-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher im allgemeinen
und beschäftigt
sich insbesondere mit der Verbindung zwischen Lautsprechermembran
und Lautsprechergehäuse
bzw. -rahmen.
-
Der
sich in der Unterhaltungselektronik abzeichnende Trend nach immer
kleineren und kompakteren Komponenten macht auch vor der Lautsprechertechnologie
nicht Halt. Der Trend geht sogar so weit, daß Lautsprecher nicht nur mehr
klein sondern auch für
den Hörer „unsichtbar", d.h. für das Auge
des Hörers
versteckt, sein sollen. Gerade für die
Mehrkanal-Wiedergabe,
wie Surround, und die Wellenfeldsynthese (WFS) ist die Möglichkeit
der unsichtbaren Installation von großem Nutzen. Die hier benötigte Anzahl
von einzelnen Kanälen
und damit Lautsprechern erstreckt sich schnell auf über 50 Stück. Da solche
Wiedergabesysteme aber auch für den
Heimgebrauch entwickelt und angeboten werden sollen, und davon ausgegangen
werden muß, daß der Kunde
beispielsweise für
ein WFS-System sein Wohnzimmer aus Platzgründen nicht mit 50 herkömmlichen
Lautsprechern ausstatten will, müssen alternative
Lautsprecher eingesetzt werden.
-
Ein
Ziel ist es deshalb, Lautsprecher so zu konstruieren, daß sie sich
in andere Geräte
oder Möbel
integrieren lassen, so daß sich
dieselben auf diese Weise unauffällig
im Zimmer verteilen lassen. So gibt es beispielsweise bereits Lautsprecher,
die gleichzeitig als Bilderrahmen, als Bildschirm oder sogar als
Schranktür
fungieren.
-
Für die technische
Realisierung dieser „versteckten" Lautsprecher eignet
sich der Konuslautsprecher weniger, da er aufgrund seiner Membranform
nicht flach genug ist. Besser geeignet ist ein Lautsprecher, dessen
Membran von vorneherein flach wie eine Platte ist und dessen elektroakustisches Erregersystem
möglichst
kleine Abmessungen hat. Dieses Prinzip, nämlich die Verwendung einer Platte
als Membran in Verbindung mit der Verwendung eines Erregersystems,
ist bereits in der 1929 veröffentlichten
DE 465189 und deren Zusätzen
DE 484409 und
484872 für eine akustische Schaufensterreklame
verwendet worden. Dort diente eine Fensterscheibe eines Schaufensters
als Membran, welche durch ein angebrachtes elektrodynamisches Erregersystem
zur Schallwiedergabe angeregt wurde.
-
Der
diesem Prinzip grundlegende Funktionsmechanismus besteht darin,
daß ein
an das elektrodynamische Erregersystem angelegtes elektrisches Signal
in eine tonfrequente mechanische Schwingung umgewandelt wird. Diese
mechanische Schwingung wird an einem Erregungspunkt, an welchem
das Erregersystem an der Membran anliegt oder an derselben befestigt
ist, auf die als Membran dienende Platte übertragen, wodurch Körperschall
in der Platte erzeugt wird. Insbesondere derjenige Körperschallanteil,
der sich anhand von Biegewellen in der Membran ausbreitet, sorgt
für die
Erzeugung von Luftschall.
-
Bei
diesem Lautsprecherprinzip findet die Erzeugung von Luftschall folglich über den
Umweg von Körperschall
statt. Die longitudinalen mechanischen Schwindungsbewegungen der
Schwingungspulse des Erregersystems werden nicht wie bei Konuslautsprechern
von der Membran übernommen
und sofort in Luftschall umgesetzt, sondern es wird zunächst Körperschall
in der Membran erzeugt, der – und
insbesondere der Biegewellenanteil desselben – dann die umgebende Luft zu
Longitudinalwellen bzw. Druckwellen, d.h. Schall, anregt. Die Transformation Körperschall-Luftschall
wirkt hierbei wie ein Filter in der Signalkette. Die Folge ist,
daß nur
derjenige Signalanteil des wiederzugebenden Signals als Luftschall
wiedergegeben wird, der sich in der Platte als Körperschall ausbreiten und dann
in den Raum abgestrahlt werden kann.
-
Da,
wie bereits erwähnt,
derjenige Körperschallanteil,
der sich in Form der Biegewelle ausbreitet, den größten Beitrag
zur Erzeugung von Luftschall mittels Plattenmembran liefert, haben
die Eigenschaften der Biegewelle, insbesondere ihre Anregung und
ihre Ausbreitung, entscheidenden Einfluß auf die Konstruktion eines
Flachlautsprechers nach dem Biegewellenprinzip. Unter Beachtung
dieser Eigenschaften ergibt sich, daß für eine breitbandige Schallwiedergabe
Membranplatten mit geringem Gewicht und großen Abmessungen notwendig sind.
Die erforderliche Plattengröße steht
nun aber wiederum dem Ziel der unsichtbaren Integration des Lautsprechers
in die Umgebung des Hörers
im Wege. So ist bereits bei relativ großen Platten die Wiedergabe
des Frequenzbereiches unterhalb von etwa 200 Hz von schlechter Qualität. Der Grund
hierfür
besteht darin, daß eine
Platte nur in ihren Eigenmoden mit ihren zugehörigen Eigenfrequenzen schwingt
und für
die Schallwiedergabe die Modendichte, d.h. die Anzahl der Moden
pro Frequenzbereich, entscheidend ist. Unterhalb von 200 Hz ist
eine ausreichende Modendichte bisher jedoch nicht erzielt worden.
Der Rahmenaufbau herkömmlicher
Lautsprecher verhindert aufgrund einer aufbaubedingten Dämpfung ferner eine
Senkung der Koinzidenzfrequenz, bei der die Schallwellen nicht in
ein Fernfeld abgestrahlt werden (Spurenanpassung), was zu aufbaubedingten
Verlusten führt.
-
Obwohl
die oben beschriebenen Flachlautsprecher bestehend aus einer Platte
als Membran, einem Erregersystem zur Schwingungsanregung der Platte
und einem Gehäuse
oder Rahmen für
den Flachlautsprecher einen großen
Schritt in die richtige Richtung zur Lösung des Problems der „versteckten" Lautsprecher bedeuteten,
da sie im Gegensatz zu den üblichen
Konuslautsprechern als Membran eine Platte und damit eine als Teil
einer Wand oder einer Tür
versteckbare Membran verwenden, zeigen sich bisher noch Grenzen
im Hinblick auf den Grad, inwieweit das Vorhandensein des Lautsprechers
vor den Blicken des Hörers
versteckt werden kann. Ein Grund dafür besteht in der fehlenden
Lösung
für eine
Aufhängung
der Membran an dem Gehäuse
oder dem Rahmen, ohne daß dieselbe
in der Vorderansicht bzw. in Blickrichtung senkrecht auf die Vorderseite der
Membran über
die Ausdehnung der Membran hinaus als Umrahmung der Membran sichtbar
wäre.
-
Genauer
ausgedrückt
muß die
Membranplatte bei Einbau in beispielsweise ein Gehäuse aber auch
bei Anbringung an einem Rahmen im Fall von beispielsweise einer
Wandmontage immer auf eine bestimmte Weise aufgehängt werden.
Die bisherigen Konstruktionen für
die Aufhängung
und Verbindung der Platte mit dem Gehäuse bzw. Rahmen waren aber
aufwendig, um bestimmte technische Anforderungen, wie z.B. an die
Steifigkeit der Aufhängung, erfüllen zu
können,
und waren vor allem von vorn sichtbar. Die Platte wurde beispielsweise
bei Flachlautsprechern häufig
in einen Rahmen von oben und unten an gegenüberliegenden Kanten mit einer
Gummilage eingeklemmt. Eine Flachlautsprecher mit einer solchen
Membranaufhängung
ist in 4 dargestellt. 4 zeigt einen Flachlautsprecher 900 in
perspektivischer Ansicht. Der Flachlautsprecher 900 umfaßt eine
Platte 902 als Membran, deren Vorderseite 902a für den Hörer sichtbar
ist. Die Platte 902 ist rechteckig und an zwei gegenüberliegenden
Kanten über
nicht dargestellte Gummilagen in im Querschnitt C-förmige grabenförmige einander
zugewandte Aussparungen eines Gehäuses bzw. Rahmens 904 des
Flachlautsprechers 900 eingeklemmt. Die Gummilagen sorgen
für eine
elastische Membranaufhängung 906,
so daß der
in der Platte 902 durch eine in 4 nicht dargestellte Erregungseinrichtung erzeugte
Körperschall
möglichst
wenig gedämpft wird.
-
Würden nun
Flachlautsprecher der in 4 gezeigten
Art zu einer „Leinwand" zusammengefügt, die
gleichzeitig als Lautsprecher dienen soll, wie es in 5 exemplarisch dargestellt
ist, wie z.B. für
eine Anwendung im Kino als ein Projektions- bzw. Beamerbildschirm,
zeigt sich der Nachteil der bei diesen Lautsprechern verwendeten
Aufhängung 906 offenkundig.
Obwohl die Flachlautsprecher mit ihren Gehäusen bzw. Rahmen 904 bündig Seite
an Seite in Spalten und Zeilen Seite an Seite angeordnet sind, damit
die sichtbaren Vorderseiten 902a zusammen eine möglichst
einheitliche Bildfläche
für die
Leinwand 910 ergeben, bleibt der Rahmen 904 jedes Flachlautsprechers
an den Kanten jeder Membranplatte 902a sichtbar, an denen
dieselbe am Rahmen 904 aufgehängt ist. Das Ergebnis ist eine
nichteinheitliche und, wie es in 4 zu
sehen ist, eine nicht vollständig
ebene Leinwandfläche,
da dieselbe an den Stellen der Aufhängung 906 Erhöhungen aufweist.
-
Flachlautsprecher
nach 4 sind folglich ungeeignet
für Anwendungen,
bei denen sich der Lautsprecher quasi „nahtlos" in eine eben Fläche einfügen soll, wie z.B. in einer
Flachlautsprecherleinwand, da der Rahmen in der Draufsicht sichtbar
ist und die Rahmen somit die Bildfläche unterbrechen.
-
Ein
weiterer Nachteil an Flachlautsprechern nach 4 ist der hohe technische, finanzielle
und fertigungsspezifische Aufwand aufgrund der Notwendigkeit des
Einklemmens der Membranplatte 902 in die Ausnehmungen des
Rahmens 904 unter gleichzeitiger Vorsehung der Gummilagen.
-
Ähnliche
Probleme wie bei Flachlautsprechern, nämlich der Sichtbarkeit der
Membranaufhängung
entlang der Kanten der Membran, treten freilich auch bei anderen
Lautsprechertypen auf, wie z.B. bei den eingangs erwähnten Konuslautsprechern,
jedoch sind diese Lautsprechertypen aufgrund ihrer weniger flachen
Form ohnehin weniger für
die Anwendung als „versteckte" Lautsprecher geeignet.
Bei den Konuslautsprechern ist beispielsweise sogar üblich, die
als Aufhängung
dienende Sicke optisch als Gestaltungsmittel in die Vorderansicht
des Konuslautsprechers zu integrieren.
-
Es
besteht demnach ein Bedarf nach Lautsprechern deren Membran derart
aufgehängt
ist, daß die
Konstruktion für
die Aufhängung
der Membran in der Vorderansicht nicht sichtbar ist, und deren Aufhängung aber
auch den Aufwand hierfür
nicht erhöht.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lautsprecher
zu schaffen, der sich besser „verstecken" läßt bzw,
eine für
den Hörer
weniger sichtbare Unterbringung ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Lautsprecher nach Anspruch 1 gelöst.
-
Ein
erfindungsgemäßer Lautsprecher
umfaßt
neben einer Membran und einer Einrichtung zum Versetzen der Membran
in Schwingung einen Rahmen, wobei zur Aufhängung die Membran mittels eines
elastischen Haftmittels an dem Rahmen befestigt ist.
-
Die
Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die optisch
sichtbare Umrahmung herkömmlicher
Lautsprecher durch deren Aufhängung,
die zum Beispiel dazu führt,
daß dieselben
bei Anordnung Seite an Seite zu einer unterbrochenen Gesamtfläche führen, davon
herrührte,
daß deren Membran
entweder von vorn und von hinten in Rahmenausnehmungen entlang der
Kanten eingespannt oder durch sich über die laterale Ausdehnung
derselben hinaus erstreckende Sicken aufgehängt wurden, und daß dieser
den Eindruck der Vorderansicht störende Einfluß bisheriger
Aufhängungen
dadurch verhindert werden kann, daß zur Aufhängung der Membran ein elastisches
Haftmittel verwendet wird, das durch seine Elastizität für eine elastische
Aufhängung
und somit zusammen mit der Membran für ein schwingungsfähiges System
mit einer Ruhlage für die
Membran sorgt und durch seine Hafteigenschaften eine Befestigung
der Membran von nur der Rückseite
der Membran her ermöglicht.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, daß die Konstruktion
für die
Aufhängung
der Membran in der Vorderansicht bzw. der Draufsicht nicht sichtbar
sein muß sondern
versteckt werden kann.
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit auch darin,
daß erfindungsgemäße Lautsprecher
zu einer Wand kaskadiert werden können, so daß sich im wesentlichen eine
Wandfläche
ohne optische Unterbrechung ergibt, wie z.B. eine Lautsprecherleinwand,
eine Lautsprecherzimmerwand, eine Lautsprecherwand bei einem Möbelstück oder
dergleichen.
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in den geringen
Kosten, dem geringeren Aufwand, den die Membranaufhängung bei
der Herstellung des Lautsprechers benötigt.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1a eine schematische Teilschnittseitenansicht
eines Flachlautsprechers, wobei lediglich die als Membran dienende
Platte und von der Einrichtung zum Versetzen der Membran in Schwingung
lediglich die Körperschallerzeugungseinrichtung
gezeigt ist;
-
1b eine schematische Teilschnittseitenansicht
des Lautsprechers von 1a,
wobei lediglich die als Membran dienende Platte sowie von der Einrichtung
zum Versetzen der Membran in Schwingung die Kolbenschwingungserregungseinrichtung gezeigt
ist;
-
1c eine schematische Vorderansicht des
Lautsprechers nach 1a und 1b, wobei lediglich die als
Membran dienende Platte sowie die Einrichtung zum Versetzen der
Membran in Schwingung gezeigt ist;
-
1d eine schematische Teilschnittdraufsicht
des Lautsprechers nach 1a–1c, wobei im Unterschied
zu 1a und 1b sowohl Körperschallerzeugungseinrichtung
als auch Kolbenschwingungserregungseinrichtung gezeigt sind;
-
2a eine perspektivische
Ansicht eines Flachlautsprechers, dessen Membran durch eine Membranschwingungserregungseinrichtung
der in 1a–1d gezeigten Art erregt werden
kann und gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung an einem Gehäuse oder Rahmen aufgehängt ist;
-
2b eine Vorderansicht des
Flachlautsprechers von 2a,
wobei als mögliche
Schwingungserzeugungseinrichtung die in 1a–1d gezeigte dargestellt ist;
-
3 eine Vorderansicht einer
Lautsprecher-Leinwand aus kaskadierten Flachlautsprechern der in 2 gezeigten Art;
-
3a eine Vorderansicht einer
Lautsprecher-Leinwand, die eine Mehrzahl von Einrichtungen zum Versetzen
der Membran in Schwingungen aufweist;
-
4 eine perspektivische Ansicht
eines Flachlautsprechers mit mittels Gummilagen eingeklemmter Membranplatte;
und
-
5 Lautsprecher-Leinwand
aus Lautsprechern der in 4 gezeigten
Art.
-
Bevor
die vorliegende Erfindung bezugnehmend auf die Zeichnungen näher erläutert wird,
wird darauf hingewiesen, daß gleiche
oder funktionsgleiche Elemente in den Zeichnungen mit den gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen versehen sind, und daß zur Vermeidung von Wiederholungen
in der Beschreibung der Figuren eine erneute Erläuterung dieser Elemente weggelassen
wird.
-
Anhand
der 1a–1d wird zunächst ein Flachlautsprecher
und insbesondere für
eine Einrichtung zur Erregung der Membranplatte des Flachlautsprechers
in Schwingung beschrieben, wobei dieser Flachlautsprecher dann bei
der Beschreibung der 2a und 2b als Beispiel für eine Lautsprecherart, nämlich Flachlautsprecher
mit Kolbenschwingungs- und Körperschallerzeugung,
dient, auf die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
-
Der
Lautsprecher, der allgemein mit 10 angezeigt ist, besteht
im wesentlichen aus einer als Membran dienenden Platte 12,
einer eine Körperschallerzeugungseinrichtung 14 und
eine Longitudinalschwingungs- bzw. Kolbenschwindungserregungseinrichtung 16 umfassenden
Einrichtung zum Versetzen der Platte 12 in Schwingung und
einer Erregungssignalerzeugungseinrichtung 18.
-
Die
Körperschallerzeugungseinrichtung 14 arbeitet
nach dem elektrodynamischen Prinzip und ist in 1a detaillierter im Querschnitt dargestellt. Die
Körperschallerzeugungseinrichtung 14 umfaßt einen
ringförmigen
Permanentmagnet 20, der entlang seiner Rotationsachse polarisiert
ist, einen zentriert bzw. koaxial zu dem ringförmigen Permanentmagnet 20 angeordneten
zylindrischen Polkern 22 und eine sich in einem ringförmigen Luftspalt
zwischen Polkern 22 und Permanentmagnet 20 erstreckende
Schwingspule 24. Darüber
hinaus kann die als elektrodynamischer Antrieb gebildete Körperschallerzeugungseinrichtung 14 beispielsweise scheiben- oder ringförmige Polplatten
aufweisen. Natürlich
ist ein anderer Aufbau des elektromotorischen Antriebs ebenfalls
möglich.
Der aus der Schwingspule 22 bestehende Teil einerseits
und der aus dem Polkern 22 und dem Permanentmagnet 20 bestehende Teil
der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 andererseits
sind gegeneinander verschiebbar. Die so gebildete Körperschallerzeugungseinrichtung 14 ist über den
die Schwingspule 22 enthaltenden Teil an der Platte 12 zentriert
befestigt. Wie es im folgenden beschrieben wird, ist der umgekehrte
Fall jedoch ebenfalls denkbar. Ansonsten ist die Körperschallerzeugungseinrichtung
nicht notwendigerweise fixiert bzw. gehaltert, d.h. der andere aus
den Komponenten 20 und 22 bestehende Teil, ist
frei beweglich. Alternativ hierzu können die Komponenten 20 und 22 fixiert
bzw. gehaltert sein, was sich u.U. in einem Hochtonbereich vorteilhaft
auswirkt.
-
Der
elektrodynamische Antrieb 14 wandelt ein elektrisches Erregungssignal,
das durch die Schwingspule 24 fließt, nach dem elektrodynamischen
Prinzip in eine mechanische Relativschwingungsbewegung zwischen
den beiden Teilen, dem an der Platte 12 befestigten und
dem frei beweglichen, um. Der frei bewegliche Teil besitzt vorteilhafterweise
genügend
Trägheit,
um die mechanische Relativschwingungsbewegung effektiv auf die Platte 12 zu übertragen,
wodurch in der Platte 12 Körperschall und insbesondere
Biegewellen erzeugt werden bzw. die Platte 12 zu Partialschwingungen
angeregt wird, die, wie es in 1a übertrieben
dargestellt ist, vornehmlich aus Biegeschwingungen bestehen. Das
Erregungssignal, welches durch die Schwingspule 24 fließt, erhält dieselbe
von der Erregungssignalerzeugungseinrichtung 18, die dasselbe
wiederum aus einem elektrischen Tonsignal erzeugt, welches die wiederzugebenden
Informationen auf geeignete Weise anzeigt.
-
Auch
die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 arbeitet
nach dem elektrodynamischen Prinzip und ist in 1b im Querschnitt dargestellt. Die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 ist
koaxial zu der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 angeordnet.
Der elektrodynamische Antrieb der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 umfaßt ebenfalls
einen Permanentmagnet 30, einen Polkern 32 und
eine Schwingspule 34. Die Schwingspule 34 erhält ihr elektrisches Erregungssignal
ebenfalls von der Erregungssignalerzeugungseinrichtung 18,
die dasselbe aus demselben die wiederzugebenden Informationen anzeigenden
Tonsignal erzeugt. Der die Schwingspule 34 umfassende Teil
berührt
die Platte 12 – oder
ist mit derselben verbunden – über einen
Adapter 36. Anders ausgedrückt ist die Schwingspule 34 fest
mit dem Adapter 36 verbunden, der sich von der Schwingspule 34 aus
in Richtung der Platte 12 erstreckt und dabei radial ausdehnt,
um an der Platte 12 im Ruhezustand des Lautsprechers 10 entlang
eines ringförmigen
Erregungsbereiches mit gewissem Durchmesser entweder anzuliegen
oder befestigt, wie z.B. angeklebt, zu sein, und um zusammen mit der
Platte 12 die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 zu
umgeben. Insbesondere besteht der Adapter 36 aus einem
Zylindermantel 38 mit einem Durchmesser, der ein Zehntel
der Ausdehnung der Platte 12 an der schmalsten Stelle überschreitet,
und Stegen 40, die sich radial erstrecken und den Zylindermantel 38 mit
der Schwingspule 34 verbinden, derart, daß der Zylindermantel 38 koaxial
zu einem Erregungspunkt ausgerichtet ist, an welchem die mechanische
Schwingung der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 auf
die Platte 12 ausgeübt
wird.
-
Der
Adapter 36 muß nicht,
wie in 1a–1d gezeigt, einen kreisförmigen Querschnitt
bzw. einen kreisförmigen
Erregungsbereich aufweisen und als Ringadapter gebildet sein, sondern
kann beispielsweise auch rechteckig gebildet sein. Die Ausdehnung
des Erregungsbereiches beträgt
beispielsweise zwischen einem Zehntel und neuen Zehnteln der Ausdehnung
der Platte 12 in der jeweiligen Ausdehnungsrichtung der
Platte 12. Der Adapter 36 ermöglicht, daß die mechanische Schwingung
des Antriebs 16 zu einer longitudinalen Schwingungsbewegung der
Platte 12 nahezu im ganzen, also translatorisch, bzw. zu
einer Kolbenschwingung führt,
wie es im folgenden erläutert
werden wird. Durch den koaxialen bzw. den zentralsymmetrischen Aufbau
wird die Beeinflussung verringert, die die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 durch
den Erregungsbereich bzw. Auflagebereich auf die von der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 erzeugten
Biegewellen, die sich annähernd
isotropisch von dem koaxialen Erregungspunkt der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 ausbreiten,
ausübt.
-
Entlang
der Auflagefläche
des Adapters 36 können
Stützen
angeordnet sein, die von dem Adapter 36 in Richtung der
Platte 12 vorstehen, so daß der Adapter 36 nur
an vereinzelten Stützpunkten,
d.h. den Enden der Stützen,
auf der Platte 12 aufliegt oder dort befestigt ist. Hierdurch
kann der Einfluß des Adapters 36 bzw.
der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 auf
den erzeugten Körperschall weiter
reduziert werden, ohne wesentlich die Gleichmäßigkeit des Antriebs der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 zu
beeinträchtigen.
-
Während der
aus der Schwingspule 34 bestehende Teil des elektrodynamischen
Antriebs der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 über den
Adapter 36 mit der Platte 12 verbunden, oder,
durch Anlegen, gekoppelt ist, ist der andere, aus dem Magneten 30 und
dem Polkern 32 bestehende Teil ortsfest fixiert, wie z.B.
an einer Rückwand des
Lautsprechers (nicht gezeigt) befestigt. Auf diese Weise ist die
Kraftübertragung
der von der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 erzeugten
mechanischen Schwingung auf die Platte 12 größer als
bei der Körperschallerzeugungseinrichtung 14.
-
Nachdem
im vorhergehenden der Aufbau des Lautsprechers von 1a–1d beschrieben worden ist,
wird im folgenden dessen Funktionsweise beschrieben. Um das elektrische
Tonsignal, welches die wiederzugebenden Informationen angibt, in
Luftschall in Form von Longitudinalwellen bzw. Druckwellen umzuwandeln,
umfaßt
der Lautsprecher 10 die zwei Einrichtungen 14 und 16.
Beide Einrichtungen 14 und 16 übernehmen die Wiedergabe der
wiederzugebenden Informationen für
unterschiedliche Frequenzbereiche bzw. Frequenzbänder. Die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 ist
für die
Wiedergabe des Hoch- und Mitteltonbereiches zuständig, während die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 für den Tieftonbereich
zuständig
ist. Obwohl es möglich
ist, das elektrische Tonsignal den elektrodynamischen Antrieben
beider Einrichtungen 14 und 16 und somit den beiden
das gleiche Erregungssignal zuzuführen, womit die Einrichtung 18 gegebenenfalls überflüssig wäre, wird
es bevorzugt, daß denselben
verschiedene Erregungssignale zugeführt werden, die hinsichtlich
des Frequenzbandes voneinander abweichen und optimal an den jeweiligen
Arbeitsbereich der Einrichtung 14 bzw. 16 angepaßt sind.
So erhält
die Einrichtung 14 einen höherfrequenten Anteil des Tonsignals
als die Einrichtung 16. Der Frequenzbereich des Erregungssignals
für die
Körperschallerzeugungseinrichtung 14 erstreckt
sich beispielsweise von 100 Hz bis 25kHz und vorzugsweise von 150Hz
bis 20kHz, während
sich der Frequenzbereich des Erregungssignals für die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 beispielsweise von
10Hz bis 2kHz und vorzugsweise von 20Hz bis 200Hz erstreckt. Hierzu
kann die Erregungssignalerzeugungseinrichtung 18 beispielsweise
als Frequenzweiche ausgeführt
sein. Allgemein ist es also vorteilhaft, wenn der Frequenzbereich
zur Körperschallerzeugung
eine Frequenz umfaßt,
die höher
ist als alle von dem Frequenzbereich zur Longitudinalschwingungserregung
umfaßten
Frequenzen, oder die Frequenzbereiche umfassen eine erste Frequenz,
an dem das Erregungssignal zur Körperschallerzeugung
höher als
das andere Erregungssignal ist, und eine zweite, zu der ersten niedrigere
Frequenz, an dem das Erregungssignal zur Longitudinalschwingungserregung
gleich dem anderen Erregungssignal oder höher als dasselbe ist.
-
Die
durch das Erregungssignal durch die Schwingspule 24 erzeugten
mechanischen Schwingungsbewegungen führen in der Platte 12 zu
Körperschall
in der Platte 12 und insbesondere zu Biegewellen, die wiederum
an der Schnittstelle Luft-Platte
zu Luftschall umgewandelt werden. Die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 weist
hierzu vorteilhafterweise ein ausreichendes Trägheitsmoment auf.
-
Die
Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 versetzt
die Platte 12 in longitudinale Schwingungsbewegungen 42 mit
einem Hub, der bedeutend größer, wie
z.B. mehr als 20 mal größer, als die
Amplitude der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 sein
kann, wie z.B. 5mm. Diese longitudinale Vor- und Zurückbewegung 42 der
Platte 12 führt
unmittelbar zu longitudinalen Luftschallwellen bzw. Druckwellen 44 im
Tieftonbereich. Um den großen Hub
der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 zu ermöglichen,
ohne daß durch
die Masse des Antriebs der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 die
Schwingspule 34 nicht mehr senkrecht in das Feld des Luftspaltes
eintauchen kann und somit Verzerrungen entstehen, ist die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 mit
dem den Magnet 30 und den Polkern 32 umfassenden
Teil des Antriebs fixiert, wie z.B. an einer Rückwand. Der Adapter 36 dient
dazu, die mechanische Schwingungsbewegung der Schwingspule 34 derart über die
Platte 12 verteilt zu übertragen,
daß die
Platte 12 zu im wesentlichen translatorischen Schwingungsbewegungen
in Richtung senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung der Platte 12 angeregt wird,
d.h. die Platte möglichst
im ganzen vor und zurück
schwingt. Die Platte 12 schwingt somit in sich in Form
von Biegewellen, wie es in 1a gezeigt
ist, und zusätzlich
als Ganzes einheitlich vor und zurück, wie es durch den Doppelpfeil 42 in 1b gezeigt ist.
-
Die
vorhergehende Beschreibung bezugnehmend auf 1a–1d ließ die Aufhängung der Membranplatte zunächst außer Betracht
und konzentrierte sich lediglich auf den Aspekt des Versetzens der
Membranplatte 12 in Schwingung, ohne näher auf die Halterung der Membranplatte 12 und
darauf einzugehen, daß dieselbe
schwingungsfähig
aufgehängt
ist.
-
Im
folgenden wird nun bezugnehmend auf 2a und 2b ein Ausführungsbeispiel
für einen Flachlautsprecher
beschrieben, dessen Membranplatte derart aufgehängt ist, daß dieselbe die durch Erregungseinrichtungen 14 und 16 bewirkten Schwingungen
trotz Aufhängung
ausführen
kann. Die im fol genden beschriebene Aufhängung sorgt einerseits dafür, daß ein in
der Membranplatte erzeugter Körperschall
nicht übermäßig gedämpft wird,
und andererseits dafür,
daß eine
Kolbenschwingung derselben in Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung
ermöglicht
wird. Die Aufhängung
ist hierzu elastisch, so daß Membranplatte
und Aufhängung
zusammen ein schwingfähiges
System definieren, welches, wovon bei der Beschreibung von 2a und 2b zunächst exemplarisch ausgegangen
wird, durch beispielsweise die Longitudinalschwingungserzeugungseinrichtung
von 1a–1d in eine Kolbenschwingung
versetzt wird.
-
Anders
ausgedrückt
werden, obwohl, wie es im Anschluß an die Beschreibung von 2a und 2b noch erläutert wird, die Membranplatte
des dort gezeigten Flachlautsprechers auch anders in Schwingung
versetzt werden könnte,
als dies in 1a–1d der Fall ist, 2a und 2b zunächst unter der Annahme beschrieben,
die Membranplatte werde durch eine wie in 1a–1d beschriebene Schwingungserzeugungseinrichtung
in Schwingung versetzt. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
in 2a die Erregungseinrichtung 14, 16 nicht
dargestellt.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 2a und 2b ist die Membranplatte 12 an
einem Rahmen oder einem Gehäuse 100 entlang
ihrer Außenkanten
an ihrer der dem Hörer
zugewandten Vorderseite 12a gegenüberliegenden Rückseite
(in den Figuren nicht zu sehen) mittels eines elastischen Haftmittels 102 befestigt.
Der Rahmen 100 besteht aus vier senkrecht zur Ausdehnungsrichtung
der Membranplatte 12 stehenden Wänden 100a-100d, von
denen in 2a lediglich
zwei, nämlich 100a und 100b,
zu sehen sind. Die Wände 100a-100d verlaufen
entlang der Kanten der Membranplatte 12 ein wenig nach
innen versetzt hierzu. Das elastische Haftmittel 102 ist
zwischen den der Membranplatte 102 zugewandten Kanten der
Wände 100a-100d und
der Membranplatte 12 angeordnet, so daß die Membranplatte von der
Rückseite
her entlang seines Umfanges mittels des Haftmittels 102 an
den Wandkanten angebracht ist.
-
Die
Erregungseinrichtungen 14 und 16 sind ebenfalls
an der Rückseite
der Membranplatte 12 vorgesehen. Die vorhergehende beschriebene
Fixierung der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 sind
derart ausgeführt,
daß der
Rahmen 100 und der ortsfeste Teil der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 ortsfest
relativ zueinander angeordnet sind, wie z.B. an einer gemeinsamen Rückwand,
die zusammen mit den Wänden 100a-100d beispielsweise
ein geschlossenes Gehäuse
für den
Flachlautsprecher bildet.
-
Beim
Zusammenbau des Flachlautsprechers von 2a und 2b wird
nach Bereitstellung des Rahmens mit den Wänden 100a-100d zunächst auf
den Kanten der Wände 100a-100d eine
als elastisches Haftmittel dienende fixierende elastische Masse,
wie z.B. SIGA-Primur (eingetragenes Warenzeichen) der Firma SIGA
Cover AG, Schachen, Schweiz, als eine „Raupe" bzw. ein Wulst aufgetragen. Dann wird
die Membranplatte 12 unter bestimmten, vom Haftmittel abhängigen Bedingungen
auf die mit der elastischen Masse versehenen Kanten der Gehäusewände aufgesetzt,
wie z.B. unter UV-Bestrahlung zur Aushärtung des Haftmittels oder
unter erhöhter
Wärme oder dergleichen,
wodurch die Platte 12 auf die Wände 100a-100d aufgeklebt
wird.
-
Das
zu verwendende elastische Haftmittel ist ein Haftmittel, welches
nach dem Zusammenbau bzw. Aushärten
elastische Eigenschaften aufweist.
-
Die
gegebenenfalls an der Rückseite
der Membranplatte 12 zu befestigenden Teile der Einrichtungen 14 und 16 können beispielsweise
entweder vor dem Aufsetzen der Platte auf dem Rahmen 100 an
der Rückseite
der Platte 12 angebracht worden sein, oder werden erst
hinterher in dem an dem Rahmen angebrachten Zustand an der Rückseite
der Membranplatte 12 befestigt. Eine Rückwand, die zusammen mit dem Rahmen 100 ein
Gehäuse
bildet, kann an den der Membranplatte 12 abgewandten Kanten
der Wände 100a-100d angebracht
werden, und zwar entweder noch vor der Membranplatte 12 oder
hinterher. An dieser Rückwand
kann auch der zu fixierende Teil der Erregungseinrichtung 16 befestigt
werden.
-
Wie
es aus 2b ersichtlich
ist, verdeckt in der Vorderansicht die Membranplatte 12 das
gesamte Gehäuse
bzw. den gesamten Rahmen 100, bzw. ist die Ausdehnung der
Membranplatte 12 in der Vorderansicht größer als
die Ausdehnung des Rahmens 100, so daß dieser Flachlautsprecher
ohne weiteres sich in einer Fläche
quasi nahtlos, ohne daß der
Rahmen 100 sichtbar wird, integrieren bzw. verstecken läßt, wie
es im folgenden bezugnehmend auf 3 noch
erläutert
werden wird.
-
Die
technischen Anforderungen an die Aufhängung der Membranplatte 12,
wie sie durch die von der Membranplatte 12 zu vollführenden
Partial- und Kolbenschwingungen definiert werden, werden durch das
elastische Haftmittel 102 aufgrund seiner elastischen Eigenschaften
erfüllt.
Als elastisches Haftmittel wird beispielsweise eine fixierende elastische
Masse, wie z.B. Gummikleber verwendet, wie z.B. das vorhergehende
erwähnte
SIGA-Primur oder eine andere dauerhaft selbstklebende elastische
Klebemasse, wie sie beispielsweise in der Baubranche üblich ist.
-
Die
fixierende Eigenschaft bzw. Hafteigenschaft des elastischen Haftmittels 102 garantiert
eine definierte Verbindung zwischen der Membranplatte 12 und
dem Rahmen 100, während
die elastische Eigenschaft desselben eine schwingungsfähige Aufhängung definiert,
wofür bei
herkömmlichen
Lautsprechern die Lautsprechersicke eines herkömmlichen Konuslautsprechers
sorgt.
-
Beim
Auftragen des Haftmittelwulstes auf den Kanten der Wände 100a-100d beim
Zusammenbau des obigen Flachlautsprechers wird Anordnung und Menge
des Haftmittels derart gewählt,
daß sich anschließend die
optimale elastische Eigenschaft für das Schwingungssystem aus
Membranplatte 12 und Haftmittel 102 bzw. für die von
dem Erregersystem 14 und 16 erzeugten Schwingungen
ergibt. Nach dem Zusammenbau liegt der Abstand zwischen der sich
in der Ruhelage befindlichen Platte 12 und den Wandkanten
des Rahmens 100 und damit die Dicke der sich ergebenden
Lage des elastischen Haftmittels 102 beispielsweise in
einem Bereich von 1mm bis 10mm.
-
Wie
es im vorhergehenden bereits erwähnt worden
ist, ist die Aufhängung
der Membranplatte 12 über
das Haftmittel 102 freilich auch bei einer anderen Art
und Weise des Versetzens der Membranplatte in Schwingung möglich. Das
Erregersystem für
die Membranplatte 12 könnte
beispielsweise vorgesehen sein, um lediglich Körperschall, d.h. vornehmlich Biegewellen,
oder lediglich eine Kolbenschwingung der Membranplatte 12 zu
erzeugen, beispielsweise für
einen getrennten Baß-
und Höhenlautsprecher.
Je nachdem sind bei Zusammenbau des Flachlautsprechers von 2a und 2b Anordnung und Menge der elastischen
Masse 102 anzupassen, um optimale Klangeigenschaften zu
erzielen. Dementsprechend kann auch ein anderer Rahmen 100 als
der rechteckig entlang der Kanten der Membranplatten 12 verlaufende
Rahmen verwendet werden, wie z.B. einer, bei dem die Membranplatte 12 lediglich
an vorbestimmten Punkten an der Rückseite punktuell über das
Haftmittel an dem Rahmen befestigt ist, oder ein Runder Rahmen mit
einer runden Membran.
-
Prinzipiell
könnte
die im vorhergehende beschriebene Aufhängung mittels des elastischen
Haftmittels auch für
die Aufhängung
der Membran eines Konuslautsprechers mit konusförmiger Membran, Erregungsantrieb
zur Erzeugung von Kolbenschwingungen der Membran und Rahmen oder
Gehäuse anstelle
der üblichen
Sicke verwendet werden.
-
Um
den Vorteil eines in der Vorderansicht nicht sichtbaren Rahmens
zu veranschaulichen, wie er sich bei dem Flachlaut sprecher nach 2a und 2b ergibt, ist in 3 ein Ausführungsbeispiel einer Flachlautsprecher-Leinwand
gezeigt, die sich aus mehreren Flachlautsprechern gemäß 2a und 2b zusammensetzt bzw. aus denselben kaskadiert
ist und vorgesehen ist, um einerseits eine Audiowiedergabe zu leisten
und andererseits als Bildfläche
für ein auf
dasselbe durch beispielsweise einen Beamer oder eine andere Projektionseinrichtung
auf dieselbe geworfenes projiziertes Bild zu dienen.
-
Die
Leinwand von 3 ist allgemein
mit 200 angezeigt und steht auf Stützen 2000a und 200b.
Die Bildfläche
wird durch die Vorderseiten 12a der rechteckigen Membranplatten 12 der
Flachlautsprecher von 2a und 2b gebildet, die Kante an Kante
in Spalten und Zeilen angeordnet sind, so daß sich eine nahezu einheitliche,
ununterbrochene und eben Bildfläche
der Leinwand 200 ergibt. Die aneinanderliegenden Kanten
der Membranplatte 12 der Flachlautsprecher sind in 3 mit gestrichelten Linien 202 angezeigt.
-
Der
Flachlautsprecher von 2a und 2b ist folglich aufgrund
seiner Aufhängung
der Membranplatte an der Rückseite
mittels eines elastischen Haftmittels optimal dafür geeignet,
zusammen mit anderen solchen Flachlautsprechern die Bildfläche einer
Videoleinwand zu bilden, da sich keine optische Unterbrechung der
Bildfläche
trotz Verwendung eines Rahmens oder eines Gehäuses ergibt, wie es bei einer
Flachlautsprecher-Leinwand von 5 der
Fall ist. Zudem ergeben sich keine geometrischen Erhöhungen an
den Membranrändern
der einzelnen Flachlautsprecher, da die Membranplatte nur mit ihrer
Rückseite
an Rahmen bzw. Gehäuse
angekoppelt ist, so daß keine
Bereiche außerhalb
einer Bildsschärfeebene
liegen.
-
Obwohl
in 3 lediglich die Anwendung des
Flachlautsprechers gemäß 2a und 2b in einer Leinwand beschrieben wurde,
ist die vorliegende Erfindung ferner für alle Anwendungen vorteilhaft,
in denen die Lautsprechermembran ein Gehäuse oder einen Rahmen benötigt, aber
dieses bzw. dieser in der Draufsicht bzw. Vorderansicht unsichtbar
sein soll. Beispiele für
weitere Anwendungen sind beispielsweise eine Raumwand aus Flachlautsprechern,
eine Zimmerdecke aus Flachlautsprechern, Werbetafeln aus Flachlautsprechern
usw.
-
In 3a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Lautsprecher-Wand gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Die Lautsprecher-Wand umfasst einen ersten
Lautsprecher 301, einen zweiten Lautsprecher 303,
der an den ersten Lautsprecher 301 angrenzt, sowie einen
an den Lautsprecher 303 angrenzenden Lautsprecher 305.
Jeder der Lautsprecher 301, 303 und 305 weist
eine Mehrzahl von Einrichtungen 307 zum Versetzen der Membran in
Schwingungen (Exciter) auf, wobei die Einrichtungen 307 zum
Versetzen der Membran in Schwingungen im wesentlichen waagerecht
angeordnet sind. Der Lautsprecher 301 umfaßt eine
am Lautsprecher-Rand abgeordnete Einrichtung 307' zum Versetzen
der Membran in Schwingungen (Rand-Exciter) sowie eine mittlere Einrichtung 307'' (mittlerer Exciter) zum Versetzen
der Membran in Schwingungen. Der Lautsprecher 303 umfaßt eine
am Lautsprecher-Rand abgeordnete Einrichtung 307''' zum
Versetzen der Membran in Schwingungen (Rand-Exciter), wobei der Rand-Exciter 307''' an
den Rand-Exciter 307' angrenzt
und von demselben in einem vorbestimmten Abstand „a" angeordnet ist.
Der Abstand „a" kann beispielsweise
gleich einer vertikalen Ausdehnung einer Einrichtung zum Versetzen
der Membran in Schwingungen sein.
-
Wie
es in 3a gezeigt ist,
ist der Abstand „a" zwischen den benachbarten
Einrichtungen 307 zum Versetzen der Membran in Schwingungen gleich.
An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Einrichtungen
zum Versetzen der Membran in Schwingungen nicht notwendigerweise äquidistant
angeordnet sein müssen,
sondern aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus beliebig angeordnet
sein können.
Je nach Wunsch kann die Lautsprecherwand somit in einer Größenordnung
der einzelnen Lautsprecher skalierbar sein, was im Falle einer Wellenfeld-Synthese
(WFS) vorteile bietet, da die Lautsprecher und die Leinwand eine
Hardware bilden, deren Charakteristik aufgrund der Flexibilität hinsichtlich
einer Positionierung von Einrichtungen zum Versetzen der Membran
in Schwingungen anpassbar sind. So können beispielsweise für die Rand-Exciter
nahezu gleiche Bedingungen wie für die
mittleren Exciter hergestellt werden. Dies ist bei konventionellen
Rahmen-Lautsprechern aufgrund des Aufhängungsrandes nicht der Fall,
da der Abstand zwischen allen Excitern nicht beliebig gewählt werden
kann. Insbesondere kann der Abstand zwischen einem Rand-Exciter
und dem Lautsprecherrand nicht beliebig klein gewählt werden,
da die Rand-Exciter durch den Rahmen im Vergleich zu den mittleren
Excitern sonst zu stark bedämpft
sein würden.
Im Gegensatz hierzu kann der Abstand zwischen dem Lautsprecherrand
und dem Rand-Exciter erfindungsgemäß beliebig klein – nahezu
Null – gewählt werden,
wobei für
alle Exciter trotzdem nahezu gleiche Bedingungen herstellbar sind.
Beispielsweise kann ein Abstand zwischen den jeweiligen angrenzenden
Rand-Excitern gleich einem Abstand zwischen zwei benachbarten Excitern
eines Lautsprechers gewählt
werden, wodurch eine vereinfachte Synthese möglich wird.
-
Die
Erfindung ist aber auch bei Einzellautsprechern mit Gehäuse dazu
geeignet, dem Designer mehr Freiheit bei der optischen Außengestaltung des
Lautsprechers zu lassen und eröffnet
ihm insbesondere die Möglichkeit,
die Sicke des Lautsprechers zu verstecken. Dies gilt neben den im
vorhergehenden hauptsächlich
beschriebenen Flachlautsprechern freilich auch für Konuslautsprecher, bei denen es
mittels der oben beschriebenen Aufhängung mit elastischem Haftmittel
nicht mehr notwendig ist, die Sicke in das Bild des Lautsprechers
auf optisch ansprechende zu integrieren und damit dieselbe eventuell
nicht nur nach audiotechnischen Gesichtspunkten zuoptimieren.
-
Bezugnehmend
auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele
wird noch mal explizit darauf hingewiesen, daß die vorlie gende Erfindung
auf jeglichen Lautsprechertyp mit Membran und Einrichtung zum Versetzen
der Membran in Schwingung anwendbar ist. So kann der Flachlautsprecher
auch mehrere Erregungseinrichtungen aufweisen, wie es beispielsweise
in den 1a–1d der Fall war, aber auch
abweichend von diesem Ausführungsbeispiel mehrere
Erregungseinrichtungen desselben Typs, wie z.B. mehrere Körperschallerzeugungseinrichtungen
an verschiedenen Punkten der Rückseite
der Membran, oder nur jeweils einen Erregungstyp, oder, wie oben
erwähnt,
auf Konuslautsprecher oder dergleichen.