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Lautsprechermembran Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprechermembran
und betrifft die Ausbildung dieser Membran, derart, daß sie insbesondere in den
oberen Frequenzen mit verbreiterter Lautausbreitung arbeitet.
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Die Breite des Frequenzbandes der von einem Lautsprecher ausgestrahlten
Töne ebenso wie die Intensität und die Ausbreitung der einzelnen Töne innerhalb
des Bandes hängen weitgehend von der Gestaltung, d. h. vom Durchmesser, von der
Fläche und von der Steigung der Membranwand ab.
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Es wurden bisher bereits sogenannte Ovallautsprecher vorgeschlagen,
bei denen der Durchmesser in einer Richtung der Oberfläche größer als in der anderen
war. Es ergaben sich dabei jedoch scheinbar gewisse Schwierigkeiten bei der Wiedergabe
sehr hoher Frequenzen, so daß die Fachwelt ein bestimmtes Achsenverhältnis bei diesen
Ovallautsprechern nicht unterschritt: Um eine ausreichende Tonwiedergabe auch bei
den hohen Frequenzen zu erreichen, wurde dabei in jedem Falle ein besonderer Hochtonlautsprecher
mit entsprechend vermindertem Durchmesser zusätzlich zu einem für die Wiedergabe
der tiefen und mittleren Töne bestimmten Rund- oder Ovallautsprecher verwendet.
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Der Einbau dieser Lautsprecher in moderne Schallwiedergabegeräte,
insbesondere in kleine Fernsehgeräte, sogenannte Tischgeräte, stieß dabei auf Schwierigkeiten,
da die vom Lautsprecher benötigte große Austrittsfläche im Gehäuse an der Frontseite
nicht oder nur schwierig unterzubringen war. Es wurde daher in der Regel die Lautsprecheranordnung
wenigstens teilweise in die Seitenwand des Gerätes verlegt, wodurch die an sich
durch die bekannte Lautsprecheranordnung zu erreichende hohe Tonqualität durch Mehrfachreflexion
auf engem Raum in der Regel wieder aufgehoben wird.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Lautsprecher
zu schaffen, der eine gute Verteilung der Abstrahlintensität aller Frequenzen des
hörbaren Schallbereiches und insbesondere eine möglichst breite Ausstrahlung im
Gebiet der hohen Frequenzen erreicht und der dabei Einbaumaße aufweist, die auch
den Anbau an der Frontseite von modernen Schallwiedergabegeräten, z. B. kleinen
Rundfunkempfängern oder Fernsehtischgeräten, ohne wesentliche Vergrößerungen des
Gehäuses ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die größte Breite
der Membran der Wellenlänge der höheren Frequenzen der wiedergegebenen Töne entspricht
und die Länge der Membran wenigstens das etwa Fünffache dieser Breite beträgt, während
die Tiefe der Membran etwa gleich der oder geringer als die Breite der Membran ist.
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Die wirksame Breite der Membran liegt dabei vorzugsweise zwischen
2 und 7 cm.
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Dabei kann, um eine gleichmäßige Abstrahlung über den ganzen Frequenzbereich
zu erzielen, die wirksame Membranbreite über einen wesentlichen Teil der Membranlänge
etwa gleich sein. Bei dieser Ausbildung hat der Membrankörper vorzugsweise im wesentlichen
die Form von zwei Zylindersegmenten, deren Achsen sich in einem stumpfen Winkel
schneiden.
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In der Mitte des Membrankörpers ist vorzugsweise ein Hals zur Befestigung
für eine Vorrichtung zum Übertragen der Schwingungen, z. B. eine Schwingspule, angeordnet,
wobei der Übergang von den zylindersegmentartigen Teilen zum Hals abgerundet ist.
Die Endabschnitte der Membran haben dabei vorzugsweise eine etwa halbkreisförmige
Berandung.
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Wenigstens ein Endabschnitt des Membrankörpers kann durch Abdeckplatten
überdeckt sein. Der Lautsprecher wird vorzugsweise so eingebaut, daß die lange Achse
der Membran vertikal verläuft.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig.1 und 2 eine Vorder- bzw. Seitenansicht
einer bevorzugten Ausführungsform einer Lautsprechermembran, Fig. 3 einen vergrößerten
Schnitt durch die Membran längs der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig.4 in
perspektivischer auseinandergezogener Ansicht einen Lautsprecher mit der Membran,
Fig. 5 und 6 schematisch das Gehäuse eines Fernsehempfängers bzw. das hintere Paketbrett
eines Kraftwagens mit eingebauten Lautsprechern, Fig.7 und 8 in Vorder- bzw. Seitenansicht
eine weitere Membranform, Fig. 9, 10 und 11 Schnitte nach Linien 9-9, 10-10 bzw.
11-11 in Fig. 8, Fig. 12 eine Abwandlung des Schnittes nach Fig.11. Fig. 13 und
14 in Vorder: bzw. Seitenansicht einen Lautsprecher mit einer Membran nach Fig.
7 bis 11 und Fig. 15 eine Abwandlung von Fig.13.
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Fig.1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen länglichen, schmalen Membrankörper
10. Die Membran weist wie üblich an ihrem Rand einen nach außen verlaufenden gewellten,
flanschartigen Abschnitt 11 auf.
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Der mittlere Teil der Membran weist einen kleinen, zweckmäßig kreisartigen
Hals 12 auf, der von der konvexen Seite absteht. Dieser Hals kann mit einem verlängerten
Staubschutz 13 abgedeckt sein. Der Durchmesser des Halses ist geringer als die Breite
der benachbarten Membranteile, und diese Membranbreite ist nahezu dieselbe innerhalb
eines erheblichen inneren Teiles der Membranlänge. Diese Breite wie auch die Höhe
der Membran sind gegen die Enden 14 zu vermindert.
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Die Membranbreite ist insbesondere in bezug auf die Ausbreitung der
Abstrahlung von hochfrequentem Schall von Bedeutung. Die unterschiedlichen wiederzugebenden
Laute bringen etwas unterschiedliche Ausbreitungsprobleme mit sich, da die höchsten
wichtigen Frequenzen einschließlich der wichtigsten Obertöne bei gesprochenen Lauten
etwa 4000 oder 5000 Hz erreichen, während sie in den meisten Fällen bei Musikwiedergabe
wesentlich höher liegen. Die Breite der erfindungsgemäßen Membran kann entsprechend
dem vorliegenden Verwendungszweck geändert werden. Dient der Lautsprecher z. B.
allein zur Wiedergabe der menschlichen Sprache, so kann er etwa 5 bis 7,5 cm breit
sein. Ist ein weiter Bereich musikalischer Laute mit geringer Verzerrung wiederzugeben,
so wird der Lautsprecher vorzugsweise nur etwa 2,5 cm breit ausgebildet und in manchen
Fällen vorzugsweise in einer Ecke angeordnet.
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Wenn auch die Schallausbreitung durch die Schmalheit der Membran verbessert
wird, ist es im allgemeinen unerwünscht, die Membranbreite bis unter bestimmte Grenzen,
in der Regel etwa 2 cm, aus praktischen Gründen vorzugsweise unter etwa 2,5 cm,
zu vermindern, wobei diese Werte kleiner sind als die halbe Wellenlänge der höchsten
Grundtöne der wiederzugebenden Musik und etwa gleich der Hälfte der Wellenlänge
der wesentlichen Harmonischen. Diese Beziehung zwischen der Membranbreite und der
Wellenlänge der höchsten abgestrahlten Töne wurde als wesentlich ermittelt.
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Zur Erzielung einer angemessenen akustischen Amplitude und Leistung
hat die Membran eine erhebliche Länge, wobei die Hauptaufgabe der Membranlänge darin
liegt, für eine angemessene Luftkopplung zu sorgen. Dieses. Merkmal ist hauptsächlich
in den unteren und mittleren Bereichen der Sprach- und Musiklaute wichtig. Die Membran
muß jedoch nicht so lang sein, daß sie die Einheitsresonanzfrequenz in der Schwingungsart
einer Saite od. dgl. abgibt. Es hat sich in der Tat als äußerst vorteilhaft herausgestellt,
die Membranen nach der Erfindung in einer Länge auszubilden, die etwa das Fünf-
bis Siebenfache der obenerwähnten Breite beträgt und vorzugsweise ein Verhältnis
von Länge zu Breite oder ein Seitenverhältnis von etwa 7 : 1 für die schmalsten
Membranen von etwa 2,5 cm Breite hat sowie Seitenverhältnisse zwischen 5 : 1 und
7 : 1 für die breiteren Membranen von etwa 2,5 bis 7,5 cm Breite. Auf diese Weise
ergibt sich eine Abstrahlfläche von etwa 45 cm" bei einer Membran von etwa 2,5 cm
Breite und proportional oder fast proportional mehr bei den entsprechend breiteren
Membranen. Mehrere der Membranen nach der Erfindung können unter den allgemein bekannten
Vorsichtsmaßregeln zusammen verwendet werden. Dabei ist es nicht nötig, verschiedene
Varianten der erfindungsgemäßen Membran zu kombinieren, die in verschiedenen Bereichen
des erwünschten Spektrums arbeiten.
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Bei der erfindungsgemäßen Membran werden gegenüber einer kreiskegelförmigen
Membran gleicher Flächengröße die Richtwirkungskurven verbreitert und der in dem
äußeren Teil der Schallabstrahlfläche erzielte Frequenzgang dadurch verbessert.
Das Membranmaterial kann dasselbe sein, wie es für die üblichen Lautsprechermembranen
verwendet wird.
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Die Lagerung der Membran erfolgt, wie Fig. 4 zeigt, auf die bekannte
Weise dadurch, daß der flanschartige Teil 11 z. B. durch Ankleben an dem entsprechenden
Teil eines Flansches 15 eines Gehäuses 16 befestigt wird, und der Hals 12 kann mit
dem mittleren Teil des Gehäuses mit Hilfe eines kleinen Kragens 17 nachgiebig verbunden
werden. In der Mitte dieses kleinen Kragens ist ein geeigneter akustischer Erreger
18, z. B. ein Schwingspulenaggregat, angeordnet. Der Gehäuseflansch kann zur Aufnahme
von Befestigungsschrauben 19 od. dgl. eingerichtet sein, mit denen der ganze Umfang
des Lautsprechers an einem nicht dargestellten Brett od. dgl. befestigt wird, wobei
ein federnder Zwischenring 20 zwischen den Gehäuseflansch und das Brett eingefügt
ist. Eine akustisch durchlässige Abdeckung 21 ist vor der Lautsprecheröffnung befestigt.
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Wie Fig.5 zeigt, kann das Befestigungsbrett 22 eines einzelnen Lautsprechers
nach der Erfindung eine -der senkrechten Seiten der Frontplatte eines Fernsehempfängers
bilden. Es kann also die schmale senkrechte Fläche, die bei einem solchen Empfänger
zwischen dem Schirm 23 und der einen Seitenkante des Gehäuses vorhanden ist, zur
Aufnahme des Lautsprechers dienen. Die Längsabmessung eines Lautsprechers nach der
Erfindung, die näherungsweise zwischen 18 und 54 cm liegt, ist besonders günstig
der senkrechten Abmessung von Fernsehempfängerschirmen angepaßt. Gleichzeitig macht
die geringe Breite des neuen Lautsprechers von im allgemeinen nicht mehr als 7,5
cm keine oder nur eine geringe Verbreiterung des Gehäuses erforderlich. Selbst bei
ziemlich hohen Anforderungen an die Tonqualität wird in der Regel nicht mehr als
ein Lautsprecher benötigt, und daher entfallen auch die Probleme durch das Anpassen
mehrerer Lautsprecher verschiedener Art.
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Der Lautsprecher nach der Erfindung bietet Vorteile in anderen Fällen,
z. B. wo Klangwiedergabegeräte in Gehäuse oder andere Einrichtungen geringer Abmessungen
eingebaut werden. Als weiteres Beispiel zeigt Fig.6 einen senkrechten Schnitt des
hinteren
Ablagebrettes 24 eines Kraftwagens 25 mit einem Lautsprecher 16 nach der Erfindung,
der an der Unterseite dieses Brettes angebracht ist, wobei die längliche Membran
quer zum Wagen verläuft und mit einem nicht dargestellten Rundfunkempfänger zusammenarbeitet.
Die Wiedergabe wird verbessert, da ein großer Teil des vom Lautsprecher abgestrahlten
Schalles die Hörer durch Reflexion an der Wagendecke erreicht. Aber unabhängig davon,
ob der Schall mit oder ohne Reflexion empfangen wird, ist der Frequenzbereich gleichmäßiger
verteilt.
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Eine weitere vorteilhafte Membranform ist in Fig. 7 bis 12 dargestellt.
Sie weist einen länglichen, schmalen Membrankörper 30 auf, der im wesentlichen die
Form von Zylindersegmenten hat. Die konkave Seite wird vorzugsweise als Vorderseite
oder öffnung des Lautsprechers verwendet.
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Diese Form ist aus zwei flachen, schrägen Zylinderabschnitten 31,
32 gebildet, die unter einem stumpfen Winkel ineinander übergehen. Die Form jedes
Zylinderabschnittes in jeder Längshälfte der Membran ist in strichpunktierten Linien
31-C in Fig. 8 als seitliche Projektion des vollständigen, eine Achse 31-A aufweisenden
Zylinders des Abschnittes 31 dargestellt. Der zweite Zylinderabschnitt 32 hat dieselbe
Form und eine Achse 32-A, welche die Achse 31-A in einem Punkt 33 auf der akustischen
Achse 33-A des 1_atttsprechers schneidet. Die beiden Zylinderachsen schneiden die
akustische Achse unter gleichen Winkeln, die etwas weniger als 90° an der konkaven
Seite der Membran betragen. Die beiden Zylinderabschnitte 31, 32 haben eine gemeinsame
Basis in der Ebene der Achse 33-A, die im wesentlichen eine kurze Ellipse ist. Die
Flächen, welche die beiden auseinanderlaufenden Zylinderabschnitte schneiden und
die vorderen Ränder bilden, liegen vorzugsweise in einer einzigen Ebene, die die
obenerwähnte gemeinsame Basis und die Achse 33-A unter rechten Winkeln schneidet
und in der sich die beiden Zylinderabschnitte überlappen.
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Ein flanschartiger Teil 34, der im wesentlichen längs der einander
überlappenden Vorderränder der beiden Zylinderabschnitte verläuft, ist an diesen
Rändern befestigt und umgibt die ganze Vorderseite oder die öffnung der Membran.
Rillen 35 üblicher Querschnittsform sind in dem flanschartigen Teil angeordnet.
Gegenüber dem gewellten flanschartigen Teil und um die obenerwähnte gemeinsame Basis
der beiden Zylinderabschnitte herum ist ein verhältnismäßig kleiner zylindrischer
Hals 36 vorgesehen, welcher die Membran mit der Erregerspule od. dgl. verbindet.
Dieser Hals kann ein kurzes Stück koaxial zur Lautsprecherachse 33-A rückwärts verlaufen.
Zum Abdecken dieses Halses 36 kann eine Staubkappe 37 verwendet werden. Zur Erzielung
der besten Leistung sollte der Übergang vom Hals 36 auf die Zylinderabschnitte 31,
32 als eine glatte Fläche 38 ausgebildet sein.
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Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, praktisch identische
Zylinderradien R in den aufeinanderfolgenden Querschnitten 9-9, 10-10 und 11-11
jedes Membranannes zu verwenden, so daß alle in Fig.9 bis 11 dargestellten Querschnitte
flache kreissegmentartige Formen haben, die sich voneinander nur durch die Höhe
des Membransegmentes unterscheiden. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
den Radius R etwa gleich der Höhe H der Membran an dem mittleren, den Hals 36 schneidenden
Querschnitt 11-11 ausschließlich des Halses zu machen und diese Bogenhöhe deutlich
abnehmen zu lassen, aber nur bis auf -in Drittel des erwähnten Radius in der Nähe
jedes Endes 39. Es scheint akustisch wesentlich zu sein, eine dreidimensionale Krümmung
oder Nichtlinearität dadurch mindestens anzunähern, daß die zylindersegMentförmige
Krümmung mit mindestens einem stumpfen Winkel zwischen den beiden Zylinderachsen
kombiniert wird und trotzdem die Längsverstärkung auszunutzen, die sich durch die
Zylinderabschnittsbauweise ergibt.
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Die Erfindung soll zwar nicht durch irgendeine Theorie oder Erklärung
eingeschränkt werden, es läßt sich jedoch sagen, daß die beschriebene Krümmung der
Membran bei verschiedenen Flächenabschnitten bewirkt, daß diese mit verschiedenen
Tonfrequenzen schwingen und daß die Verstärkung den schwingenden Bereich, besonders
bei hohen Frequenzen, zu erweitern sucht.
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Die Radien T der glatten Übergangsflächen 38, am besten zu erkennen
in Fig. 11, können ziemlich klein sein, ohne daß ein Verlust an akustischer Güte
oder Leistung eintritt, insbesondere, wenn die Membran sehr schmal gemacht wird.
Die in Fig. 11 dargestellten Verhältnisse der Abmessungen beruhen auf der Verwendung
einer normalen Sprechspule zusammen mit einer Membran mit der Breite W von etwa
3,8 cm. Fig.12 zeigt andererseits einen entsprechenden Mittelschnitt einer verhältnismäßig
großen Membran nach der Erfindung, die eine Breite W-1 von etwa C>,5 cm haben kann.
Größe und Form der Sprechspule und dementsprechend des Halses 36 können denen in
Fig. 11 gleichen, wobei die Leistung und andere Eigenschaften einer Normalspule
für beide Größen dieser Membranbauart geeignet sind. Im Hinblick auf die Verwendung
von Zylindersegmenten mit größerem Radius R-1 wird aber ein entsprechend größerer
Radius T-1 der Übergangsfläche 38-1 verwendet.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Membranenden 39 abgerundet,
insbesondere, wie in Fig. 7 dargestellt, halbkreisförmig abgerundet auszubilden.
Demgemäß wird der flanschartige Membranteil 34 am besten mit Endstücken 40 und Rillen
41 versehen, die die angenäherte Form von halbkreisförmigen Böden haben, während
die seitlichen Flansch- und Rillenstücke zwischen diesen Enden im Hinblick auf den
sehr flach geführten Schnitt der Zylinderabschnitte den Verlauf einer sehr flachen
elliptischen Kurve haben können.
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Wie Fig. 13 und 14 zeigen, kann der Rand des llanschartigen Membranteiles
34 in oder unter einen Flansch 42 geklemmt werden, und ein geeignetes Gehäuse 43
mit öffnungen 43 a kann diesen Flansch mit der akustischen Erregervorrichtung 44
verbinden.
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Wie üblich, kann eine akustisch durchlässige Bedeckung, von der ein
Teil 45 gezeigt ist, sich über die Lautsprechermündung erstrecken. Vier Befestigungslöcher
46 im Flansch 42 dienen zum Befestigen des Lautsprechers an der Schallwand.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 ist der Flansch 42 zusätzlich
mit zwei an den Enden angeordneten, ebenen Abdeckplatten 47 versehen, von denen
sich jede über ein Ende der Lautsprecheröffnung erstreckt und etwa ein Drittel der
Länge des entsprechenden abgerundeten Zylinderabschnittes abdeckt. Durch diese einfache
Abdeckvorrichtung wird der Bereich des flachen Frequenzganges des Lautsprechers
zusätzlich erweitert, ohne daß sich ein
nachteiliger Einfluß auf
die Richtwirkungskurve, die Schallausgangsleistung und andere Endgrößen ergibt.
Eine solche Verbesserung wird nicht dadurch erreicht, daß man die Membran entsprechend
kürzer ausführt. Ferner ist es nicht möglich, Ergebnisse gleicher Art oder Güte
zu erzielen, indem man den Lautsprecher mit Abdeckvorrichtungen früher bekannter
Art versieht.
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Ein Lautsprecher nach Fig. 15 gibt nicht nur befriedigende Sprachfrequenzen
von etwa 100 bis weit über 5000 Hz wieder, sondern auch Musikfrequenzen von etwa
30 bis mindestens etwa 12 000 Hz. Die Achsenverhältnisse der Membran lassen sich
aber in der oben beschriebenen Art abändern, um die Membran einem bestimmten Zweck
anzupassen.