DE102018113500A1

DE102018113500A1 - Electrodynamic speaker

Info

Publication number: DE102018113500A1
Application number: DE102018113500.9A
Authority: DE
Inventors: Lukas Anslinger; Gerhard Stelzer; Jörg Seewig; Alexander Ernst Müller; Reiner Kröner; Philipp Vavron
Original assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Current assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-12-12
Also published as: WO2019233834A1

Abstract

Ein elektrodynamischer Lautsprecher (1) umfasst einen Korb (5), dem eine Membran (2) schwingend zugeordnet ist, und einen Dauermagneten mit einer zugeordneten Schwingspule (3) sowie einer Federvorrichtung (8), die die Membran (2) relativ zu dem Korb (5) ausrichtet. Die Federvorrichtung (8) umfasst mindestens eine einseitig befestigte Blattfeder (10) oder Drahtfeder, die mit ihrem freien Ende mit der Membran (2) zusammenwirkt und deren federnde freie Länge mittels eines Aktors (24) veränderbar ist.An electrodynamic loudspeaker (1) comprises a basket (5) to which a diaphragm (2) is assigned in a swinging manner, and a permanent magnet with an associated voice coil (3) and a spring device (8) which holds the diaphragm (2) relative to the basket (5) aligns. The spring device (8) comprises at least one leaf spring (10) or wire spring attached on one side, which cooperates with its free end with the membrane (2) and whose resilient free length can be changed by means of an actuator (24).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Lautsprecher mit einem Korb, dem eine Membran schwingend zugeordnet ist, und einem Dauermagneten mit einer zugeordneten Schwingspule sowie einer Federvorrichtung, die die Membran relativ zu dem Korb ausrichtet und Kraftfahrzeug dazu.The invention relates to an electrodynamic loudspeaker with a basket, which is associated with a membrane swinging, and a permanent magnet with an associated voice coil and a spring device which aligns the diaphragm relative to the basket and motor vehicle thereto.

Die DE 40 21 000 C2 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schallschwingungen mittels eines elektroakustischen Wandlers mit einem Antriebsglied, welches einen innerhalb eines Magnetfelds beweglichen elektrischen Leiter enthält, und mindestens einem mechanischen Schwingelement, welches über ein federndes Kopplungsglied und mittels dieses Kopplungsglieds in hörbare Schallschwingungen erzeugende Schwingungen versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied ausschließlich mittels des über das federnde Kopplungsglied in Schwingungen versetzbaren Schwingelements oder ausschließlich mittels dieses Schwingelements und eines zusätzlichen Federgliedes mit dem Abhörraum in Wirkverbindung ist. Das federnde Kopplungsglied besteht aus zumindest einer mechanischen und/oder zumindest einer pneumatischen Koppelfeder. Die mechanische Koppelfeder besteht aus einem zwischen dem Schwingspulenkörper und dem Schwingelement angeordneten elastischen Faltenbalg, der ein als pneumatische Koppelfeder wirkendes Luftpolster radial nach außen begrenzt. Mit dieser Vorrichtung werden unerwünschte Frequenzbereiche von einem mechanischen Schwingelement ohne Verwendung von elektronischen Filtern abgehalten.The DE 40 21 000 C2 discloses a device for generating sound vibrations by means of an electroacoustic transducer with a drive member which includes a movable electrical conductor within a magnetic field, and at least one mechanical vibrating element which is displaceable via a resilient coupling member and by means of this coupling member in audible sound vibrations generating vibrations, characterized in that the drive member is in operative connection exclusively by means of the oscillating element which can be set into vibration via the resilient coupling member or exclusively by means of this oscillating element and an additional spring member. The resilient coupling member consists of at least one mechanical and / or at least one pneumatic coupling spring. The mechanical coupling spring consists of an arranged between the voice coil bobbin and the vibrating element elastic bellows, which limits a pneumatic cushion spring acting as a cushion of air radially outward. With this device unwanted frequency ranges are prevented by a mechanical vibrating element without the use of electronic filters.

Im Weiteren zeigt die DE 100 43 294 A1 einen Lautsprecher zur aktiven Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine mit einer federnden Membran, an der eine Masse schwingfähig befestigt ist, und einem als eine elektrische Spule ausgebildeten Antrieb. Die Masse ist mit einer Luftfeder mit veränderbarer Steifigkeit verbunden, wobei sich die Luftfeder bezogen auf die Masse ortsfest abstützt. Ist die durch einen einseitig wirkenden Zylinder gebildete Luftfeder nur mit einer Speiseleitung verbunden, dann muss bei einer Veränderung des Luftdrucks in der Luftfeder eine Verschiebung der Nulllage des Lautsprechers hingenommen werden. Die Beeinflussung der Federsteifigkeit der Luftfeder kann auch über ein Getriebe erfolgen, das eine Verstellung der Verhältnisse der Auslenkung der Masse zur Auslenkung eines Kolbens der Luftfeder bewirkt. Die Wegverhältnisse sind ausschlaggebend für die Federsteifigkeit der Luftfeder bezogen auf die Auslenkung der Masse, da diese einerseits von der wirkenden Federkraft und andererseits von der Auslenkung, die durch die Hebelverhältnisse beeinflusst wird, abhängig ist. Die Steifigkeit der Luftfeder ist direkt proportional zum Druck, wobei die in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Druckquellen die Änderung der Steifigkeit derart stark limitieren, dass häufig lediglich eine Änderung der Steifigkeit um den Faktor zwei realisierbar ist. Zusätzlich parallel angeordnete Luftfedern benötigen einen entsprechend vergrößerten Einbauraum. Mit lediglich einem zusätzlichen Getriebe zur Anpassung der Wegeverhältnisse zwischen Spule und Kolben ist ohne einen weiteren Aktor keine Anpassung der Steifigkeit im Betrieb möglich.In the following shows the DE 100 43 294 A1 a speaker for actively influencing the intake noise of an internal combustion engine having a resilient diaphragm to which a mass is swingably mounted, and a drive formed as an electric coil. The mass is connected to an air spring with variable stiffness, wherein the air spring is supported stationary relative to the mass. If the air spring formed by a cylinder acting on one side only connected to a feed line, then a change in the air pressure in the air spring, a shift in the zero position of the speaker must be accepted. The influencing of the spring stiffness of the air spring can also be effected via a gear which causes an adjustment of the ratios of the deflection of the mass to the deflection of a piston of the air spring. The travel conditions are decisive for the spring stiffness of the air spring relative to the deflection of the mass, since this is dependent on the one hand on the acting spring force and on the other hand on the deflection, which is influenced by the lever ratios. The stiffness of the air spring is directly proportional to the pressure, with the pressure sources available in a motor vehicle limiting the change in stiffness to such an extent that often only a change in rigidity by a factor of two can be achieved. Additional air springs arranged in parallel require a correspondingly larger installation space. With only one additional gearbox for adjusting the path ratios between the coil and the piston, no adjustment of the rigidity during operation is possible without a further actuator.

Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2010 052 096 A1 einen elektrodynamischen Lautsprecher mit einem an einer Basis befestigten Korb und einer an dem Korb schwingend befestigten Membran. An der Basis ist ein Dauermagnet mit einer Zentralöffnung angeordnet, in die eine Schwingspule eintaucht, die auf einem mit der Membran verbundenen Schwingspulenträger sitzt. Eine federnde Zentriervorrichtung ist an einer dem Schwingungsspulenträger zugeordneten Seite der Schwingspule angeordnet und positioniert die Schwingspule in der Zentralöffnung. Die federnde Zentriervorrichtung ist als ein einstückiges Blattfederelement mit einer Mehrzahl von Stegen mit zumindest einer Windung gebildet, wobei die Windungen in einer parallel zu der Basis ausgerichteten Ebene liegen. Ein erstes Ende jedes Steges ist mit der Schwingspule und ein zweites Ende jedes Steges mit dem Korb verbunden.In addition, the describes DE 10 2010 052 096 A1 an electrodynamic loudspeaker having a basket attached to a base and a membrane swingably attached to the basket. At the base of a permanent magnet is arranged with a central opening, in which a voice coil is immersed, sitting on a connected to the diaphragm voice coil former. A resilient centering device is arranged on a side of the voice coil associated with the vibration coil carrier and positions the voice coil in the central opening. The resilient centering device is formed as an integral leaf spring element having a plurality of webs with at least one turn, the turns being in a plane oriented parallel to the base. A first end of each land is connected to the voice coil and a second end of each land is connected to the basket.

In der Automobilindustrie finden in der Regel passive Schalldämpfer zur Minderung der Schallemissionen im Abgastrakt von Verbrennungsmotoren Verwendung, wobei sich der Strömungswiderstand negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Darüber hinaus ist die Schallminderungsfähigkeit dieser Schalldämpfer für tiefe Frequenzbänder begrenzt, wobei das Motorengeräusch insbesondere durch dominante Harmonische, die Motorordnungen, bestimmt wird. An dieser Stelle kann aktive Schallauslöschung (ANC-Active Noise Control) Abhilfe schaffen. Der Motorschall wird durch Überlagerung einer 180° phasenversetzten Gegenschallwelle, die durch einen Lautsprecher erzeugt wird, ausgelöscht. Somit kann das Gesamtgeräuschpegel für Betriebszustände mit dominanten Harmonischen um über 20 dB reduziert werden. Die Schallenergie wird zum Motor zurückgeworfen. Grundsätzlich stellt die aktive Schallauslöschung im Abgasstrang hohe Anforderungen an die verwendete Schallquelle. Neben hohen Temperaturen und einem korrosiven Umfeld sind vor allem die hohen benötigten Schalldrücke der Motorordnungen, bis über 150 dB, problematisch hinsichtlich Materialbeanspruchung und dem Energieverbrauch des Lautsprechers, insbesondere aufgrund des geringen elektroakustischen Wirkungsgrads von Lautsprechern, weshalb die Anwendung von ANC in der Praxis meist auf den Fahrzeuginnenraum begrenzt ist.In the automotive industry, passive silencers are generally used to reduce the noise emissions in the exhaust tract of internal combustion engines, wherein the flow resistance has a negative effect on fuel consumption. In addition, the sound reduction capability of these mufflers is limited to low frequency bands, with the engine noise being determined in particular by dominant harmonics, the engine orders. At this point, Active Noise Control (ANC) can help. The engine sound is extinguished by superposition of a 180 ° phase-shifted counter-sound wave, which is generated by a loudspeaker. Thus, the overall noise level for dominant harmonic modes can be reduced by over 20 dB. The sound energy is thrown back to the engine. Basically, the active sound cancellation in the exhaust system high demands on the sound source used. In addition to high temperatures and a corrosive environment, above all, the high required sound pressure of engine orders, up to 150 dB, problematic in terms of material stress and energy consumption of the speaker, in particular due to the low electro-acoustic efficiency of speakers, which is why the application of ANC in practice mostly on the vehicle interior is limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufhängung zur aktiven Schallunterdrückung in ihrer Steifigkeit anpassbar ist, wobei der Lautsprecher einen relativ geringen Energieverbrauch aufweist und in ständiger Resonanz betreibbar ist. The invention has for its object to provide a speaker of the type mentioned, the suspension for active noise cancellation in their rigidity is adaptable, the speaker has a relatively low energy consumption and is operable in constant response.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem elektrodynamischen Lautsprecher dadurch gelöst, dass die Federvorrichtung mindestens eine einseitig befestigte Blattfeder oder Drahtfeder umfasst, die mit ihrem freien Ende mit der Membran zusammenwirkt und deren federnde freie Länge mittels eines Aktors veränderbar ist. According to the invention the object is achieved in an electrodynamic loudspeaker in that the spring device comprises at least one side-mounted leaf spring or wire spring, which cooperates with its free end with the membrane and whose resilient free length is variable by means of an actuator.

Mit der Änderung der freien und damit federnden Länge der Blattfeder oder Drahtfeder geht eine Änderung der Steifigkeit des Systems einher, so dass damit auch der Amplitudenfrequenzgang veränderbar ist, wobei keine Änderung der Nulllage des Federsystems mit der Veränderung der federnden Länge der Blattfeder oder Drahtfeder einhergeht und der Lautsprecher symmetrisch um die Nulllage schwingt. Mit dem Lautsprecher lässt sich im Resonanzbetreib eine starke Harmonische durch die Adaption der variablen mechanischen Steifigkeit ohne eine Änderung der Nulllage des Schwingsystems während des Betriebs erzeugen.With the change in the free and thus resilient length of the leaf spring or wire spring is accompanied by a change in the rigidity of the system, so that thus the amplitude frequency response is variable, with no change in the zero position of the spring system with the change in the resilient length of the leaf spring or wire spring is accompanied and the speaker oscillates symmetrically around the zero position. The loudspeaker can produce a strong harmonic in the resonance mode by adapting the variable mechanical rigidity without changing the zero position of the vibrating system during operation.

Vorzugsweise ist die Blattfeder als ein Abschnitt eines Kreisrings der kreisförmigen Federvorrichtung geformt und richtet die Membran radial und/oder axial zu dem Korb aus, wobei die Federvorrichtung koaxial zu der Membran angeordnet und mindestens ein Auflageelement für die Blattfeder relativ zu der Blattfeder verdrehbar ist. Zweckmäßigerweise umfasst die Federvorrichtung drei Blattfedern und ist zwischen der Membran und dem Korb angeordnet, wobei die freien Enden der Blattfedern auf einer der Schwingspule zugewandten Seite der Membran zugeordnet sind. Die Federvorrichtung lässt sich als ein ebenes Bauteil mit drei gleich langen Blattfedern herstellen und im Lautsprecher festlegen. Gegenüber den Blattfedern sind gegen die Blattfedern anliegende Auflageelemente verdrehbar oder verstellbar, um den freien Federweg der Blattfedern und damit die Steifigkeit des Systems zu verändern. Die Verdrehung erfolgt mittels des zugeordneten Aktors.Preferably, the leaf spring is shaped as a portion of a circular ring of the circular spring device and aligns the diaphragm radially and / or axially to the basket, wherein the spring device is arranged coaxially with the diaphragm and at least one support element for the leaf spring is rotatable relative to the leaf spring. Conveniently, the spring device comprises three leaf springs and is arranged between the membrane and the basket, wherein the free ends of the leaf springs are assigned to one of the voice coil side facing the membrane. The spring device can be produced as a flat component with three equal leaf springs and set in the speaker. Opposite the leaf springs against the leaf springs fitting support elements are rotatable or adjustable to change the free travel of the leaf springs and thus the rigidity of the system. The rotation takes place by means of the associated actuator.

Zur Ausrichtung der Federvorrichtung umfasst in Ausgestaltung die Federvorrichtung einen sternförmigen Halter mit einer zentralen Öffnung für die an der Membran angeordnete Schwingspule, wobei jeder Arm des Halters mit einem freien Ende einer zugeordneten Blattfeder verbunden ist.In order to align the spring device, the spring device comprises in an embodiment a star-shaped holder with a central opening for the voice coil arranged on the diaphragm, wherein each arm of the holder is connected to a free end of an associated leaf spring.

Zur vereinfachten und positionsgenauen Montage der einzelnen Bauteile des Lautsprechers ist der Korb aus einem magnetseitigen Unterteil und einem membranseitigen Oberteil zusammengesetzt, wobei dem Unterteil der die Blattfedern umfassende Kreisring der Federvorrichtung und dem zumindest eine umfangsseitige Öffnung aufweisenden Oberteil ein die die Blattfedern beaufschlagende Auflageelemente halternder Lagerring drehbar zugeordnet ist. Durch die mindestens eine Öffnung ist der Lagerring mittels des Aktors betätigbar. Der Korb wurde zweiteilig konzipiert, um die Demontage des Lautsprechers zu ermöglichen ohne eine zwischen Membran und Korb vorhandene Klebeverbindung lösen zu müssen. So kann beispielsweise die Blattfeder ausgetauscht werden. Mit einer Übergangspassung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Korbes ist gewährleistet, dass die Positionierung auch nach wiederholter Montage bestehen bleibt. Selbstverständlich ist auch die einteilige Gestaltung des Korbes möglich und keinesfalls ausgeschlossen, da lediglich die nach dem Stand der Technik übliche Klebeverbindung zwischen der Membran und dem Korb zu lösen ist, um den Lautsprecher zu demontieren. Zur Lagerung des Lagerrings kann der aus Blech gefertigte Korb des Lautsprechers als ein Wälzlager ausgebildet sein oder ein Wälzlager oder ein Gleitlager umfassen.For simplified and positionally accurate mounting of the individual components of the speaker, the basket of a magnet-side lower part and a diaphragm-side shell is composed, wherein the lower part of the leaf springs comprehensive annulus of the spring device and the at least one circumferential opening having upper part a the leaf springs acting on the support elements supporting bearing ring rotatably assigned. Through the at least one opening of the bearing ring by means of the actuator can be actuated. The basket has been designed in two parts to allow disassembly of the loudspeaker without having to loosen an adhesive connection between the membrane and the basket. For example, the leaf spring can be replaced. With a transition fit between the top and the bottom of the basket ensures that the positioning remains even after repeated assembly. Of course, the one-piece design of the basket is possible and not excluded, since only the usual prior art adhesive bond between the membrane and the basket is to be solved in order to dismantle the speaker. For storage of the bearing ring made of sheet metal basket of the speaker may be formed as a rolling bearing or comprise a rolling bearing or a sliding bearing.

Damit die an den Blattfedern anliegenden Auflageelemente bei ihrer Verstellung keine Geräusche verursachen, sind die Auflageelemente sternförmig an Haltearmen des Lagerrings befestigt und jedes Auflagerelement ist als ein auf der zugeordneten Blattfeder gleitender, rollenförmiger Lagerkörper ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die Haltearme mit rollenförmige Lagerkörper aufweisenden Gegenstücken verbunden, wobei zwischen gegenüberliegenden Lagerkörpern die Blattfeder angeordnet ist. Bei dem rollenförmigen Lagerkörper kann es sich um eine von einem Nadellager bekannte Nadel oder von einem Rollenlager bekannte Rolle oder dergleichen handeln, wobei der Lagerkörper linienförmig auf der Blattfeder aufliegt. Die Lagerkörper sind fest mittels Presspassung in den Haltearmen des Auflagerrings und dessen zugeordneten Gegenstücken verbaut, wobei die Gegenstücke mittels Schrauben mit den freien Enden der Haltearme verbunden sind, so dass zwischen jeweils gegenüberliegenden Lagerkörpern die zugeordnete Blattfeder nahezu spielfrei aufgenommen ist. Aufgrund der kreisförmigen Bauform der Blattfeder ist eine Schrägstellung der Lagerkörper erforderlich, um eine möglichst gleichmäßige Materialbeanspruchung zu gewährleisten, wobei die die Schrägstellung ein Abwälzen der Lagerkörper verhindert. Die starren Lagerkörper gleiten demnach auf den Blattfedern. Um möglichst wenig Abrieb und Reibung zu erzeugen, sind die Lagerkörper als gehärtete Stahlwellen mit polierter Oberfläche ausgebildet.Thus, the voltage applied to the leaf springs support elements cause no noise in their adjustment, the support elements are star-shaped attached to support arms of the bearing ring and each support element is designed as a sliding on the associated leaf spring, roller-shaped bearing body. Conveniently, the retaining arms are connected to roller-shaped bearing body having counterparts, wherein between opposite bearing bodies, the leaf spring is arranged. The roller-shaped bearing body can be a needle known from a needle bearing or a roller bearing known or the like, wherein the bearing body rests linearly on the leaf spring. The bearing body are permanently installed by means of press fit in the support arms of the support ring and its associated counterparts, the counterparts are connected by screws to the free ends of the support arms, so that between each opposite bearing bodies, the associated leaf spring is added almost no play. Due to the circular design of the leaf spring an inclination of the bearing body is required to ensure the most uniform material stress, wherein the skew prevents rolling of the bearing body. The rigid bearing bodies slide accordingly on the leaf springs. In order to produce as little as possible abrasion and friction, the bearing bodies are designed as hardened steel shafts with a polished surface.

Damit der Lagerring gegenüber dem Korb mit einem geringen Widerstand und relativ leise verdrehbar ist, sind dem Lagerring umfangsseitig Wälzlager zugeordnet.Thus, the bearing ring against the basket with a low resistance and relatively quiet is rotatable, the bearing ring circumferentially roller bearings are assigned.

Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die gesamte Vorrichtung zur Veränderung der Steifigkeit des Systems zwischen dem Permanentmagnet und der Membran des Lautsprechers angeordnet ist. Nach einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Federvorrichtung eine Feder und ist unterhalb der Schwingspule angeordnet, wobei die Feder mit einer der Membran zugeordneten Schwingspule zusammenwirkt und die Membran mittels einer Zentrierspinne mit dem Korb gekoppelt ist. Die Feder kann als eine Blattfeder oder eine mittig zwischen zwei Auflagerpunkten weiche und versetzt zu einem Auflagerpunkt hin zunehmend steife Drahtfeder ausgebildet sein.It is not mandatory that the entire apparatus for varying the rigidity of the system be disposed between the permanent magnet and the diaphragm of the loudspeaker. According to an alternative embodiment, the spring device comprises a spring and is arranged below the voice coil, wherein the spring cooperates with a voice coil associated with the diaphragm and the diaphragm is coupled by means of a spider with the basket. The spring may be formed as a leaf spring or a center between two support points soft and offset to a support point increasingly stiff wire spring.

Die Federvorrichtung mit der Feder ist sonach unterhalb des Lautsprechers angebracht und durch ein Loch in den Magnetpolplatten mit der der Membran zugeordneten Spule verbunden. Die Zentrierung der Spule und der Membran erfolgt mittels der üblichen Zentrierspinne, die auch als Zentriermembran bezeichnet wird. Insbesondere die Feder kann mittig und unterhalb der Spule angebracht werden, wodurch ein Kippen oder seitliches Verschieben der Spule vermieden ist.The spring device with the spring is thus mounted below the loudspeaker and connected through a hole in the magnetic pole plates with the coil associated with the membrane. The centering of the coil and the membrane by means of the usual spider, which is also referred to as a centering diaphragm. In particular, the spring can be mounted centrally and below the coil, whereby a tilting or lateral displacement of the coil is avoided.

Durch die Anbringung außerhalb des Korbes ist die Integration einer solchen Lagervorrichtung, die im Wesentlichen auf die Blattfeder und das zuvor beschriebene Auflageelement, das selbstverständlich mittels des Aktors zur Verstellung der freien Länge der Blattfeder bewegbar sein muss, umfasst, kostengünstig und ohne großen Aufwand auch an einem bestehenden Lautsprecher nachrüstbar. Es ist lediglich eine Möglichkeit zur Befestigung zu realisieren, wie z.B. durch entsprechende Gewinde in der Polplatte, die auch nachträglich angebracht werden könnten. Die Verbindung mit der Spule, die vorzugsweise durch Kleben zu realisieren ist, muss bei der Montage des Lautsprechers vor dem Anbringen der Kalotte erfolgen oder durch nachträgliches Lösen der Kalotte.By mounting outside the basket, the integration of such a bearing device, which essentially on the leaf spring and the support element described above, which of course must be movable by means of the actuator for adjusting the free length of the leaf spring comprises, cost and without much effort on Can be retrofitted to an existing speaker. There is only one way of fixing to realize, e.g. by appropriate thread in the pole plate, which could also be retrofitted. The connection with the coil, which is preferably to be realized by gluing, must be done during installation of the speaker before attaching the dome or by subsequent release of the dome.

Um die Auflageelemente anforderungsgerecht zu bewegen und damit die federnden Längen der Blattfedern einzustellen, umfasst der ortsfest an dem Lautsprecher angeordnete und mit einer mehrgliedrigen Betätigeranordnung in Verbindung stehende Aktor einen mit einer Computersteuerung verbunden Elektromotor oder eine pneumatische Druckdose, wobei ein freies Ende der Betätigeranordnung mit dem Lagerring zu dessen Verdrehung verbunden ist. An der Computersteuerung liegen Daten des Lautsprechers an, also beispielsweise die Resonanzfrequenz, welche sich über die Federsteifigkeit und die bewegten Masse einstellen lässt, sowie mathematisch oder empirisch ermittelte Werte, die im Zusammenhang mit der freien Federlänge und der Drehstellung des Elektromotors stehen.In order to move the support elements according to the requirements and thus adjust the resilient lengths of the leaf springs, the stationary arranged on the speaker and associated with a multi-member actuator assembly actuator comprises a connected to a computer control electric motor or a pneumatic pressure cell, wherein a free end of the actuator assembly with the Bearing ring is connected to the rotation. Data from the loudspeaker are present at the computer control, that is, for example, the resonant frequency, which can be set via the spring rigidity and the moved mass, and mathematically or empirically determined values that are related to the free spring length and the rotational position of the electric motor.

In einem Kraftfahrzeug mit einem zuvor erläuterten Lautsprecher ist die Computersteuerung mit einem Fahrzeugbus gekoppelt. An dem Fahrzeugbus liegt ein Steuergerät an, von dem eine Information bezüglich einer aktuellen Motordrehzahl abgreifbar ist, die zur Ansteuerung des Elektromotors zur Veränderung der Steifigkeit der mindestens einen Blattfeder auswertbar ist.In a motor vehicle with a previously explained speaker, the computer controller is coupled to a vehicle bus. On the vehicle bus is a control unit, from which information can be tapped with respect to a current engine speed, which is evaluable for driving the electric motor to change the rigidity of the at least one leaf spring.

Die Frequenz, mit der die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors zu beaufschlagen ist, ist abhängig von der Motordrehzahl n, der Arbeitsweise des Motors (2-Takter, 4-Takter) und der Zahl der Zylinder. Sie lässt sich nach folgender Formel berechnen: $f = (n / 60) \cdot i \cdot z$

mit:

f: Erregerfrequenz des Motors in Hz
n: Motordrehzahl in 1/min
z: Zahl der Zylinder
i: Arbeitsspiele pro Umdrehung (i=1 für 2-Takter, i = 0,5 für 4-Takter)

The frequency with which the exhaust system of an internal combustion engine is to be charged depends on the engine speed n, the mode of operation of the engine ( 2 -Tact, 4-stroke) and the number of cylinders. It can be calculated according to the following formula:

f = (n / 60) \cdot i \cdot z

With:

f: Excitation frequency of the motor in Hz
n: Engine speed in 1 / min
z: Number of cylinders
i: Working cycles per revolution (i = 1 for 2-stroke, i = 0.5 for 4-stroke)

Für einen 4-Zylinder-4-Takt-Reihenmotor ist i = 0,5 und z = 4, mithin daher das Produkt i · z = 2, sodass im allgemeinen Sprachgebrauch von der 2. Motorharmonischen als Gesamtpegel bestimmende Größe gesprochen wird.For a 4-cylinder 4-stroke in-line engine i = 0.5 and z = 4, hence the product i * z = 2, so that in general parlance is spoken of the 2nd engine harmonics determining the overall level.

Liegt bei einem 4-Zylinder-4-Takt-Motor beispielsweise die Motordrehzahl n = 6000 1/min vor, so gelangen pro Sekunde 200 Impulse in das Abgassystem des Motors, bei n = 3000 1/min sind es 100 Impulse usw. Bei jeder Motordrehzahl lässt sich die Frequenz der 2. Motorharmonischen berechnen. Geht man von einer Leerlaufdrehzahl von ca. n = 600 1/min und einer maximalen Motordrehzahl von n = 6000 1/min aus, so reicht der Frequenzbereich der 2. Motorharmonischen von f = 20...200 Hz.If, for example, the engine speed n = 6000 1 / min is present in a 4-cylinder 4-stroke engine, this will happen per second 200 Impulses in the exhaust system of the engine, at n = 3000 1 / min, there are 100 pulses, etc. At each engine speed, the frequency of the 2nd motor harmonics can be calculated. Assuming an idling speed of approx. N = 600 rpm and a maximum motor speed of n = 6000 rpm, the frequency range of the 2nd motor harmonic ranges from f = 20 ... 200 Hz.

Wird in einem Abgasrohr des Kraftfahrzeugs der dynamische Druckpegel gemessen und dieses Signal einer Frequenzanalyse unterzogen, so erkennt man, dass die 2. Motorharmonische über weite Bereiche für den Gesamtpegel bestimmend ist. Die höheren Harmonischen sind zwar im Abgassystem auch vorhanden, jedoch nimmt ihre Intensität mit wachsender Ordnung stark ab. Es kann vorkommen, dass die Pegel der 4. Motorharmonischen die der 2. Motorharmonischen übersteigen und Gesamtpegel bestimmend sind, doch prinzipiell sind die Pegel der 2. Motorharmonischen in der Abgasanlage dominierend. Die Frequenzen der 2. Motorharmonischen (f = ca. 20...200 Hz) werden in der Fahrzeugakustik als Brummfrequenzen bezeichnet, da sie verantwortlich sind für die tieffrequenten Geräusche, die von den Fahrzeuginsassen als lästige Brummgeräusche empfunden werden.If the dynamic pressure level is measured in an exhaust pipe of the motor vehicle and this signal is subjected to a frequency analysis, it can be seen that the second engine harmonic determines the overall level over a wide range. Although the higher harmonics are also present in the exhaust system, their intensity decreases sharply with increasing order. It may happen that the levels of the 4th engine harmonic exceed those of the 2nd engine harmonic and the overall level are dominant, but in principle the levels of the 2nd engine harmonics in the exhaust system are dominant. The frequencies of the 2nd motor harmonics (f = approx. 20 ... 200 Hz) are referred to in vehicle acoustics as ripple frequencies, since they are responsible for the low-frequency noise, which are perceived by the vehicle occupants as annoying buzzing noise.

Da bei der aktiven Schallunterdrückung im Abgasstrang hauptsächlich die dominanten Harmonischen des Motors effizient eliminiert werden sollen, werden in erster Linie Signale mit einer Frequenz benötigt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die jeweilige Frequenz des ANC-Signals und die Resonanzfrequenz des Lautsprechers gleichzusetzen, wodurch der maximale Wirkungsgrad erreicht werden kann. Die Frequenz des ANC-Signals wird durch den Motor vorgegeben. Die Resonanzfrequenz hingegen ergibt sich aus der Steifigkeit der Membranaufhängung Cm und der zu bewegenden Masse Mm wie folgt: $f_{0} = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{C_{m}}{M_{m}}}$

Since active suppression of noise in the exhaust system is primarily intended to efficiently eliminate the dominant harmonics of the engine, signals with one frequency are primarily required. This results in the possibility of equating the respective frequency of the ANC signal and the resonant frequency of the loudspeaker, whereby the maximum efficiency can be achieved. The frequency of the ANC signal is given by the motor. The resonance frequency, on the other hand, results from the rigidity of the diaphragm suspension Cm and the mass Mm to be moved as follows:

f_{0} = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{C_{m}}{M_{m}}}

Da sich im Resonanzfall gerade diese beiden Elemente, nämlich die Steifigkeit der Membranaufhängung Cm und die zu bewegende Masse Mm, eliminieren, zeigen diese nur wenig Einfluss auf das Übertragungsverhalten im Resonanzbereich, so dass der elektromechanische Wirkungsgrad auch nach Änderung der Resonanzfrequenz in diesem Bereich konstant hoch bleibt. Außerhalb des Resonanzbereichs zeigen sich allerdings starke Abhängigkeiten zu den beiden Parametern. Dort wirkt sich eine möglichst geringe Masse und Steifigkeit im gleichen Maße positiv auf den Wirkungsgrad aus und die Parabel mit dem Maximum bei der Resonanzfrequenz wird breiter. Da sich jedoch die Masse aufgrund ihrer Trägheit negativ auf die Einschwingzeit auswirkt, ist diese ungeeignet zur Anpassung der Resonanz. Somit fällt die Wahl des Parameters zur Resonanzanpassung auf die Steifigkeit.Since these two elements, namely the rigidity of the diaphragm suspension Cm and the mass Mm to be moved, are eliminated at resonance, these show only little influence on the transmission behavior in the resonance range, so that the electromechanical efficiency remains constantly high even after the resonance frequency has changed in this range remains. Outside the resonance range, however, there are strong dependencies to the two parameters. There, the lowest possible mass and rigidity have the same positive effect on the efficiency and the parabola with the maximum at the resonance frequency widens. However, since the inertia of the mass has a negative effect on the settling time, it is unsuitable for adjusting the resonance. Thus, the choice of the parameter for resonance matching falls on the stiffness.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations. The scope of the invention is defined only by the claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:

1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Teils eines Lautsprechers nach der Erfindung,
2 eine Darstellung des Lautsprechers nach 1 von oben,
3 eine Darstellung des Lautsprechers nach 1 von unten,
4 eine Seitenansicht des Lautsprechers nach 1,
5 eine Schnittdarstellung eines alternativen Lautsprechers,
6 eine Darstellung der Einzelheit VI nach 1 und
7 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VII nach 6.

It shows:

1 a schematic exploded view of a part of a loudspeaker according to the invention,
2 a representation of the speaker after 1 from above,
3 a representation of the speaker after 1 from underneath,
4 a side view of the speaker after 1 .
5 a sectional view of an alternative speaker,
6 a representation of the detail VI after 1 and
7 an enlarged view of the detail VII after 6 ,

Der Lautsprecher 1 umfasst eine Membran 2 mit einer unterseitigen Spule, die auch als Schwingspule 3 bezeichnet wird, wobei sich die Membran 2 oberseitig an einem Oberteil 4 eines zweiteiligen Korbes 5 abstützt und das Oberteil 4 mit einem Unterteil 6 verbunden ist. Unterhalb des Unterteils 6 des Korbes 5 ist ein Dauermagnet 7 angeordnet, der mit der Spule 3 in bekannter Weise zusammenwirkt. In dem Unterteil 6 des Korbes 5 liegt eine Federvorrichtung 8, die einen Kreisring 9 mit drei Blattfedern 10 umfasst fest ein. Die Blattfedern 10 gehen mit ihrem einen Ende einstückig von dem Kreisring 9 ab und sind an ihren freien Enden mit Armen 11 eines sternförmigen Halters 12 verbunden. Die Blattfedern 10 weisen identische freie, also federnde Längen auf und sind gleichmäßig über den Umfang des Kreisrings 9 verteilt. Der Halter 12 weist eine zentrale Öffnung 13 auf, in die die Spule 3 fest eingesetzt ist und ist zur Klemmung des freien Endes der Blattfedern 10 mit Befestigungsklötzen 32 verbunden.The speaker 1 includes a membrane 2 with a lower-side coil, also called a voice coil 3 is referred to, wherein the membrane 2 on top of a top 4 a two-piece basket 5 supports and the upper part 4 with a lower part 6 connected is. Below the lower part 6 of the basket 5 is a permanent magnet 7 arranged with the coil 3 cooperates in a known manner. In the lower part 6 of the basket 5 lies a spring device 8th holding a circular ring 9 with three leaf springs 10 includes one. The leaf springs 10 go with their one end in one piece from the circular ring 9 off and are at their free ends with arms 11 a star-shaped holder 12 connected. The leaf springs 10 have identical free, so resilient lengths and are uniform over the circumference of the annulus 9 distributed. The holder 12 has a central opening 13 on, in which the coil 3 is firmly inserted and is for clamping the free end of the leaf springs 10 with mounting blocks 32 connected.

Oberhalb des die Blattfedern 10 aufweisenden Kreisrings 9 der Federvorrichtung 8 ist ein Lagerring 14 angeordnet, dem an seinem Außenumfang auf Wellen 15 befestigte Kugellager 16 zur radialen Lagerung zugeordnet sind, wobei die Wellen 15 in stirnseitige Bohrungen des Unterteils 6 des Korbes 5 eingesetzt sind und äußere Lagerschalen der Kugellager 16 den Lagerring 14 führen. Im Weiteren sind zur axialen Lagerung des Lagerrings 14 an dessen äußerem Umfang Lagerböcke 34 mit zugeordneten Kugellagern 33 angeordnet, die abwechselnd an der oberen und unteren Lauffläche 35 des Lagerrings 14 anliegen, so dass der Lagerring 14 axial kein Spiel aufweist. Die Kugellager 33 sind über entsprechende Langlöcher in der Lagerböcken 34 in der Höhe verstellbar. Die Lagerböcke 34 selbst sind auch über die Stirnseite des Unterteils 6 des Korbes 5 verschraubt.Above the leaf springs 10 having circular ring 9 the spring device 8th is a bearing ring 14 arranged on its outer periphery on waves 15 attached ball bearings 16 assigned to the radial bearing, wherein the waves 15 in frontal holes of the lower part 6 of the basket 5 are used and outer bearing shells of the ball bearings 16 the bearing ring 14 to lead. In addition, the axial bearing of the bearing ring 14 on the outer circumference bearing blocks 34 with associated ball bearings 33 arranged alternately on the upper and lower tread 35 of the bearing ring 14 abut, so that the bearing ring 14 has no axial play. The ball bearings 33 are via appropriate slots in the bearing blocks 34 adjustable in height. The bearing blocks 34 themselves are also over the front of the base 6 of the basket 5 screwed.

Der Lagerring 14 weist drei gleichmäßig zueinander beabstandete Haltearme 17 auf, an denen Auflageelemente 18 befestigt sind. Jedes Auflageelement 18 ist als ein auf der zugeordneten Blattfeder aufliegender Lagerkörper 19 ausgeführt, der rollenförmig ausgebildet ist und der eine Länge aufweist, die an die Breite der Blattfeder 10 angepasst ist. Dem Lagerkörper 19 ist ein Gegenstück 20 mit einem weiteren Lagerkörper 19 derart zugeordnet, dass zwischen den beiden Lagerkörpern 19 die Blattfeder 10 nahezu spielfrei angeordnet ist. Selbstverständlich ist auch die einseitige Beaufschlagung der Blattfeder 10 durch das Auflageelement 18 möglich und zwar derart, dass die Blattfeder 10 durch das Auflageelement 18 an dem Unterteil 6 des Korbes 5 gehalten wird. Die beiden Lagerkörper 19 bestehen in der Regel aus gehärteten und polierten Wellen, die feststehend angeordnet sind bei einer Bewegung des Lagerrings 14 zur Änderung der freien federnden Länge der Blattfeder 10 über deren Oberfläche gleiten. Das Gegenstück 20 ist mittels Schrauben 31 im Bereich des freien Endes des zugeordneten Haltearms 17 festgelegt.The bearing ring 14 has three equally spaced support arms 17 on which support elements 18 are attached. Each support element 18 is as a bearing on the associated leaf spring bearing body 19 executed, which is formed roller-shaped and having a length corresponding to the width of the leaf spring 10 is adjusted. The bearing body 19 is a counterpart 20 with another bearing body 19 assigned such that between the two bearing bodies 19 the leaf spring 10 is arranged almost without play. Of course it is also the one-sided admission of the leaf spring 10 through the support element 18 possible in such a way that the leaf spring 10 through the support element 18 on the lower part 6 of the basket 5 is held. The two bearing bodies 19 are usually made of hardened and polished shafts, which are fixedly arranged during movement of the bearing ring 14 for changing the free resilient length of the leaf spring 10 glide over its surface. The counterpart 20 is by means of screws 31 in the region of the free end of the associated holding arm 17 established.

Das Oberteil 4 des Korbes 5 ist mit umfangsseitigen Öffnungen 21 versehen, durch die ein Ende einer Betätigeranordnung 22 geführt ist, das mit dem Lagerring 14 zu dessen Verdrehung und damit zur Positionierung der Auflageelemente 18 verbunden ist, wobei das andere Ende mit einem Elektromotor 23 eines Aktors 24 verbunden ist. Der Elektromotor 23 ist vorliegend an einer Basisplatte 25 des Lautsprechers 1 festgelegt und mit einer Computersteuerung 26 zur Positionierung der Auflageelemente 18 verbunden.The top 4 of the basket 5 is with circumferential openings 21 provided by one end of an actuator assembly 22 is guided, with the bearing ring 14 for its rotation and thus for positioning of the support elements 18 is connected, the other end with an electric motor 23 an actor 24 connected is. The electric motor 23 is present on a base plate 25 of the speaker 1 set and with a computer control 26 for positioning the support elements 18 connected.

Bei der Anordnung des Lautsprechers 1 in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Beeinflussung von Geräuschen eines Abgassystems, lässt sich die Computersteuerung 26 über einen Fahrzeugbus 27 mit Steuergeräten 28 des Kraftfahrzeugs verbinden, um beispielsweise Informationen zur Drehzahl einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu erhalten.When arranging the speaker 1 in a motor vehicle, for example for influencing the noise of an exhaust system, the computer control can be 26 via a vehicle bus 27 with control units 28 connect the motor vehicle, for example, to obtain information about the speed of a crankshaft of an internal combustion engine.

Die federnde freie Länge der Blattfeder 10 ist durch die Position des Auflageelementes 18 bestimmt und bemisst sich von der durch das Drehen des Lagerrings 14 bestimmten Lage des Auflageelementes 18 bis zu dem mit dem Halter 12 verbundenen Ende. Durch die veränderbare Steifigkeit des Systems, also des Lautsprechers 1, durch die Verdrehung des Lagerrings 14 mit den zugeordneten Auflageelementen 18, lässt sich eine Resonanzschwingung zu der Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs einstellen und die wahrnehmbaren Geräusche sind derart beeinflussbar.The resilient free length of the leaf spring 10 is by the position of the support element 18 determined and measured by the by turning the bearing ring 14 certain position of the support element 18 up to the one with the holder 12 connected end. Due to the variable rigidity of the system, so the speaker 1 , by the rotation of the bearing ring 14 with the associated support elements 18 , A resonance vibration can be adjusted to the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine of the motor vehicle and the perceptible noises can be influenced in this way.

In alternativer Ausgestaltung umfasst die Federvorrichtung 8 eine Blattfeder und ist unterhalb des Dauermagneten 7 einer Spulenanordnung 29 angeordnet, wobei das freie Ende der Blattfeder 10 mit der der Membran 2 zugeordneten Spule 3 verbunden und die Membran 2 mittels einer Zentrierspinne 30 mit dem Korb 5, der hier auch einteilig ausgebildet sein kann, gekoppelt ist.In an alternative embodiment, the spring device comprises 8th a leaf spring and is below the permanent magnet 7 a coil arrangement 29 arranged, with the free end of the leaf spring 10 with the membrane 2 associated coil 3 connected and the membrane 2 by means of a spider 30 with the basket 5 , which can also be formed integrally here, coupled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1.: Lautsprecherspeaker
2.Second: Membranmembrane
3.Third: Schwingspulevoice coil
4.4th: Oberteiltop
5.5th: Korbbasket
6.6th: Unterteillower part
7.7th: Dauermagnetpermanent magnet
8.8th.: Federvorrichtungspring device
9.9th: Kreisringannulus
10.10th: Blattfederleaf spring
11.11th: Armpoor
12.12th: Halterholder
13.13th: Öffnungopening
14.14th: Lagerringbearing ring
15.15th: Wellewave
16.16th: Kugellagerball-bearing
17.17th: Haltearmholding arm
18.18th: Auflageelementsupport element
19.19th: Lagerkörperbearing body
20.20th: Gegenstückcounterpart
21.21st: Öffnungopening
22.22nd: Betätigeranordnungactuator
23.23rd: Elektromotorelectric motor
24.24th: Aktoractuator
25.25th: Basisplattebaseplate
26.26th: Computersteuerungcomputer control
27.27th: Fahrzeugbusvehicle bus
28.28th: Steuergerätcontrol unit
29.29th: Spulenanordnungcoil assembly
30.30th: Zentrierspinnespider
31.31st: Schraubescrew
32.32nd: Befestigungsklotzmounting block
33.33rd: Kugellagerball-bearing
34.34th: Lagerbockbearing block
35.35th: Laufflächetread

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4021000 C2 [0002]
DE 10043294 A1 [0003]
DE 102010052096 A1 [0004]

Claims

Electrodynamic loudspeaker (1) comprising a basket (5), to which a membrane (2) is assigned in a swinging manner, and a permanent magnet having an associated voice coil (3) and a spring device (8) which supports the membrane (2) relative to the basket (2). 5), characterized in that the spring device (8) comprises at least one side-mounted leaf spring (10) or wire spring, which cooperates with its free end with the membrane (2) and the resilient free length by means of an actuator (24) is variable ,

Speaker after Claim 1 characterized in that the leaf spring (10) is shaped as a portion of a circular ring (9) of the circular spring device (8) and aligns the diaphragm (2) radially and / or axially with the basket (5), the spring device (8 ) is aligned coaxially with the membrane (2) and at least one support element (18) for the leaf spring (10) relative to the leaf spring (10) is rotatable.

Speaker after Claim 1 or 2 , characterized in that the spring device (8) comprises three leaf springs (10) and is arranged between the membrane (2) and the basket (5), wherein the free ends of the leaf springs (10) on one of the voice coil (3) facing side associated with the membrane.

Speaker after Claim 3 , characterized in that the spring device (8) comprises a star-shaped holder (12) with a central opening (13) for the on the membrane (2) arranged voice coil (3), wherein each arm (11) of the holder (12) a free end of an associated leaf spring (10) is connected.

Speakers after one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the basket (5) of a magnet-side lower part (6) and a diaphragm-side upper part (4) is composed, wherein the lower part (6) of the leaf springs (10) comprising the circular ring (9) of the spring device (8) and the upper part (4) having at least one circumferential opening (21) is rotatably associated with a bearing ring (14) which supports the leaf springs (10) and supports the bearing elements (18).

Speaker after Claim 5 , characterized in that the support elements (18) are star-shaped to support arms (17) of the bearing ring (14) and each support element (18) as a on the associated leaf spring (10) sliding, roller-shaped bearing body (19) is formed.

Speaker after Claim 6 , characterized in that the retaining arms (17) with roller-shaped bearing body (19) having counterparts (20) are connected, wherein between opposite bearing bodies (19), the leaf spring (10) is arranged.

Speaker after Claim 5 , characterized in that the bearing ring (14) circumferentially roller bearings (10) are assigned.

Speaker after Claim 1 or 2 , characterized in that the spring device (8) comprises a spring and is arranged below the coil arrangement (29), wherein the spring interacts with the voice coil (3) associated with the membrane (2) and the diaphragm (10) is moved by means of a centering spider (30 ) is coupled to the basket (5).

Speakers after one of the Claims 1 to 9 characterized in that the actuator (24) fixed to the loudspeaker (1) and associated with a multi-member actuator assembly (22) comprises an electric motor (23) or a pneumatic pressure cell connected to a computer controller (26), one end the actuator assembly (22) with the bearing ring (14) is connected to its rotation.

Motor vehicle with an electrodynamic loudspeaker according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the computer controller (26) is coupled to a vehicle bus (27).

Motor vehicle after Claim 11 , characterized in that on the vehicle bus (27) a control device (28) is applied, from which information about a current engine speed can be tapped, which is evaluable for driving the electric motor (23) to change the rigidity of the at least one leaf spring (10) ,