DE102013010654A1 - Bending wave loudspeaker - Google Patents
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Abstract
Bei einem elektroakustischen Wandler, insbesondere einem Biegewellenlautsprecher hoher Schwingungsweite, mit zumindest einer Schallmembran und wenigstens einem ebene Transversalwellen in der Schallmembran erzeugenden linearen Schwingerreger, ist die Schallmembran ein leichter und biegesteifer, etwa rechteckiger Plattenkörper, welcher im Bereich einer Randkante ortsfest gelagert ist, wobei der Schwingerreger näher dem Festlager zugeordnet ist, und die Schallmembran als ebener Wellenleiter dämpfende Eigenschaften besitzt.In an electroacoustic transducer, in particular a flexural wave loudspeaker with a high oscillation range, with at least one sound diaphragm and at least one linear vibration exciter generating flat transverse waves in the sound diaphragm, the sound diaphragm is a light and rigid, approximately rectangular plate body which is mounted in a stationary manner in the area of an edge, the Shaker is assigned closer to the fixed bearing, and the sound membrane has damping properties as a flat waveguide.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler, insbesondere einen Biegewellenlautsprecher hoher Schwingungsweite, mit zumindest einer Schallmembran als Wellenleiter ausgebildet und wenigstens einem ebene Transversalwellen (Biegewellen) in der Schallmembran erzeugenden linearen Schwingerreger.The invention relates to an electroacoustic transducer, in particular a bending wave loudspeaker of high oscillation, with at least one sound membrane formed as a waveguide and at least one transverse transverse waves (bending waves) in the sound membrane generating linear oscillator.
Bekannte elektroakustische Wandler, wie zum Beispiel Biegewellenlautsprecher, werden insbesondere in Form von Flachlautsprechern für eine Sprach- und Musikwiedergabe eingesetzt. Ein solcher Biegewellenlautsprecher ist aus der
Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, einen elektroakustischen Wandler der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass Resonanzen auf der Schallmembran vermieden sind und die Schallmembran zu weit größeren Amplituden angeregt werden kann als dies mit bekannten Konstruktionen möglich ist. Es wird eine verbesserte Wiedergabequalität der durch den Lautsprecher erzeugten akustischen Signale erreicht, bei gestiegen Wirkungsgrad und höherer Empfindlichkeit (SPL).The object of the present invention is to improve an electroacoustic transducer of the type described above in that resonances on the sound membrane are avoided and the sound membrane can be excited to far greater amplitudes than is possible with known constructions. Improved playback quality of the acoustic signals generated by the loudspeaker is achieved with increased efficiency and higher sensitivity (SPL).
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 Patentansprüchen 2 bis 9 angegeben. Bei einem elektroakustischen Wandler, insbesondere einem Biegewellenlautsprecher, mit zumindest einer Schallmembran und mindestens einem, Biegewellen in der Schallmembran erzeugenden Schwingerreger, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Schallmembran ein biegesteifer etwa rechteckiger Plattenkörper ist, welcher im Bereich einer Randkante ortsfest gelagert ist. Die Biegewellen werden durch den in der Nähe des Festlagers wirkenden Schwingerreger im einseitigen Hebel der Membran verstärkt. Somit lassen sich hohe Amplituden der Biegewellen erreichen, was die Tieftonwiedergabe deutlich verbessert. Dabei muss der Kraftangriff des Schwingerregers auf der Schallmembran geradlinig verlaufen, damit die Schallmembran leicht die Transversalschwingungen aufnimmt. So ist es möglich das dieser Lautsprecher den gesamten menschlichen Hörbereich abbildet (40 Hz–20 kHz). Mit Hilfe eines derartig erfindungsgemäß ausgebildeten Biegewellenlautsprechers, dessen durch einen Schwingerreger bewegte Schallmembran nur im Bereich einer Randkante ortsfest gelagert ist, lassen sich auf vorteilhafte Weise Reflexionen und damit verbundene Resonanzen durch sich einander überlagernde Biegewellen vermeiden, der Verlauf der ebenen Transversalschwingung folgt zeitlich genau dem Tonsignal und hat kaum vagabundierenden Anteile. Vorzugsweise ist nur eine der Randkantenbereiche des Plattenkörpers ortsfest aufgenommen, so dass alle restlichen Randkantenbereiche keine Verbindung mit beispielsweise einem den Biegewellenlautsprecher auf seiner Rückseite einfassenden Gehäuse aufweisen und so völlig frei schwingen können. Die Schallmembran weist eine Höhe auf, die sich nach der zu erzielenden maximalen Leistung richtet. Die Breite wird durch die Materialeigenschaften der Schallmembran bestimmt, sowie der tiefsten noch zu übertragenen Grenzfrequenz. Der Schwingerreger kann mit einem rückseitig vorstehenden, nahe dem Festlager ausgebildeten Trägerteil an die Schallmembran gekoppelt sein, wodurch ein gerichtete Ausbreitung der Biegewellen vom Festlager zum Loslager gegeben ist. Man kann damit die Schallmembran als einen bedämpften akustischen Wellenleiter beschreiben. Diese Dämpfung wird zum einen durch die Rückwirkung des elektrodynamischen Antriebs auf den Verstärker und zum anderen durch die Materialeigenschaften der Schallmembran realisiert. Der zur Schallmembran ausgebildete Plattenkörper kann mit einem Dämpfungsbelag versehen sein, wodurch die sich vom Schwingerreger ausbreitenden ebenen Biegewellen mit zunehmender Entfernung abgebaut werden. Durch diese Dissipation wird einer Aufspeicherung von hoch und mittelfrequenter Schwingungsenergie im Lautsprecher entgegengewirkt. Bedeutend ist aber auch die Dämpfung durch die umgebende Luft, in Form von abgegebenen Schall (Strahlungswiderstand). Das ist dann der eigentlich gewünschte Effekt, was den höheren Wirkungsgrad erst ermöglicht. Dazu ist der Einsatz besonders leichter und steifer Materialien notwendig, insbesondere Carbon, Graphen, Buckypaper und Leichtmetalle oder deren Kombinationen werden mit Vorteil eingesetzt.The object is achieved by an electro-acoustic transducer with the features of
Als Schwingerreger kann ein modifizierter, häufig bei Lautsprechern zum Einsatz kommender elektrodynamischer Antrieb benutzt werden. Statt einer konzentrischen Schwingspule wird ein lineares Design angewendet. Dessen Wirkungslinie liegt nahe dem Festlager der Schallmembran und ist dabei gleichzeitig senkrecht zu der durch die Schallmembran aufgespannten Ebene ausgerichtet. Von besonderer Bedeutung ist dabei die geringe Masse aller bewegten Teile, wie Schallmembran, Trägerteil und Leiterbahnen. Mit Vorteil werden Materialien wie Aluminium (ECCA) und Kohlenstoff Nanotubes (SCNT) eingesetzt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwingerreger sich etwa über die Höhe der Schallmembran erstreckt, der mit einem Permanentmagneten ausgerüstet ist, in dessen Magnetspalt mindestens eine Leiterbahn liegt, welche über ein hervorstehendes Trägerteil wiederum rückseitig mit der Schallmembran verbunden ist. Statt eines Permanentmagneten kann auch ein Elektromagnet verwendet werden. Abhängig vom verwendeten Magnetsystem kann auf das Trägerteil verzichtet werden und die Leiterbahn (-en) direkt mit der Schallmembran verbunden sein. Der Einsatz eines elektrodynamischen Schwingerregers stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Ausbildung eines die Schallmembran anregenden Antriebs dar. Darüber hinaus wird mittels des sich etwa über die Gesamthöhe der Schallmembran erstreckenden Schwingerregers die Schallmembran vorzugsweise gleichmäßig über die gesamte Höhe bewegt. Deshalb entstehen die Biegewellen in Form einer ebenen Wellenfront auf der Schallmembran. Damit eine starke Kopplung zwischen dem Permanentmagneten und den stromdurchflossenen Leiterbahnen gewährleistet ist, sollten möglichst viele Leiterbahnen in den Magnetspalt integriert werden. (Kraftfaktor BI hoch). Weiterhin wird vorgeschlagen im Bereich des Magnetspalts als Zusatzwerkstoff Ferrofluid zu verwenden. Dies verbessert nochmals die Dämpfung und führt die aus elektrischen Verlusten entstandene Wärme ab. As a vibration exciter, a modified, often used in loudspeakers for use electrodynamic drive can be used. Instead of a concentric voice coil, a linear design is used. Its line of action is close to the fixed bearing of the sound membrane and is at the same time oriented perpendicular to the plane spanned by the sound membrane. Of particular importance is the low mass of all moving parts, such as sound membrane, carrier part and conductor tracks. Advantageously, materials such as aluminum (ECCA) and carbon nanotubes (SCNT) are used. According to a development of the invention, it is provided that the vibration exciter extends approximately over the height of the sound membrane, which is equipped with a permanent magnet, in the magnetic gap at least one conductor is located, which in turn is connected via a protruding support member back with the sound membrane. Instead of a permanent magnet and an electromagnet can be used. Depending on the magnet system used, the carrier part can be dispensed with and the printed conductor (s) can be connected directly to the sound membrane. The use of an electrodynamic vibration exciter constitutes a structurally advantageous possibility for the formation of a drive which stimulates the sound membrane. In addition, the sound membrane is preferably moved uniformly over the entire height by means of the vibration exciter extending approximately over the entire height of the sound membrane. Therefore, the bending waves in the form of a flat wavefront on the sound membrane. So that a strong coupling between the permanent magnet and the current-carrying conductor tracks is ensured, as many conductor tracks as possible should be integrated into the magnetic gap. (Force factor BI high). Furthermore, it is proposed to use ferrofluid as an additional material in the region of the magnetic gap. This further improves the damping and dissipates the heat resulting from electrical losses.
Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass ein Lautsprechergehäuse vorgesehen ist. Der Einsatz eines Lautsprechergehäuses vereinfacht die Anwendung eines derartig erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers vorteilhaft, da der Einbau der verschiedenen Bauteile des Biegewellenlautsprechers in ein Gehäuse, dessen mobile Einsatzmöglichkeiten verbessert, wie zum Beispiel das freie Aufstellen in Form eines Flachlautsprechers im Raum. Das häufig die Seiten und die Rückseite des Biegewellenlautsprechers begrenzende Gehäuse kann dabei vollständig geschlossen oder auch teilweise offen ausgebildet sein. Dabei ist die Ausbreitung des tieffrequenten Luftschalls zu berücksichtigen um einen akustischen Kurzschluss zu verhindern und die akustische Wirkleistung gut auszunutzen. Es ist gegebenenfalls auch möglich, die mit der Schallmembran gekoppelten Bauteile, wie zum Beispiel den Schwingerreger und das Festlager mit der Schallmembran, in ihren vorgegeben Abständen zueinander unmittelbar in einer Raumwand zu montieren.It is also within the scope of the invention that a speaker housing is provided. The use of a speaker housing simplifies the application of such an inventive electro-acoustic transducer advantageous because the installation of the various components of the bending wave loudspeaker in a housing whose mobile uses improved, such as the free installation in the form of a flat speaker in the room. The often the sides and the back of the bending wave speaker limiting housing can be completely closed or partially open. In this case, the propagation of the low-frequency airborne sound is to be considered in order to prevent an acoustic short circuit and to make good use of the acoustic active power. If appropriate, it is also possible to mount the components coupled to the sound membrane, such as, for example, the vibration exciter and the fixed bearing with the sound membrane, in their predetermined distances from one another directly in a room wall.
Nach anderen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schallmembran in Richtung Loslager dünner wird, im mittleren Bereich Verdickungen aufweist und am Festlager mit einer Art elastischen Biegescharnier aus Leichtmetall versehen ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weiter erfinderische Merkmale ergeben, sind in den Zeichnungen dargestellt, es zeigen hierbei:According to other developments of the invention, it is provided that the sound membrane in the direction of the floating bearing is thinner, having thickenings in the central region and is provided on the fixed bearing with a kind of elastic bending hinge made of light metal. Embodiments of the invention, from which further inventive features are shown in the drawings, in which:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schallmembransound membrane
- 22
- Dämpfungsbelagdamping coating
- 33
- Leiterbahn (-en) auf TrägerteilTrace (s) on carrier part
- 44
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 55
- Loslagermovable bearing
- 66
- Festlagerfixed bearing
- 77
- Gehäuse, rückseitig geschlossenHousing, closed on the back
- 88th
- Rückführung der LeiterbahnenReturn of the tracks
- 99
- Schallöffnung seitlich, DipolstrahlerSound opening at the side, dipole radiator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schallmembransound membrane
- 22
- Dämpfungsbelagdamping coating
- 33
- Leiterbahn (-en), Stromrichtung alternierendTrace (-en), alternating current direction
- 44
- Hochtemperatur Supraleiter (HTSC)High Temperature Superconductor (HTSC)
- 55
- Loslagermovable bearing
- 66
- Festlagerfixed bearing
- 77
- Gehäuse, rückseitig offen, H-DipolstrahlerHousing, open at the back, H-dipole radiator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schallmembransound membrane
- 22
- Dämpfungsbelagdamping coating
- 33
- Leiterbahn (-en) auf TrägerteilTrace (s) on carrier part
- 44
- Biegescharnierbending hinge
- 5 5
- Loslagermovable bearing
- 66
- Festlagerfixed bearing
- 77
- Schallmembran mit VerdickungenSound membrane with thickening
- 88th
- piezoelektrischer Aktuatorpiezoelectric actuator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Date | Code | Title | Description |
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R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |