DE102020001252A1 - Loudspeaker diaphragm and method of manufacturing a loudspeaker diaphragm for a loudspeaker of the ribbon magnetostat type - Google Patents

Loudspeaker diaphragm and method of manufacturing a loudspeaker diaphragm for a loudspeaker of the ribbon magnetostat type Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung in der Konstruktionsweise eines Lautsprechers der Art Bändchenmagnetostat zur Wiedergabe von Sprache und Musik. Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Lautsprechermembrane und definiert das Verfahren zur Herstellung dergleichen.Die Lautsprechermembran wird entsprechend einem speziellen Verfahren als strukturiertes Laminat aus mehreren verklebten Schichten (21,22,23) hergestellt. Die Klebstoffe härten unter Formgebung in strukturierten Formen (24) aus.Durch die Art ihrer Konstruktion weist die Membran eine erhöhte mechanische Stabilität und Elastizität auf. Aus diesem Grund kann die Membran größere Amplituden und damit höhere Lautstärken und tiefere Frequenzen wiedergeben, ohne dass es zu Ermüdungen und zum Versagen des Materials kommt.The invention relates to an improvement in the construction of a loudspeaker of the ribbon magnetostat type for reproducing speech and music. The invention relates to the improvement of the loudspeaker diaphragm and defines the method for producing the same. The loudspeaker diaphragm is produced in accordance with a special process as a structured laminate from several bonded layers (21, 22, 23). The adhesives cure while shaping in structured molds (24). Due to the nature of their construction, the membrane has increased mechanical stability and elasticity. For this reason, the membrane can reproduce larger amplitudes and thus higher volumes and lower frequencies without causing fatigue or failure of the material.

Description

Bei einem typischen Bändchenmagnetostat (1) handelt es sich um ein Lautsprechersystem, bei dem eine elektrisch leitende Lautsprechermembran (1), die sich einem Magnetfeld (2) befindet durch Anschluss an ein elektrisches Signal (3) in Bewegung gesetzt wird und die elektrische Energie dadurch in Form von Schallwellen an die Luft weitergibt. (Ursprungspatent: DRP 421038, 13.1.1923, Dr. Walter H. Schottky, Siemens und Halske).With a typical ribbon magnetostat ( 1 ) is a loudspeaker system in which an electrically conductive loudspeaker membrane ( 1 ) that are exposed to a magnetic field ( 2 ) is located by connection to an electrical signal ( 3 ) is set in motion and the electrical energy is passed on to the air in the form of sound waves. (Original patent: DRP 421038, January 13, 1923, Dr. Walter H. Schottky, Siemens and Halske).

Der Wirkmechanismus beruht auf der physikalischen Gesetzmäßigkeit der Lorenzkraft.The mechanism of action is based on the physical law of the Lorenz force.

Bändchenmagnetostaten finden typischerweise Anwendung als Hochtöner in mehrwegigen Lautsprechern unterschiedlicher Bauart und mit unterschiedlichem Verwendungszweck.Ribbon magnetostats are typically used as tweeters in multi-way loudspeakers of different types and uses.

Die Lautsprechermembran (1) besteht typischerweise aus einem dünnen Aluminiumstreifen der Stärke 4-10µm. Da die Membran durch das Schwingen Änderungen in der Länge erfährt, ist die Membran in der Regel quer zur Längsrichtung Z- oder S-förmig strukturiert, bzw. geriffelt.The speaker cone ( 1 ) typically consists of a thin strip of aluminum with a thickness of 4-10 µm. Since the membrane experiences changes in length as a result of the oscillation, the membrane is generally structured in a Z- or S-shape, or corrugated, transversely to the longitudinal direction.

Die Enden sind mechanisch an einen Rahmen oder an ein Gehäuse fixiert und dienen gleichzeitig als elektrische Anschlusspunkte an die Signalquelle (4).The ends are mechanically fixed to a frame or to a housing and at the same time serve as electrical connection points to the signal source ( 4th ).

Das Magnetfeld wird typischerweise durch Permanentmagneten erzeugt (2).The magnetic field is typically generated by permanent magnets ( 2 ).

Das elektrische Signal wird durch einen Audio-Verstärker (4) erzeugt. Abhängig vom geringen elektrischen Widerstand des Bändchens und der Auslegung des Verstärkers ist oftmals ein Transformator zwischengeschaltet um den elektrischen Widerstand entsprechend der Anforderung des Audio-Verstärkers zu erhöhen.The electrical signal is amplified by an audio amplifier ( 4th ) generated. Depending on the low electrical resistance of the ribbon and the design of the amplifier, a transformer is often interposed in order to increase the electrical resistance according to the requirements of the audio amplifier.

Eine alternative Konstruktionsart der Lautsprechermembran, mit Anwendung entsprechend der oben beschriebene Weise, basiert auf einzelnen Aluminiumstreifen, die auf eineAn alternative type of construction of the loudspeaker membrane, with application in accordance with the manner described above, is based on individual aluminum strips that are attached to a

Trägerfolie geklebt werden. Durch diese Maßnahme kann der elektrische Widerstand erhöht und aufgrund dessen auf einen Transformator verzichtet werden. Trotz starker äußerlicher Ähnlichkeit bestehen diese Lautsprechermembranen nicht aus einem Laminat entsprechend der Erfindung, da in keinem bekannten Fall die hierfür erforderliche Anzahl von mehr als zwei Schichten und die erforderliche Art der Herstellung gemäß der Erfindung Anwendung gefunden haben. Die durch die Erfindung resultierenden Vorteile kommen aus diesem Grund nicht zum tragen. Die für die Anwendung maßgeblichen mechanischen Eigenschaften der Lautsprechermembran werden wie bei der zuvor beschriebenen typischen Lautsprechermembran, welche aus einer einzigen Metallfolie besteht durch die Eigenschaften ebendieser Metallfolie bestimmt. Die im folgenden beschrieben Probleme und Einschränkungen beziehen sich in vergleichbarer Weise auf diese alternative Konstruktionsart. (Vgl. Patentanspruch: DE000002558490A1 , Kasatkin, Smirnov, Feldman, ursprünglich, UdSSR 1975).Carrier film can be glued. As a result of this measure, the electrical resistance can be increased and, as a result, a transformer can be dispensed with. Despite strong external similarity, these loudspeaker diaphragms do not consist of a laminate according to the invention, since the number of more than two layers required for this and the required type of production according to the invention have not been used in any known case. For this reason, the advantages resulting from the invention do not come into play. The mechanical properties of the loudspeaker diaphragm that are decisive for the application are determined by the properties of this very metal foil, as is the case with the typical loudspeaker diaphragm described above, which consists of a single metal foil. The problems and limitations described below relate in a comparable way to this alternative type of construction. (See claim: DE000002558490A1 , Kasatkin, Smirnov, Feldman, originally, USSR 1975).

Bei dem beschriebenen Bändchenmagnetostaten beschränkt sich die praktische Anwendung aufgrund der mechanischen Limitierungen der Lautsprechermembran auf den Hochtonbereich mit einer unteren Grenzfrequenz zwischen typischerweise 1000-5000 Hz. Eine breitbandigere Anwendung über diesen Bereich hinaus, z.B. zur Wiedergabe des Spektrums einer menschlichen Stimme mit einer unteren Grenzfrequenz zwischen 100-200 Hz ist mit der beschriebenen Konstruktion nicht sinnvoll umsetzbar.In the case of the ribbon magnetostat described, the practical application is limited to the high frequency range with a lower limit frequency between typically 1000-5000 Hz due to the mechanical limitations of the loudspeaker membrane 100-200 Hz cannot be reasonably implemented with the construction described.

Gründe hierfür:

  • Eine Erhöhung der Lautstärke und eine Verringerung der Wiedergabefrequenz sind beide mit einer Erhöhung der Schwingungsamplitude und einer daraus resultierenden Streckung der Lautsprechermembrane verbunden.
  • Bei der beschriebenen typischen Lautsprechermembran eines Bändchenmagnetostaten werden dessen mechanische Eigenschaften maßgeblich von den Materialeigenschaften der leitenden Metallfolie definiert bzw. begrenzt. Im Falle einer Überstreckung des Materials aufgrund einer Überbeanspruchung kommt es schnell zur Materialermüdung der Lautsprechermembrane und infolgedessen zur Zerstörung des Lautsprechersystems.
  • Die Erfindung betrifft eine Verbesserung in der Konstruktionsweise eines Lautsprechers der Art Bändchenmagnetostat zur Wiedergabe von Sprache und Musik.
  • Die Erfindung betrifft dabei insbesondere die Verbesserung der Lautsprechermembrane im Vergleich zum Stand der Technik sowie das Verfahren zur Herstellung dergleichen.
Reasons for this:
  • An increase in the volume and a decrease in the playback frequency are both associated with an increase in the oscillation amplitude and a resulting stretching of the loudspeaker membrane.
  • In the case of the typical loudspeaker diaphragm of a ribbon magnetostat described, its mechanical properties are largely defined or limited by the material properties of the conductive metal foil. If the material is overstretched due to excessive stress, material fatigue of the loudspeaker diaphragm quickly occurs and, as a result, the loudspeaker system is destroyed.
  • The invention relates to an improvement in the construction of a loudspeaker of the ribbon magnetostat type for reproducing speech and music.
  • The invention relates in particular to the improvement of the loudspeaker diaphragm compared to the prior art and the method for producing the same.

Als Weiterentwicklung des Stands der Technik (1) wird die Lautsprechermembran entsprechend dem Hauptanspruch in einem speziellen Verfahren als strukturiertes Laminat (1) aus mehreren verklebten Schichten (21, 22, 23) hergestellt (2).As a further development of the state of the art ( 1 ) according to the main claim, the loudspeaker membrane is made as a structured laminate ( 1 ) from several glued layers ( 21 , 22nd , 23 ) manufactured ( 2 ).

Die Wirkungsweise (3) beruht auf den unterschiedlichen Materialeigenschaften der einzelnen Schichten (31, 32, 33). Erfährt die Membran (1) eine Streckung in Längsrichtung (34) werden die außenliegenden Schichten gestreckt (35) bzw. gestaucht (36). Aufgrund der dauerhaft schub- und zugfesten Verklebung der einzelnen Schichten übt das Laminat in diesem Fall eine Rückstellkraft aus, um den ursprünglichen spannungslosen Zustand wieder einzunehmen.The mode of action ( 3 ) is based on the different material properties of the individual layers ( 31 , 32 , 33 ). Does the membrane experience ( 1 ) elongation in the longitudinal direction ( 34 ) will the outer layers stretched ( 35 ) or compressed (36). Due to the permanent shear and tensile strength gluing of the individual layers, the laminate exerts a restoring force in this case in order to return to the original tension-free state.

Zur Verstärkung des Effekts ist es vorteilhaft, wenn die mittlere Schicht (32) eine größere Härte wie z.B. Metallfolie und die beiden äußeren Schichten (31, 33) eine größere Elastizität wie z.B. Kunststofffolie besitzen.To intensify the effect, it is advantageous if the middle layer ( 32 ) a greater hardness such as metal foil and the two outer layers ( 31 , 33 ) have a greater elasticity such as plastic film.

Aus beschriebener Art und Konfiguration der einzelnen Schichten ergeben sich die im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhaften mechanischen Eigenschaften.The mechanical properties that are advantageous compared to the prior art result from the type and configuration of the individual layers described.

Aus diesem Grund kann die Membran größere Amplituden und damit höhere Lautstärken und tiefere Frequenzen, mit einer unteren in der praktischen Anwendung realisierbaren Grenzfrequenz zwischen 100 und 200 Hz, wiedergeben, ohne dass es zu Ermüdungen und zum Versagen des Materials kommt.For this reason, the membrane can reproduce larger amplitudes and thus higher volumes and lower frequencies, with a lower limit frequency between 100 and 200 Hz that can be realized in practical use, without fatigue and failure of the material.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

: Systemdarstellung Bändchenmagnetostat / Stand der Technik

1:
Lautsprechermembran
2:
Permanentmagnete
3:
Mechanische Befestigungspunkte der Membran die gleichzeitig als elektrische Anschlusspunkte dienen
4:
Signalqualle Audioverstärker
: Detail Lautsprechermembran Aufbau und Herstellung
21:
Außenliegende Schicht Lautsprechermembran, z.B. Kunststofffolie
22:
Mittig liegende Schicht Lautsprechermembran, z.B. Aluminiumfolie
23:
Außenliegende Schicht Lautsprechermembran, z.B. Kunststofffolie
24:
Form in der die Schichten verklebt werden
: System representation of ribbon magnetostat / state of the art
1:
Speaker cone
2:
Permanent magnets
3:
Mechanical fastening points of the membrane that also serve as electrical connection points
4:
Signalqualle audio amplifier
: Detail loudspeaker cone construction and manufacture
21:
External layer of loudspeaker membrane, e.g. plastic film
22:
Central layer of loudspeaker membrane, e.g. aluminum foil
23:
External layer of loudspeaker membrane, e.g. plastic film
24:
Form in which the layers are glued

: Prinzipdarstellung zur Erläuterung der mechanische Wirkungsweise

31:
Außenliegende Schicht im Membranaufbau, z.B. Kunststofffolie
32:
Mittig liegende Schicht im Membranaufbau, z.B. Aluminiumfolie
33:
Außenliegende Schicht im Membranaufbau, z.B. Kunststofffolie
34:
Kraftvektor bei Streckung der Membran in Richtung Befestigungspunkte
35:
Streckung der außenliegenden Schicht
36:
Stauchung der außenliegenden Schicht
: Schematic representation to explain the mechanical mode of operation
31:
External layer in the membrane structure, e.g. plastic film
32:
Central layer in the membrane structure, e.g. aluminum foil
33:
External layer in the membrane structure, e.g. plastic film
34:
Force vector when the membrane is stretched in the direction of the attachment points
35:
Stretching the outer layer
36:
Compression of the outer layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (7)

Lautsprechermembran für einen Bändchenmagnetostat für die Wiedergabe von Sprache und Musik, gekennzeichnet dadurch, dass die Lautsprechermembran (1) als Laminat aus mehreren, mindestens drei Schichten (21,22,23) verklebt ist, wobei die Verklebungen der Schichten unter Druck in einer strukturierten Form (24) aushärtet wodurch die Lautsprechermembran ihre Formgebung nach Entnahme als spannungslosen Zustand beibehält und aufgrund der Elastizität der verwendeten Materialien bei Streckung in Längsrichtung, einer Feder gleich, durch Aufbringung von Zugkräften der eingeprägten Form wieder entgegen strebt.Loudspeaker diaphragm for a ribbon magnetostat for the reproduction of speech and music, characterized in that the loudspeaker diaphragm (1) is glued as a laminate of several, at least three layers (21,22,23), the gluing of the layers in a structured form under pressure (24) hardens, whereby the speaker membrane retains its shape after removal as a tension-free state and, due to the elasticity of the materials used, when stretched in the longitudinal direction, like a spring, strives against the embossed shape again by applying tensile forces. Lautsprechermembran nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Z oder S-Förmige Profilierung quer zur Längsachse mit einer Tiefe zwischen 0,5 und 5 mm.Speaker cone after Claim 1 characterized by a Z or S-shaped profile transverse to the longitudinal axis with a depth between 0.5 and 5 mm. Lautsprechermembran nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die äußeren beiden der Schichten (21,23) aus geeigneter Kunststofffolie, z.B. Biaxial Orientierte Polyesterfolie oder Polymid-Folien mit einer Stärke kleiner oder gleich 12 Mikrometer und die mittig liegende Schicht (23) aus einer Metallfolie, z.B. Aluminium mit einer Stärke kleiner oder gleich 12 Mikrometer bestehen.Speaker cone after Claim 1 , characterized in that the outer two of the layers (21,23) made of a suitable plastic film, for example biaxially oriented polyester film or polymide films with a thickness of less than or equal to 12 micrometers and the central layer (23) made of a metal foil, for example aluminum a thickness of less than or equal to 12 micrometers. Lautsprechermembran nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass eine oder zwei der im Laminat verwendeten Schichten (21,22,23) aus Papier mit einer Stärke von kleiner oder gleich 10g/m2 bestehen.Speaker cone after Claim 1 , characterized in that one or two of the layers (21,22,23) used in the laminate consist of paper with a thickness of less than or equal to 10g / m2. Lautsprechermembran einem der Ansprüche 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Laminat enthaltene Metallfolie (1) als leitende Schicht längs in zwei oder mehr Streifen geteilt wird.Speaker cone one of the Claims 1 , 2, 3 and 4, characterized in that the metal foil (1) contained in the laminate is divided longitudinally into two or more strips as a conductive layer. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1,2,3,4 und 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Verklebung des Laminats der Membran (1) mit einem Klebstoff bewerkstelligt insbesondere. 2K Epoxd- oder PU-Klebstoff, der dauerhaft geringste Kriecheigenschaften in Verbindung mit den verwendeten Schichtaufbau des Laminats aufweist.Loudspeaker membrane according to one of the Claims 1 , 2, 3, 4 and 5, characterized in that the gluing of the laminate of the membrane (1) is accomplished in particular with an adhesive. 2K epoxy or PU adhesive, which permanently has the lowest creep properties in connection with the layer structure used in the laminate. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1,3,4, 5 und 6 gekennzeichnet durch, Profilierungen der Membran (1), die auf Dreiecks- oder Rautenmustern basieren.Loudspeaker membrane according to one of the Claims 1 , 3, 4, 5 and 6 characterized by profiling of the membrane (1) based on triangular or diamond patterns.
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