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Die Erfindung betrifft einen koaxial aufgebauten Zwei-Wege-Lautsprecher mit einem Korb, zwei darin eingebauten Magnetsystemen und zwei von den Magnetsystemen jeweils angetriebenen Membranen.
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Solche Lautsprecher sind allgemein bekannt. Hier werden ein Tiefmittelton- und ein Hochtonlautsprecher in verschiedenster Weise in einem Chassis (Korb) vereint. Solche Lautsprecher werden vorzugsweise im KFZ-, Automotive-, Beschallungs-, Installations- und auch HiFi-Bereich eingesetzt.
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Es besteht dabei der Wunsch eine möglichst perfekte, zeitrichtige Punktschallquelle und Kugelwelle nachzubilden. Bei allen bisherigen Konstruktionen wurde prinzipbedingt versucht, die Hochtonlautsprecher – in Schallausbreitungsrichtung gesehen – von hinten gegen den Magneten des Lautsprechers, innerhalb beziehungsweise vor der Schwingspule zu montieren.
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Grundsätzlich hat sich bei der Ausführung solcher kombinierter Lautsprecher allerdings gezeigt, dass die erreichte Tonqualität höheren Ansprüchen nicht genügt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen koaxial aufgebauten Zwei-Wege-Lautsprecher zu finden, welcher eine wesentlich verbesserte Klangqualität bei gleichzeitig kompakter Bauweise aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Der Erfinder hat erkannt, dass ein wesentlicher Grund für die verminderte Qualität bestehender koaxialer Zwei-Wege-Lautsprecher darin besteht, dass sich bei solchen Konuslautsprechern beziehungsweise deren Membranen dann vor oder unmittelbar neben dem Hochtöner eine bewegende Membrane befindet. Diese verhindert, dass sich die empfindlichen und kurzwelligen Hochtonschwingen korrekt ausbreiten können beziehungsweise diese durch die sich bewegende umgebende Tiefmitteltonmembrane stark moduliert und reflektiert werden.
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Es gibt zwar auch neuere Versionen mit sogenannten Flachmembranen (Scheiben- / Sandwichmembranen), bei deren Einsatz das vorgenannte Problem nicht so gravierend ist, jedoch werden auch hier die Schallwellen des Hochtöners immer noch reflektiert und auch moduliert. Eine perfekte Beugung der Schallwellen ist deshalb nicht möglich.
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Erschwerend kommt auch hinzu, dass sich die Hochtöner beziehungsweise deren halbkugelförmigen Membranen in der Regel zum größten Teil oder auch vollkommen – bezogen auf die Schallausbreitungsrichtung – hinter der vorderen Membranebene befinden.
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Es wird daher ein Zwei-Wege-Lautsprecher mit zwei Membranen und zwei Magnetsystemen vorgeschlagen, der so aufgebaut ist, dass ein Korb, der randseitig über eine erste Sicke eine erste konvex nach vorne gerichtete und innen offene Membran trägt, mit einer zentralen Öffnung versehen ist, eine zylinderförmige zentrale Öffnung aufweist, in der ein erstes Magnetsystem befestigt ist. Dieses erste Magnetsystem befindet sich dabei hinter der von der ersten Sicke gebildeten Ebene und trägt gleichzeitig ein zweites Magnetsystem für den Hochtöner, das zumindest mit seinem Ringspalt vor der Ebene der ersten Sicke angeordnet ist. Auf diese Weise erhebt sich die zweite Membran für den Hochtöner so weit, dass keine Beeinflussung der zweiten Membrane durch die Schwingung der ersten Membran möglich ist. Ergänzend wird die erste Membran über eine zweite innere Sicke, die mit dem zweiten Magnetsystem mechanisch verbunden ist stabilisiert, so dass auf eine zusätzliche Zentrierung verzichtet werden kann.
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Demgemäß schlägt der Erfinder vor: Einen koaxialen Zwei-Wege-Lautsprecher, aufweisend:
- – einen Korb mit einer zentralen Öffnung,
- – an dem randseitig eine erste Sicke befestigt ist,
- – die eine erste innen offene Membran trägt,
- – ein erstes Magnetsystem, das innerhalb der zentralen Öffnung des Korbes angeordnet ist,
- – wobei eine erste Schwingspule radial innen an der ersten Membran befestigt ist, die in einen Ringspalt des ersten Magnetsystems eingreift,
- – ein zweites Magnetsystem, das in Abstrahlrichtung des Zwei-Wege-Lautsprechers vor dem ersten Magnetsystem angeordnet und mit diesem mechanisch gekoppelt ist,
- – wobei die erste Membran über eine zweite Sicke mit dem zweiten Magnetsystem mechanisch gekoppelt ist,
- – eine zweite innen geschlossene Membran, die mit einer dritten, radial außen angeordneten Sicke mit dem zweiten Magnetsystem mechanisch gekoppelt ist,
- – und eine zweite Schwingspule, die in einen Ringspalt des zweiten Magnetsystems eingreift und radial außen mit der zweiten Membran verbunden ist.
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Bedingt durch diese Merkmale wird ein Lautsprecheraufbau erzeugt, welcher dafür sorgt, dass keine Modulation der zweiten Membran durch Schwingungen der ersten Membran entsteht.
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Günstig ist es auch, wenn auf dem zweiten Magnetsystem einen Adapterring angeordnet ist, welcher die zweite Sicke für die erste Membran und/oder die dritte Sicke für die zweite Membran trägt.
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Vorteilhaft kann zwischen dem ersten Magnetsystem und dem zweiten Magnetsystem ein Koppelelement angeordnet werden, über welches die beiden Magnetsysteme mechanisch gekoppelt, also miteinander verbunden, werden. Zusätzlich kann in diesem Koppelelement, vorzugsweise unter der zentralen Öffnung des zweiten Magnetsystems, ein Koppelvolumen ausgespart werden, welches das komprimierbare Luftvolumen unter der Kalotte vergrößert und damit den Frequenzbereich zu niedrigeren Frequenzen hin erweitert. Zusätzlich kann in diesem Koppelvolumen auch Dämpfungsmaterial eingebracht werden, das Reflexionen der von der Kalotte ausgehenden Frequenzen minimiert und auch ungewünschte Resonanzen unterdrückt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die erste Membran in Abstrahlrichtung mit mindestens einem Radius konvex gewölbt auszuführen, um eine möglichst große Stabilität der Membran zu erreichen.
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Die zweite Membran sollte in Abstrahlrichtung, vorzugsweise mit einem einzigen Radius, konkav gewölbt – entsprechend einer Kalotte – ausgeführt sein.
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Weiterhin kann zwischen der zweiten Membran und dem zweiten Magnetsystem – also unterhalb oder hinter der zweiten Membran – ein Schalldämpfungselement, vorzugsweise mit einer zentralen Öffnung, angeordnet werden.
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In an sich bekannter Weise können das erste Magnetsystem und/oder das zweite Magnetsystem einen Magneten, einen Magnetrückschluss und eine Polplatte aufweisen. Günstig kann es auch sein, wenn die Magnete der Magnetsystem aus unterschiedlichen Materialien oder Materialkombinationen bestehen, um sie den jeweiligen Erfordernissen optimal anzupassen.
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Vorteilhaft sollte der Ringspalt des ersten Magnetsystems, vorzugsweise das gesamte erste Magnetsystem, – in Abstrahlrichtung gesehen – vor der Ebene der ersten Sicke angeordnet sein.
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Weiterhin vorteilhaft sollte entsprechend der Ringspalt des zweiten Magnetsystems, vorzugsweise das gesamte zweite Magnetsystem, – in Abstrahlrichtung gesehen – hinter der Ebene der ersten Sicke angeordnet sein.
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Günstigerweise kann auch einerseits eine Kabelführung zur Versorgung der ersten Schwingspule vorliegen, die den Korb an seinem Boden durchdringt. Andererseits kann eine Kabelführung zur Versorgung der zweiten Schwingspule vorliegen, die durch eine zentrale Öffnung im ersten Magnetsystem führt.
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In einer besonders günstigen Ausführung kann auch die zweite Membran und die dritte Sicke aus gleichem Material bestehen und vorzugsweise einstückig ausgebildet sein.
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Außerdem kann der Korb einen zylinderförmigen Abschnitt aufweisen, in dem das erste Magnetsystem konzentrisch eingepasst ist.
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Weitere vorteilhafte und im Rahmen des Fachwissens frei kombinierbare Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Lautsprechers können insbesondere sein:
- – Die Ausgestaltung der ersten Membran – angetrieben durch das erste Magnetsystem – des Tiefmitteltöners in konvexer Form, vorzugsweise mit mindestens einem Radius und mit einer zentralen Öffnung versehen.
- – Die Ausgestaltung der zweiten Membran – angetrieben durch das zweite Magnetsystem – des Hochtöners, in Kugelform, gegebenenfalls einteilig mit der dritten Sicke, vorzugsweise aus dem gleichen Material bestehend.
- – Der Schallwandler kann vorne wie hinten die gleiche räumliche Ausbreitung in Bezug auf eine durch die erste Sicke gebildete Ebene aufweisen, wobei sich der Antrieb im Bereich der Schwingspule im Luftspalt des Mitteltieftoners befindet.
- – Die Rückseite des Korbes weist eine abgeflachte konkave bis konische Form auf, in der der Magnet integriert ist.
- – Der Hochtöner ein angekoppeltes Volumen aufweist.
- – Die zweite Membran des Hochtöners und die dritte Sicke können aus einem Teil bestehen, insbesondere aus weichen dünnen Kunststoff-Metallfolien oder aus beschichtetem Gewebe.
- – Verschiedene Magnetmaterialien können verwendet werden.
- – Der Korb kann außen rund oder eckig gestaltet sein.
- – Verschiedene Materialien der Membran des Tiefmitteltoners und der Membran des Hochtöners, insbesondere können auch feuerfeste und/oder umweltresistente Materialien verwendet werden.
- – Verschiedene Materialien der Sicken, auch hier können feuerfeste und/oder umweltresistente Materialien verwendet werden.
- – Die Sicken können verschiedene Formen aufweisen, insbesondere eine oder zwei Wellen, in Sinusform oder nur nach einer Seite gekrümmt.
- – Es kann eine Belüftung der Hohlräume kombiniert mit einer Kabeldurchführung vorgesehen sein.
- – Es kann eine Fixierung der Kabel am Magnetsitz des Korbes vorgesehen sein.
- – Die Verbindungen zwischen den Schwingspulen und den Membranen befinden sich beim Hochtöner und beim Tiefmitteltöner auf einer Ebene, so dass lediglich die Membran des Hochtöners deutlich hervorsteht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1: Erfindungsgemäßer Zwei-Wege-Lautsprecher in 3D-Ansicht in einer Ausführung mit einem quadratischen Korb;
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2: Erfindungsgemäßer Lautsprecher im Schnitt waagerecht / liegend positioniert.
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Die Idee hinter der Erfindung des Schallwandlers ist, die vorher beschriebenen Nachteile zu vermeiden und Verbesserungen eines koaxial aufgebauten Schallwandlers zu verwirklichen.
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Auf eine klassische Zentrierung einer Schwingspule (z.B. Schwingspule 13) wie in Lautsprecherkonstruktionen üblich, wird hier bewusst verzichtet. Zentrierungen dienen der Zentrierung der Schwingeinheiten – bestehend aus Sicke, Membrane und Schwingspule – im ringförmigen Luftspalt des Magnetsystems.
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Zentrierungen – meist aus harzgetränkten Geweben bestehend – weisen aber relativ hohe mechanische Verluste beziehungsweise Reibungsverluste auf. Diese sind messbar, in jedem Fall hörbar und zwar durch verringerte Feindynamik und durch erhöhtes Klirrverhalten.
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Die einteilige, aus mindestens einem Radius, konvex in Schallaustrittsrichtung gestaltete Tiefmitteltonmembran mit Loch, mit einem am höchsten Punkt über mindestens einen Radius dann gegenläufig ausgeführten Rand – zwecks Aufnahme bzw. Montage der Schwingspule mit Träger – gibt gleichzeitig die erforderliche Höhe und Position des Hochtöners vor. Dieser Hochtöner befindet sich dann mit seiner Sicke 20 und Membran 17 – je nach Material z.B. beschichtetem Gewebe auch aus einer Form / einteilig bestehend – nahezu auf dem höchsten Punkt der Gesamtkonstruktion. Dadurch ist gewährleistet, dass die kurzwelligen Schallwellen – auch Kugelwellen genannt – ungehindert frei sogar über 180° hinaus abstrahlen können, ohne an einer gleich anschließenden größeren Fläche beziehungsweise umgebenden Membran zu reflektieren und moduliert zu werden.
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Weiterhin ist gewährleistet, dass dadurch die Einleitung der Bewegungsenergie durch die Schwingspulen 13 und 15 auf die Membranen 3 und 17 nahezu auf der gleichen Ebene liegen, was wiederum dazu beiträgt, dass auch das Zeitverhalten als ideal gegenüber herkömmlichen koaxial aufgebauten Lautsprechern zu bezeichnen ist.
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Dieses zeitrichtige Verhalten ist für die räumliche akustische Wiedergabe des gesamten Frequenzumfangs des erfindungsgemäßen Lautsprechers wichtig. Der hier gezeigte mechanische Aufbau und die Konstruktion lösen damit die eingangs beschriebe Aufgabe.
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Fast alle dargestellten Teile wie z.B. die Sicke 1, die Sicke 11, die Membran 3, das erste Magnetsystem bestehend aus Rückschluss 5 mit Magnet 6 und seiner Polplatte 9, der vordere Montageflansch des Hochtöners 14, das zweite Magnetsystem bestehend aus Rückschluss 22 mit Magnet 18 und seiner Polplatte 19, die Schwingspulen 15 und 13, die Sicke 17 und Sicke 21, der innere Bereich des Korbes 1 oder eine runde Variante des Korbes, sind in der Regel rotationssymmetrisch, symmetrisch beziehungsweise ringförmig ausgeführt. Abweichende Formen, Ausführungen und Materialen sind deshalb aber nicht ausgeschlossen.
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Die Magneten 6 und 18 werden vorzugsweise aus NdFeB-Werkstoffen in der Ausführung N, H, NH oder SmCo mit Eisen und auch Kupfer hergestellt. Es sind aber auch jeweils Ferritmagneten oder Hybridtypen und Mischungen möglich. Alle anderen hier genannten und beschriebenen Teile können aus z.B. Metallen, Kunststoffen, Folien, organischen pflanzlichen Schäumen, Geweben, Laminaten oder anderen geeigneten Werkstoffen und Verbindungen bzw. Mischformen daraus gefertigt werden.
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Ein flacher – eckiger, quadratischer oder runder – strömungsoptimierter Korb 1 dient als tragendes Bauteil für alle weiteren Teile die an, in oder auf diesem Korb oder seinem Rand montiert oder geklebt, gepresst, geschraubt, genietet usw. werden.
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Über die ringförmige Sicke 11 wird die in Schallrichtung konvex einteilig gestaltete Tiefmitteltonmembrane 3 mit Loch an den Rand des Korbes 1 montiert, vorzugsweise verklebt. Am höchsten Punkt der Membran wird dann gegenläufig stabiler ein Rand für die Aufnahme bzw. Montage und Sitz der Schwingspule 13 erzeugt. Diese Schwingspule wird rückseitig gegen die Membrane 3 montiert bzw. geklebt.
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Die hier gezeigte konvexe Sicke 11 kann beispielsweise auch konkav ausgestaltet sein und soll lediglich eine beispielhafte Form einer Sicke darstellen. Alternativ können auch anders gestaltete Sicken verwendet werden, wie beispielsweise die zusätzlich in der 2, unten rechts, gezeigte Sicke 2, die dann an die Stelle der Sicke 11 treten kann.
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Über die Sicke 21 wird die Membrane 3 zwecks Abdichtung und besserer mechanischer Führung an den Montageflansch 14 des Hochtöners montiert bzw. geklebt.
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Das Magnetsystem des Tiefmitteltöners bestehend aus dem Rückschluss 5 dem Magneten 6 und der Polplatte 9, hat durchgehend rotationssymmetrisch ein Loch durch welches einerseits die Anschlusskabel des Hochtöners zur Rückseite des Lautsprechers gelangen. Andererseits dient es zur Belüftung des inneren Bereichs der Schwingspule 13. Zur Belüftung dieses Bereichs können auch zusätzlich kleinere Löcher im Spulenträgermaterial der Schwingspule 13 umlaufend eingebracht werden.
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Das Magnetsystem des Hochtöners bestehend aus dem Rückschluss 22, dem Magneten 18, der Polplatte 19 und dem Dämmmaterial 16 hat durchgehend rotationssymmetrisch ein Loch. Über dieses Loch wird die Verbindung zu einem angekoppelten Koppelvolumen 24 hergestellt, das im Montageadapter 23 ausgespart ist, welches auf der Rückseite des Rückschlusses 23 montiert wird.
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Über dieses angekoppelte Volumen 23 wird einerseits die Resonanzfrequenz des Hochtöners herabgesetzt, um den Frequenzumfang zu etwas tieferen Frequenzen zu erweitern. Andererseits wird damit der Hochtöner auf die Polplatte 9 des Tiefmitteltöners montiert, vorzugsweise geklebt. Durch eine rückseitige Nute wird eine Belüftung des Spuleninnenraums 13 über das anschließende zentrale Loch 7 und die Führung der 2 Anschlusslitzen 4 der Schwingspule 13 des Hochtöners gewährleistet.
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Damit die Anschlusslitzen 4 und 10 der Schwingspule 13 bei Bewegung nicht unkontrolliert schwingen werden diese vorzugsweise, über kleinere Radien an dem Magnetsitzen 12 fixiert.
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Der vordere Montageflansch dient der gleichzeitigen Aufnahme bzw. Fixierung der Sicken 21 und 20 für die Membranen 17 und 3.
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Zwecks bessere Kontaktierung der Anschlusslitzen 4, 8 und 10 an einen Verstärker oder weitere Kabel, können je nach Anforderung auf der Rückseite des Korbes 1 und oder am Magnetrückschluss jeweils Lötfahnen, Steck- oder Schraubkontakte vorgesehen werden.
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Zusammenfassend offenbart die Erfindung also einen koaxialen Zwei-Wege-Lautsprecher mit:
- – einem Korb mit einer zentralen Öffnung,
- – einer ersten Sicke,
- – einer ersten innen offene Membran,
- – einem ersten Magnetsystem,
- – einem zweiten Magnetsystem, das in Abstrahlrichtung des
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Zwei-Wege-Lautsprechers vor dem ersten Magnetsystem angeordnet und mit diesem mechanisch gekoppelt ist, wobei die erste Membran über eine zweite Sicke mit dem zweiten Magnetsystem mechanisch gekoppelt ist,
- – einer zweite innen geschlossene Membran,
- – einer dritten, radial außen an der zweiten Membran angeordneten Sicke,
- – und einer zweiten Schwingspule, die in einen Ringspalt des zweiten Magnetsystems eingreift und radial außen mit der zweiten Membran verbunden ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombination aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lautsprecherkorb
- 2
- Sicke in einer möglichen Version in Wellenform aus mindestens 2 Radien gestaltet
- 3
- konvex aus mindestens einem Radius und einteilig gestaltete Tiefmitteltonmembrane mit Loch, mit dem am höchsten Punkt über mindestens einen Radius dann gegenläufig ausgeführte Rand zwecks Aufnahme bzw. Montage der Schwingspule 13
- 4
- Anschlusslitze / Kabel + (gegenüberliegende Position) zur Schwingspule 13
- 5
- Magnetrückschluss (Topfsystem) 5 mit Loch 7
- 6
- Ringförmiger Magnet des Tiefmitteltöners
- 7
- Gemeinsames Loch des Magnetsystems für Kabel 8 der Schwingspule 15 des Hochtöners
- 8
- Anschlusslitzen / Kabel 4 der Schwingspule 13 des Hochtöners
- 9
- Ringförmige Polplatte
- 10
- Anschlusslitze / Kabel – (gegenüberliegende Position) zur Schwingspule 13
- 11
- Erste Sicke in einer möglichen Version in halbrunden Form aus mindestens einem Radius gestaltet
- 12
- Fixierung des Kabels (gegenüberliegende Position) am Magnetsitz des Korbes 1
- 13
- Schwingspule mit Träger des Tiefmitteltöners
- 14
- Vorderer Montageflansch des Hochtöners
- 15
- Schwingspule mit Träger des Hochtöners
- 16
- Schalldämpfungselement mit Loch
- 17
- Konvex aus mindestens einem Radius gestaltete Membran des Hochtöners
- 18
- Ringförmiger Magnet des Hochtöners
- 19
- Ringförmige Polplatte des Hochtöners
- 20
- Sicke der Hochtonmembran 17 aus mindestens einem Radius gestaltet
- 21
- Zweite Sicke der Tiefmitteltonmembran 3 mit Loch aus mindestens einem Radius gestaltet
- 22
- Magnetrückschluss (Topfsystem) mit Loch
- 23
- Montageadapter des Hochtöners
- 24
- Koppelvolumen des Hochtöners
