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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Lautsprecher und insbesondere verbesserte Zentrierungssysteme
für derartige
Lautsprecher.
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Unterschiedliche
Konstruktionen für
die Zentrierungssysteme und insbesondere für die Zentrierungsspinnen (einschließlich Zentrierungsscheiben) für eine Membran
(z.B. einen Kegel) eines Lautsprechers sind bisher vorgeschlagen
worden, allerdings hat sich keine von ihnen als vollständig zufriedenstellend
erwiesen.
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Die
US-Patentschrift 3,767,004 von Liebscher offenbart einen Lautsprecher
mit einem verbesserten Zentrierungssystem in einem Rahmen für eine Schwingspule
und einen daran befestigten Kegel, wobei beabstandete koaxiale Abstützung dafür zur Verfügung gestellt
wird. Das Zentrierungssystem umfasst zwei Spinnen, die mit axialem
Abstand voneinander angeordnet sind. Das Zentrierungssystem vermindert
die Bewegung des Schwingspulensystems außerhalb der Achse.
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Es
wird jedoch gewünscht,
das bekannte Zentrierungssystem weiter zu verbessern, insbesondere
hinsichtlich der akustischen Eigenschaften des Lautsprechers.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein verbessertes Zentrierungssystem für die Membran (z.B. den Kegel)
eines Lautsprechers zur Verfügung
gestellt. Das verbesserte Zentrierungssystem verwendet eine Doppelspinnenkonstruktion, die
zwei identische Zentrierungsspinnen (oder Zentrierungsscheiben)
aufweist, die Rücken
an Rücken
mit einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Die Doppelspinnenkonstruktion
verbessert die harmonische Verzerrung aufgrund der Rücken-an-Rücken-Konfiguration jeder
Spinne, wodurch der Unterschied von positiven zu negativen Nichtlinearitäten der
Schwingung ausgeglichen und die mit den meisten Lautsprechern verbundene
Gleichstromvormagnetisierung aufgrund von Aufhängungskriechen und des Alterungseinflusses
der Bauelemente reduziert wird, was dazu führt, dass die Spannung der
Aufhängung
nachlässt,
wenn sie über
lange Zeiträume
bei hohen Schwingungen betrieben und wenn sie bei hoher Temperatur
und verhältnismäßig hoher
relativer Feuchtigkeit untersucht wird.
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Andere
Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden durch die
Beschreibung und die Ansprüche
deutlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen, die ein Bestandteil davon sind, besser verständlich.
Es zeigen:
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1 eine vertikale Schnittansicht
eines Lautsprechers, in welchem das Zentrierungssystem der Erfindung
eingebaut ist;
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2 eine Vorderansicht des
Lautsprechers wie in 1,
wobei die „Rennbahn"-Gestalt des in 1 gezeigten Lautsprechers
dargestellt wird;
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3 eine vertikale Schnittansicht
eines Zentrierungssystems gemäß der Erfindung
mit zwei pa rallelen Spinnen, die an dem Schwingspulenträger befestigt
sind;
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4 eine vertikale Schnittansicht
eines Zentrierungssystems gemäß der Erfindung
mit zwei parallelen Spinnen, die an der Schwingspule und der Membran
befestigt sind;
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5 ein Diagramm, das die
zweite und dritte harmonische Verzerrung für einen Lautsprecher mit einer
einzigen Spinne darstellt, wenn nur die Nichtlinearitäten des
Lautsprechers durch die Aufhängungsnachgiebigkeit,
die Spinne und die Einfassung berücksichtigt werden;
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6 ein Diagramm, das die
zweite und dritte harmonische Verzerrung für einen Lautsprecher mit einer
doppelten Spinne darstellt, wenn nur die Nichtlinearitäten des
Lautsprechers durch die Aufhängungsnachgiebigkeit,
die Spinne und die Einfassung berücksichtigt werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Der
in 1 dargestellte Lautsprecher
umfasst ein korbartig geformtes metallisches Grundgestell 100,
das als Rahmen dient. Ein Magnetsystem 101 ist an einem
hinteren Ende des metallischen Grundgestells 100 durch
Schrauben 102 befestigt. Das Magnetsystem 101 weist
zwei Dauermagneten 103, 104 aus Neodym auf, die
durch ein weichmagnetisches Verbindungsteil 105 verbunden
und an einem weichmagnetischen Kern 106 einer weichmagnetischen
Mantelhülse 107 sicher
befestigt sind und die beabstandet sind, um einen Flussspalt 108 zur Verfügung zu
stellen. Der Spalt 108 verläuft durch das hintere Ende
des Gestells 100 hindurch.
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Ein
Schwingspulensystem 110 ist in den Spalt 108 hineinragend
zur Verfügung
gestellt und sicher mit einer kegelförmigen Aluminiummembran 111 in
antreibender Beziehung dazu verbunden. Das Schwingspulensystem 110 umfasst
einen Schwingspulenträger 112 und
eine Flachdrahtschwingspule 113. Es werden beabstandete
koaxiale Zentrierungsspinnen 114 und 115 verwendet,
um das Schwingspulensystem 110 abzustützen, und die Spinnen 114 und 115 werden
durch einen Distanzierungsring 116 beabstandet und gehalten,
welcher an dem metallischen Grundgestell 100 (beispielsweise
mittels Klebstoff) befestigt ist. Der Ring weist insbesondere zwei Endflächen auf,
die jeweils an dem Umfang der Spinne 114 beziehungsweise 115 befestigt
sind.
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Eine
Einfassung 120 ist an dem vorderen Ende des metallischen
Grundgestells 100 und an dem Umfang der Membran 111 durch
Klebstoff befestigt. Die Einfassung 120 ist in Form eines
gewölbten
Ringes zur Verfügung
gestellt, der aus Gummi, z.B. aus Natur- oder Synthetikgummi einschließlich Neopren,
oder aus einem Silikongummi oder aus einem Fluorelastomer hergestellt
ist. Silikongummi weist sowohl gute Qualitäten der Ausdehnbarkeit oder
Elastizität
und Rückstellung
als auch lange Lebensdauer auf. Die Einfassung 120 weist
die gewünschten
Dämpfungsqualitäten und
Flexibilität
auf, insbesondere wenn das Schwingspulensystem 110 veranlasst
wird zu oszillieren. Die Einfassung 120 ist sehr leicht
und dünn,
und dank ihrer Dämpfungseigenschaften
dämpft
sie die Reflexionen des metallischen Grundgestells, welche stehende
Wellen und unerwünschte
Resonanzen erzeugen könnten.
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Die
Spinnen 114 und 115 weisen hohe radiale Steifigkeit
und hohe axiale Flexibilität
auf, so dass einer Einfassung 120 fast keine abstützende Funktion
zukommen kann und sie als eine Lufttrennung vorrangig an dem Umfang
der Membran 111 funktioniert.
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Die
Doppelspinnenkonstruktion linearisiert die durch die Spinnen 114, 115 erzeugten
Rückstellkräfte durch
Verbesserung der Stabilität
des Schwingspulensystems 110 und reduziert dementsprechend
die Bewegung des Schwingspulensystems außerhalb der Achse und dadurch
das Reiben und das Summen des Schwingspulensystems, das durch das
Auftreffen des Schwingspulensystems 110 auf das Magnetsystem 101 hervorgerufen
wird.
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Gemäß der Erfindung
sind die zwei Spinnen 114, 115 identisch und Rücken an
Rücken
mit axialem Abstand voneinander angeordnet. Diese Doppelspinnenkonstruktion
verbessert die harmonische Verzerrung aufgrund der Rücken-an-Rücken-Anordnung
jeder Spinne, wodurch der Unterschied von positiven zu negativen
Nichtlinearitäten
der Schwingung ausgeglichen und die Gleichstromvormagnetisierung
reduziert wird, die mit den meisten Lautsprechern aufgrund von Aufhängungskriechen
und dem Alterungseinfluss der Bauelemente verbunden ist, was dazu
führt,
dass die Einfassung 120 (Aufhängung) nachgibt, wenn sie über lange
Zeiträume
bei hohen Schwingungen betrieben wird und wenn sie bei hoher Temperatur
und verhältnismäßig hoher
relativer Feuchtigkeit verwendet wird.
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Bei
dem vorliegenden Beispiel sind die zwei Spinnen 114 und 115 an
dem Schwingspulenträger 112 befestigt,
jede kann allerdings alternativ oder zusätzlich an der Schwingspule
selbst und/oder der Membran 111 befestigt sein, oder andere
herkömmlicherweise
für Spinnen
genutzte Materialien können je
nach den Umständen
zur Anwendung kommen.
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An
der vorderen Seite bedeckt eine Aluminiumkuppel 121 die Öffnung in
dem hinteren Ende der Membran 111, wo das Schwingspulensystem 110 angebracht
ist.
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2 ist eine Vorderansicht
des Lautsprechers von 1,
die Gestalt der Membran 111 darstellend. Der Umfang der
Membran 111 und dementsprechend die Einfassung 120 weisen
die „Rennbahn"-Gestalt auf, welche
zwei parallele lineare Seiten und zwei gegenüberliegende Halbkreise zwischen
beiden Enden der parallelen Linien aufweist.
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Die „Rennbahn"-Gestalt ermöglicht es,
einen Lautsprecher an einem Platz oder in einem Gehäuse aufzustellen,
in dem der Raum in eine Richtung beschränkt ist, aber in die andere
Richtung ausreichend Raum vorhanden ist, wo z.B. zwei Lautsprecher
nebeneinander in einem einzigen Gehäuse angeordnet werden. Indem
die zwei Lautsprecher zusammengeschlossen werden, wird eine größere nutzbare
Kegelfläche
verwendet, weil die unbenutzte Fläche neben jedem Kegel nun in
eine bewegliche Membran umgewandelt ist.
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3 ist eine detaillierte
vertikale Schnittansicht des in 1 verwendeten
Zentrierungssystems, wobei die zwei parallelen Spinnen 114 und 115 an
dem Schwingspulensystem 110 angebracht sind. Die Spinnen 114 und 115 sind
aus mit Harz verstärktem,
gewebten Stoff hergestellt und gewellt, um hohe radiale Steifigkeit
und hohe axiale Flexibilität
zu erzielen. Wie in 3 zu
sehen ist, verlaufen die Wellungen der beiden identischen Spinnen 114 und 115 aufgrund
ihrer Rücken-an-Rücken-Anordnung
gegenläufig.
Gegenläufige
Wellungen bedeuten, dass in neutraler Position, wenn die eine Spinne 114 einen Rechtsbogen
beschreibt, die andere Spinne 115 einen entsprechenden
Linksbogen beschreibt und umgekehrt. Die äußeren (vorderen) Umfänge der
Spinnen 114 und 115 sind an der jeweiligen einen
Endfläche
des Distanzierungsringes 116 beispielsweise mittels eines
Klebstoffes angebracht. Die Spinne 115 beschreibt einen
entsprechenden Linksbogen und umgekehrt. Die inneren (hinteren)
Umfänge
der Spinnen 114 und 115 sind durch Klebstofftropfen 122 an dem
Schwingspulenträger 112 mit
einem Abstand voneinander angebracht, welcher der Höhe des Distanzierungsringes 116 gleichkommt.
Die Membran 111 ist an dem Schwingspulenträger 112 wie
vorstehend beschrieben befestigt.
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4 ist eine Alternative des
Zentrierungssystems von 3,
wobei die zwei parallelen Spinnen 114 und 115 an
der Schwingspule 113 und der Membran 111 befestigt
sind.
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5 und 6 zeigen die zweite und dritte harmonische
Verzerrung für
einen Lautsprecher mit einer einzigen Spinne (5) und für einen Lautsprecher mit einer
doppelten Spinne (6),
wenn nur die Nichtlinearitäten
des Lautsprechers durch die Aufhängungsnachgiebigkeit,
die Spinne und die Einfassung berücksichtigt werden.
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5 und 6 stellen die Wirkung einer doppelten
Spinne gemäß der Erfindung
im Verhältnis
zu einer Konstruktion mit einer einzigen Spinne dar. Die gezeigten
graphischen Schaubilder sind Testergebnisse (zweite und dritte harmonische
Verzerrung in % vs. Frequenz in Hz) von tatsächlichen Lautsprecherform-Prototypen,
die mit dem Klippel-Verzerrungsanalysesystem gemessen worden sind.
Alle Bauelemente für
diese Prototypformen sind identisch, der einzige Unterschied zwischen
den Lautsprechern liegt in der Anzahl der verwendeten Spinnen. Entweder
wurde eine einzige Spinne oder eine doppelte Spinne in der Rücken-an-Rücken-Anordnung
für diese
Messung verwendet.
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Es
ist leicht zu erkennen, dass der Pegel der zweiten (2.) harmonischen
Verzerrung mit der Doppelspinnenkonstruktion beachtlich reduziert
wurde, insbesondere bei 30 Hz. Diese Reduzierung bei der zweiten
harmonischen Verzerrung beruht auf der Rücken-an-Rücken-Spinnenkonfiguration,
welche die mit den Nichtlinearitäten
der positiven und negativen Schwingung verbundene Verzerrung ausgleicht,
um sie symmetrischer zu machen.
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Diese
Verbesserung der zweiten harmonischen Verzerrung ist bei den akustischen
Messungen offensichtlich, wodurch der Nutzen der Verwendung der
Doppelspinnenkonstruktion gemäß der Erfindung
mit einem verbesserten niedrigen Frequenzverzerrungspegel verbunden
wird, insbesondere bei der Anwendung mit Tiefpasslautsprechern.
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Wie
vorstehend beschrieben verwendet ein bevorzugter Lautsprecher gemäß der Erfindung
eine herkömmliche
Lautsprecherkonstruktion, bei welcher der Doppelmagnet aus Neodym
und eine Mantelhülse
das Antriebssystem bilden, welches mit dem metallischen Grundgestell
verbunden ist. Ein Kegel und eine Kuppel aus Aluminium werden mit
einer Gummieinfassung verwendet, und eine Schwingspule aus Aluminiumflachdraht
wird verwendet, um den Kraftfaktor innerhalb des Antriebssystems
zu maximieren. Eine Doppelspinnenkonstruktion wird außerdem dazu
verwendet, die durch die Spinnenbauteile erzeugten Rückstellkräfte zu linearisieren.