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Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler, insbesondere
einen Biegewellenwandler, mit zumindest einer Schallmembran und wenigstens
einem transversale Biegewellen in der Schallmembran erzeugenden
Schwingerreger.
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Bekannte
elektroakustische Wandler, wie zum Beispiel Biegewellenwandler,
werden insbesondere in Form von Flachlautsprechern für
eine Sprach- und Musikwiedergabe eingesetzt. Ein solcher Biegewellenwandler
ist aus der
DE 100
00 048 A1 bekannt und weist üblicherweise eine
Schallmembran auf, mittels der eine von einem mit der Schallmembran gekoppelten
Schwingerreger erzeugte Schwingung in ein hörbares Akustiksignal
transformiert wird. Der Schwingerreger kann dazu eine mit der Schallmembran
verbundene Schwingspule aufweisen, welche zumindest einem Permanentmagneten
zugeordnet ist, der ebenfalls Teil des Schwingerregers ist.
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Die
an der Schallmembran erzeugten, sich in der Regel konzentrisch vom
Zentrum der Erregung in der Membranebene insbesondere als Biegewellen ausbreitenden
Schwingungen können an den Seiten- bzw. Randkanten einer
gegebenenfalls fest eingespannten Schallmembran reflektiert werden
und insbesondere Resonanzen in Form von stehenden Wellen hervorrufen.
Derartige, an der Membran mitunter entstehende Resonanzfelder wirken
sich häufig nachteilig auf die Qualität der durch
den Biegewellenwandler wiederzugebenden Signale aus.
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Aufgabe
der hier vorliegenden Erfindung ist es, einen elektroakustischen
Wandler der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass
Resonanzen an der Schallmembran vermieden sind und sich somit eine
verbesserte Wiedergabequalität der durch den Schwingerreger
erzeugten Signale erreichen lässt.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
einen elektroakustischen Wandler mit den Merkmalen des Patentanspruches
1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
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Bei
einem elektroakustischen Wandler, insbesondere einem Biegewellenwandler,
mit zumindest einer Schallmembran und mindestens einem, transversale
Biegewellen in der Schallmembran erzeugenden Schwingerreger, ist
nach der Erfindung vorgesehen, dass die Schallmembran ein steifer, etwa
rechteckiger Plattenkörper ist, welcher im Bereich von
zwei, einander gegenüberliegenden Randkanten gelagert ist,
wobei mindestens ein Lager als ein einen Kantenbereich ortsfest
aufnehmendes Dämpfungsteil ausgebildet ist.
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Mit
Hilfe eines derartig erfindungsgemäß ausgebildeten
Biegewellenwandlers, dessen durch den Schwingerreger angeregte Schallmembran
nur im Bereich zweier ihrer Randkanten gelagert ist, lassen sich
auf vorteilhafte Weise eine Reflexion und damit verbundene Resonanzen
durch sich einander überlagernde Biegewellen vermeiden.
Mindestens eines der die Randkantenbereiche des die Schallmembran
ausbildenden Plattenkörpers aufnehmenden Lager ist als
Dämpfungsteil ausgebildet, wodurch die sich in der Regel
in Erstreckungsrichtung der Membran ausbreitende Biegewellen durch
das Dämpfungsteil im Bereich der Randkanten abgebaut werden.
Somit ist insbesondere einer Auslöschung und einer damit
verbundenen Veränderung des durch den Schwingerreger erzeugten
Ausgangssignals mit Vorteil entgegengewirkt. Vorzugsweise sind die
zwei kurzen Kantenbereiche der als rechteckiger Plattenkörper
ausgebildeten Schallmembran aufgenommen, so dass insbesondere die
längeren Kantenbereiche des Plattenkörpers keine
Verbindung mit beispielsweise einem den Biegewellenwandler auf seiner
Rückseite einfassenden Wandlergehäuse aufweisen
und somit völlig frei schwingen können.
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Mit
Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
der dem ortsfest aufgenommenen Kantenbereich der Schallmembran gegenüberliegend
ausgebildete Kantenbereich unmittelbar mit dem Schwingerreger gekoppelt
ist. Die Schallmembran ist somit an einem ihrer schmalen Enden mittels
eines als Dämpfungsteil ausgebildeten Lagers aufgenommen
und an ihrem gegenüberliegenden Ende mit ihrer Rückseite
im Randkantenbereich mit Teilen des Schwingerregers verbunden. Mit einer
derartig erfindungsgemäßen Aufhängung
der Schallmembran ist eine vorteilhafte Schwingungsanregung gewährleistet,
wobei, aufgrund der nur einseitig fest an einem als Dämpfungsteil
ausgebildeten Lager angeordneten Schallmembrane, sich mögliche Reflexionen
und daraus ergebende Resonanzfelder mit Vorteil weiter verringern
lassen. Der Schwingerreger kann dabei sowohl am oberen als auch
am unteren Ende der Schallmembran angreifen und versetzt diese jeweils
hinsichtlich der am Schwingerreger anliegenden Eingangssignale in
entsprechende Schwingungen.
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An
Stelle einer nur in einem Randkantenbereich über ein Dämpfungsteil
gehaltenen Schallmembran kann alternativ vorgesehen sein, dass jeweils beide,
insbesondere rückseitigen Randkantenbereiche der Schallmembran
mittels eines als Dämpfungsteil ausgebildeten Lagers aufgenommen
sind. Die beispielsweise aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildeten
Dämpfungsteile bilden somit sowohl am oberen als auch am
unteren Ende ein Festlager für die Schallmembran aus, was
eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Aufnahme
der Schallmembran darstellt, ohne eine unerwünschte Reflexion
der sich in der Schallmembrane ausbreitenden Biegewellen zu erhalten.
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Die
Schallmembran weist insbesondere ein Höhe-Breite-Verhältnis
von mindestens 2,5:1 auf, wodurch eine vorteilhafte Schallausbreitung
in Richtung der fest aufgenommenen Enden der Schallmembran bewirkt
ist. Bevorzugt kann eine jeweilige, zum Einsatz kommende Schallmembran
ein Höhe-Breite-Verhältnis von etwa 3,5:1 bis
ungefähr 10:1 aufweisen. Ein relativ hohes Verhältnis
hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Wandlers gesteigert wird,
da mittels der zugeführten elektrischen Energie zuerst
nur ein kleiner Teil der Schallmembran bewegt wird, bevor sie als
Biegewelle die Schallmembran durchläuft.
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Der
Schwingerreger ist mit einem rückseitigen, etwa den Mittenbereich
ausbildenden Flächenbereich der Schallmembran gekoppelt,
wodurch eine vorteilhaft gleichmäßige Schallausbreitung
aus dem Mittenbereich der Schallmembran in Richtung eines jeweiligen,
mittels eines Dämpfungsteiles fest aufgenommenen Endes
gegeben ist. Dabei kann als Schwingerreger eine herkömmliche,
häufig bei Kolbenlautsprechern zum Einsatz kommende Schwingspule
Anwendung finden. Deren Mittenachse liegt insbesondere im Schwerpunkt
der Schallmembran und ist gleichzeitig dabei senkrecht zu der durch
die Schallmembran aufgespannten Ebene ausgerichtet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwingerreger
ein elektromagnetischer Schwingerreger mit einem sich etwa über die
Breite des Plattenkörpers erstreckenden Permanentmagneten
ist, der einen Magnetspalt aufweist, in den ein mit mindestens einer
Leiterbahn ausgerüstetes, mit der Rückseite der
Schallmembran verbundenes Trägerteil vorsteht. Der Einsatz
eines elektromagnetischen Schwingerregers stellt eine konstruktiv vorteilhafte
Möglichkeit zur Ausbildung eines die Schallmembran anregenden
Schwingerregers dar. Darüber hinaus ist mittels des sich
etwa über die Gesamtbreite der Schallmembran erstreckenden
Permanentmagneten und des in den Magnetspalt vorstehenden Trägerteiles
mit wenigstens einer daran angeordneten Leiterbahn die Schallmembran
vorzugsweise gleichmäßig über ihre Gesamtbreite
angeregt. Somit breiten sich die Biegewellen stets parallel in Richtung
mindestens eines Schallmembranendes aus und erzeugen somit keine
Reflexionen an den stets frei schwingenden Längsseiten
der Schallmembran.
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Bevorzugt
weist der Permanentmagnet einen deckungsgleich zur Mittenachse der
Schallmembrane verlaufenden Magnetspalt auf. Das sich dabei ebenfalls
nahezu über die Gesamtbreite der Schallmembran erstreckende
Trägerteil ist mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten
Leiterbahnen ausgerüstet. Die Leiterbahnen sind insbesondere
in Reihe miteinander geschaltet, um mit Vorteil große Amplituden
mit linearer Wandlung zu erzielen. Damit eine starke elektromagnetische
Kopplung zwischen dem Permanentmagneten und den stromdurchflossenen
Leiterbahnen gewährleistet ist, wird vorgeschlagen im Bereich
des Magnetspaltes des Permanentmagneten als Zusatzwerkstoff Ferrofluid
zu verwenden.
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Es
liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass ein den Abstand zwischen
einem jeweiligen als Dämpfungsteil ausgebildeten Lager
und dem Schwingerreger bestimmendes Wandlergehäuse vorgesehen
ist. Der Einsatz eines Wandlergehäuses vereinfacht die
Anwendung eines derartig erfindungsgemäß elektroakustischen
Wandlers vorteilhaft, da der Einbau der verschiedenen Bauteile des Biegewellenwandlers
in ein Wandlergehäuse, dessen mobile Einsatzmöglichkeiten
verbessert, wie zum Beispiel das freie Aufstellen des Biegewellenwandlers
in Form eines Flachlautsprechers im Raum. Das häufig die
Seiten und die Rückseite des Biegewellenwandlers begrenzende
Wandlergehäuse kann dabei vollständig geschlossen
bzw. teilweise offen ausgebildet sein. Es ist selbstverständlich
auch möglich, die mit der Schallmembran gekoppelten Bauteile,
wie zum Beispiel den Schwingerreger und die die Schallmembran an
ihren Enden aufnehmenden Dämpfungsteile, in ihren vorgegebenen
Abständen zueinander unmittelbar an beispielsweise einer Raumwand
zu montieren.
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Das
Wandlergehäuse ist mit einer die Schallmembran aufnehmenden
Aufhängung versehen, so dass insbesondere das Eigengewicht
der Schallmembran vom Wandlergehäuse aufgenommen ist. Durch
den Einsatz einer Aufhängung erfolgt somit keine Verformung
der Dämpfungsteile durch die Masse der Schallmembrane,
wodurch stets eine optimale Funktionsfähigkeit der Dämpfungsteile
hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften gewährleistet
ist. Die Aufhängung kann beispielsweise mit Hilfe eines
Drahtseiles vorgenommen werden, wobei das Drahtseil insbesondere
ausgehend von einem oberen Eckbereich des bevorzugt stabilen Wandlergehäuses
mit dem Mittenbereich der oberen Randkante der Schallmembran verbunden
und zum anderen oberen Eckbereich des Wandlergehäuses zurückgeführt
wird. Darüber ist eine vorteilhafte Punktaufhängung
der Schallmembran bewirkt.
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Nach
einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf
der Rückseite der Schallmembrane ein das Eigenschwingverhalten veränderndes
Mattenmaterial angeordnet ist. Mittels des aufgebrachten Mattenstoffes
bzw. -materials soll insbesondere das Eigenschwingverhalten der
Schallmembran vorteilhaft verändert und somit insbesondere
Reflexionen an den kurzen, oberen und unteren Randkanten der Schallmembran
ausgeschlossen werden. Dabei kann das zum Beispiel aufgeklebte Mattenmaterial
hinsichtlich des Abstandes zum Schwingerreger eine unterschiedliche
Materialstärke aufweisen, wobei sich die Materialstärke
in Abhängigkeit des Abstandes zum Schwingerreger nicht
linear ändert.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind
in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1:
eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Flachlautsprechers;
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2:
eine Seitenansicht des Flachlautsprechers nach 1;
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3:
eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
für einen Flachlautsprecher;
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4:
eine Detailansicht eines Schwingerregers, und
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5:
eine idealisierte Darstellung einer sich in der Schallmembran ausbreitenden
Biegewelle.
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Mit 1 ist
ein Flachlautsprecher bezeichnet, der eine Schallmembran 2 und
wenigstens einen transversale Biegewellen in der Schallmembran erzeugenden
Schwingerreger 3 (2) aufweist.
Der Flachlautsprecher weist des Weiteren ein Wandlergehäuse 4 auf,
welches mit insbesondere Festlager zur Aufnahme der Schallmembran
ausbildenden Dämpfungsteilen 5, 6 ausgerüstet
ist. Die Dämpfungsteile 5, 6 sind dabei
jeweils mit den rückseitigen, kurzen Randkantenbereichen 7, 8 der
Schallmembran verbunden, so dass die Längsseiten 9, 10 der Schallmembran
stets frei schwingen können. Um eine Verformung der beispielsweise
aus einem elastomeren Kunststoff bestehenden Dämpfungsteile 5, 6 durch
das Eigengewicht der Schallmembran zu vermeiden, was deren Dämpfungsfunktion
nachteilig beeinträchtigen würde, ist eine die
Schallmembran 2 mit dem Wandlergehäuse 4 verbindende,
insbesondere als Drahtseil ausgebildete Aufhängung 11 vorgesehen.
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2 zeigt
eine Seitenansicht des Flachlautsprechers 1 und soll insbesondere
die Anordnung des Schwingerregers 3 innerhalb des Flachlautsprechers 1 verdeutlichen.
Der Schwingerreger ist dabei auf der Rückseite der Schallmembran 2 mit
etwa deren Mittenbereich gekoppelt und regt diese senkrecht zu der
durch die Schallmembran aufspannenden Fläche zu Biegewellen
an, welche sich dann in Erstreckungsrichtung der Schallmembran ausbreiten.
Der Schwingerreger 3 weist dabei einen Permanentmagneten 12 auf,
dessen Magnetspalt 13 insbesondere deckungsgleich zur Mittenachse 14 (1)
der Schallmembran verläuft, so dass der Permanentmagnet 12 sich
etwa über die Gesamtbreite der Schallmembran erstreckt.
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3 gibt
eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Flachlautsprechers 15 wieder, der jedoch nur ein dem unteren
Randkantenbereich 16 der Schallmembran 17 fest
aufnehmendes Dämpfungsteil 6 hat. Am oberen Ende
der Schallmembran 17 ist der ein Loslager ausbildende Schwingerreger 3 angeordnet,
der somit eine vom oberen Randkantenbereich 18 ausgehende
Schwingung der Schallmembran erzeugt. Zudem ist am Randkantenbereich 18 eine
die Schallmembran 17 mit dem Schwingerreger verbindende
Sicke 19 ausgebildet, welche stets eine vorgegebene Auslenkung der
Schallmembran an ihrem oberen Ende zulässt. Der Flachlautsprecher 15 weist
ebenfalls ein das Dämpfungsteil 5 und den Schwingerreger 3 aufnehmendes
Wandlergehäuse 20 auf.
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In 4 ist
eine vergrößerte Darstellung des Schwingerregers 3 abgebildet,
was dessen Aufbau verdeutlichen soll. An Stelle einer Schwingspule
ist mit der Rückseite der Schallmembran 2, 17 ein
Trägerteil 21 verbunden, das in den insbesondere
geradlinig verlaufenden Magnetspalt 13 des Permanentmagneten 12 vorsteht
und mit einer Vielzahl von Leiterbahnen 22, 23 ausgerüstet
ist. Die Leiterbahnen 22, 23 sind insbesondere
miteinander in Reihe geschaltet, um mit Vorteil große Amplituden
mit linearer Wandlung zu erreichen. Auf der Rückseite der Schallmembran 2, 17 kann
zudem ein Mattenmaterial 24 aufgebracht sein, welches mit
Vorteil das Eigenschwingverhalten der Schallmembran beeinflusst.
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5 zeigt
eine idealisierte Darstellung einer durch die Anregung (Pfeil 25)
des Schwingerregers erzeugten Biegewelle, welche sich innerhalb
der Schallmembran 2 in Richtung (Pfeile 29, 30)
ihrer insbesondere durch Dämpfungsteile 5, 6 aufgenommen Enden
ausbreitet. Dabei wird der resultierende Luftschall bevorzugt in
Richtung der Pfeile 26–28 abgestrahlt,
was besonders vorteilhaft gegenüber anderen Wandlertypen
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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