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Schwingplatte zur Erzeugung eines künstlichen Nachhalles In der Elektroakustik
besteht seit jeher das Bestreben, Schallereignisse so zu übertragen und wiederzugeben,
daß kein merkbarer Unterschied zwischen Original und Wiedergabe vorhanden ist. Um
dieses Ziel zu erreichen, hielt man es zunächst für ausreichend, ein genügend breites
Frequenzband für den übertragungsweg sicherzustellen und die Verzerrungen klein
zu halten. Es stellte sich jedoch bald heraus, daß man damit zwar eine korrekte,
aber keineswegs eine dem Originaleindruck entsprechende Wiedergabe erzielen konnte.
Als Ursache führte man an, daß der Lautsprecher, im Gegensatz zur Originalschallquelle,
nur eine geringe räumliche Ausdehnung besitze, so daß insbesonders bei der Wiedergabe
von Musik der räumliche Eindruck mangle. Als Abhilfe wurden entweder stereophonische
Übertragungen oder, als Ersatz dafür, pseudostereophonische Maßnahmen, wie z. B.
die Anordnung mehrerer in verschiedene Richtungen strahlender Lautsprecher, insbesondere
für die hohen Frequenzen empfohlen. Man erzielte damit zwar eine bessere Wiedergabe
als mit den früheren Einrichtungen, das Endziel, nämlich eine dem Original täuschend
ähnliche Wiedergabe, konnte auch damit nicht erreicht werden.
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Untersuchungen der letzten Zeit ergaben, daß die Wiedergabe weiter
verbessert werden kann, wenn man am Wiedergabeort einen vom übertragungsweg abgeleiteten
künstlichen, einstellbaren Nachhall dem Klangbild hinzufügt. Um einen solchen Nachhall
hervorzurufen, ist ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich, der die Anlage
wesentlich verteuert. Als teuerste, aber auch als beste Lösung ist die Hallplatte
nach Kuhl bekanntgeworden, eine Stahlblechplatte, die in einem Rahmen dämpfungsfrei
aufgehängt ist. Das für den Nachhall erforderliche langsame Abklingen ruft man dadurch
hervor, daß auf der Platte durch ein Antriebssystem Biegewellen und Reflexionen
derselben erzeugt werden, die von einem Abnahmesystem aufgenommen und anschließend
bis zur gewünschten Lautstärke verstärkt werden.
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Es ist offensichtlich, daß dieses Verfahren zur Nachhallerzeugung
auf künstlichem Wege sehr aufwendig ist, bedarf es doch besonderer Verstärkungseinrichtungen
für den Nachhallweg und gegebenenfalls auch noch besonderer Lautsprecher. Auch ist
der Raumbedarf für die Stahlblechplatte nicht zu übersehen. Man hat daher die Stahlplatte
durch schraubenförmig gewickelte Federn ersetzt, doch ist der damit erzielte Effekt
derzeit zumindest nicht so gut wie bei Verwendung einer Platte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachhalleinrichtung
zu schaffen, die hinsichtlich der Qualität des erzeugten Nachhalles der Nachhallbildung
mittels Stahlplatte zumindest nahekommt und dennoch eine wesentliche Vereinfachung
und damit auch eine entsprechende Verbilligung mit sich bringt.
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Unter Berücksichtigung der mit der Hallplatte gewonnenen Erkenntnisse
bezieht sich die Erfindung auf eine Schwingplatte für eine akustische Vorrichtung,
bei der die Wirkung der Platte hauptsächlich auf der Erzielung von Nachhall mittels
der Fortpflanzung von Biegewellen und Reflexionen in der Platte beruht.
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Der wesentliche Unterschied zwischen der bekannten Nachhallplatte
von K u h 1 und der Erfindung besteht darin, daß die Platte aus einem geschäumten
Kunststoff besteht und neben der Nachhallerzeugung auch zur Schallabstrahlung herangezogen
wird.
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Bei der Erfindung handelt es sich um eine Schwingplatte zur Erzeugung
künstlichen Nachhalles, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die in Form einer flachen
Membran aus geschäumtem Kunststoff ausgebildete Platte wenigstens ein überwiegend
Biegeschwingungen hervorrufendes Antriebssystem aufweist und gleichzeitig zur lautsprechermäßigen
Schallabstrahlung dient.
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Auf diese Weise gelingt es, den bisherigen teueren und großen Aufwand
für die Erzielung von Nachhall in akustischen Vorrichtungen erheblich zu verringern.
Wollte
man versuchen, den durch die Erfindung erzielten Effekt mit Hilfe der bereits bekannten
Lautspreclierinembranen aus geschäumtem Kunststoff hervorzubringen, so ist dieser
Versuch schon von Haus aus zum Scheitern verurteilt, denn die bekannten Lautsprecherinembranen
sind so ausgebildet, daß Blegeschwingungen möglichst vermieden werden. Sie sind
im Vergleich zu ihrer flächenmäßigen Ausdehnung sehr dick oder mit Rippen od. dgl.
verstärkt, oder aber in eine konische Form gebracht, so daß kaum eine Möglichkeit
zur Ausbildung von Biegeschwingungen gegeben ist. Ferner erfolgt der Antrieb solcher
Membranen in einem Punkt, der für die Erzeugung von Biegeschwingungen ungünstig
liegt. Schließlich sind die Lautsprechermembranen der konventionellen Technik meist
viel zu klein, um überhaupt merkbare Laufzeitverzögerunaen hervorbrinaen zu können.
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Ferner bestand in der Fachwelt zweifellos die Ansicht, daß Platten
aus Schaumstoff zur Nachhallerzeugung nicht geeignet sind, weil sie infolge ihrer
großen inneren Dämpfung den Schall zu sehr absorbieren würden. Dies kann beispielsweise
der britischen Patentschrift 510 707 entnommen werden. Tatsache ist, daß
bis jetzt Nachhallplatten nur aus dämpfungsarmem, metallischem Material hergestellt
wurden.
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Auf dem We-e zur Erfindung war daher erstens das Vorurteil zu überwinden,
daß sich eine aus geschäumtem Kunststoff hergestellte Platte zur Nachhallerzeugung
nicht eigne. Der zweite erfinderische Gedanke besteht darin, die den Nachhall erzeugende
Einrichtung gleichzeitig zur Schallabstrahlung zu benutzen. Zu diesem Zweck ist
es erforderlich, die Platte so auszubilden, daß sie Biegeschwingungen ausführen
kann, und sie auch zu Biegeschwingungen anzuregen, ein Vorgehen, das zwar bei Nachhallplatten
an sich bekannt ist, das aber gerade im Lautsprecherbau ängstlich vermieden wurde,
weil bei der üblichen Antriebsmethode für eine Lautsprechermembran diese ja als
starrer Kolben schwingen sollte und eventuell auftretende Biegeschwingungen, die
zur Ausbildung unerwünschter Frequenzen Anlaß geben könnten, unterdrückt werden
müssen. Beim Erfindungsgegenstand hingegen wird grundsätzlich auf den starren Antrieb
der Platte verzichtet und diese auch zur Schallabstrahlung in Blegeschwingungen
versetzt. Bis jetzt ist noch kein Lautsprecher bekanntgeworden, dessen Membran Biegeschwingungen
ausführt.
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Als Material für die erfindungsgemäße Platte bzw. Membran eignet sich
insbesondere ein Schaumstoff mit einem Raumgewicht von etwa 15 bis
30 kg/m3, wobei es sich als besonders günstig erweist, daß die Geschwindigkeit
der sich im Schaumstoff ausbreitenden Transversalwelle im Bereich um 500
Hz etwa 5Om!see beträn Die Transversalwellen breiten sich im Schaumstoffkörper daher
nur mit einem Sechstel der Geschwindigkeit in Luft aus, wodurch man zu verhältnismäßig
kleinen Abmessungen der Platte das Auslangen findet. überdies können in Abhängigkeit
von den Abmessungen der Membran (Fläche, Dicke), der elastischen Eigenschaften des
Schaumstoffes und den am Rand oder an verschiedenen Stellen der Membran angeordneten
Dämpfungsmitteln stehende Wellen, ähnlich wie im Raum, auftreten.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, wobei
F i g. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht zeigt;
F i g. 2 und 2 a und auch F i g. 3 stellen verschiedene Möglichkeiten
des Membranantriebes dar; F i g. 4, 4 a und 4 b sind Längsschnitte
und betreffen beispielsweise, die Anordnung des Antriebssystems sowie der Randeinspannung;
F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine ungleich dicke Membran;
Fig. 6 bis 10 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele im Zusammenhang
mit Geräten dar; F i g. 11 zeigt den mit der Tauchspule versehenen
Teil einer Schaumstoffmembran und Fig. 12 eine Konusmembran mit aufgesetzter Schaumstoffmembran.
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In Fig. 1 ist die als Membran dienende Schaumstoffplatte
1 von rechteckiger Form, die z. B. die Ab-
messungen 0,50
- 1 in aufweisen kann. Die Platte ist am Rand 2, beispielsweise durch
Kaltverformung, zu einer dünnen Zone ausgebildet und damit im Rahmen 4 bei
3 eingespannt. Die Erregung der Membran erfolgt durch ein dynamisches Antriebssystem
5, das an einer Strebe 6 befestigt ist. Die Tauchspule 7 mit
den Anschlüssen 7a ist bei 8 mit der Schaumstoffplatte fest verbunden. Dämpfungsmaterial
9, z. B. weiche Filze, Watte, eine Weichgummilösung od. dgl., kann gegebenenfalls
zur Verminderung stehender Wellen auf die dünne Randzone der Membran aufgebracht
sein. Durch Wahl der Abmessungen der Platte und der Dämpfungsmittel ist eine weitgehende
Beeinflussung der Wellenausbreitung und damit der laufzeitverzögerten Schallabstrahlung
möglich.
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Die Zentrierung der Tauchspule kann, wie in den F i g. 1 und
2 a dargestellt, entweder durch die Meinbran selbst erfolgen, oder, wenn dies nicht
ausreichend sein sollte, so wie es die F i g. 2 und 3
zeigen, von einer
besonderen Zentriervorrichtung übernommen werden. In F i g. 2 ist dies eine
einfache Zentrierbrille 10, in F i g. 3 eine Doppelbrille
10, 11.
Bei dieser Art der Zentrierung ist es möglich, den Rand der Membran
zwischen weichem Dämpfungsmaterial zu lagern. In F i g. 4 ist dieses mit
13 bezeichnet. Wie F i g. 4 weiter zeigt, kann das Antriebssystem
auch gegen den Rand der Membran zu verschoben sein und die Platte selbst durch Dämpfungsmittel
14, 15 in verschiedenen Punkten unterstützt werden.
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Erfindungsgemäß kann die Platte auch ein- oder beidseitig mit einer
dünnen Folie, beispielsweise einer Aluminium- oder einer Plastikfolie, belegt sein.
Diese können, wie den F i g. 4 a und 4b zu entnehmen ist über den Rand der
Schaumstoffplatte hinausragend, zur Halterung der Platte im Rahmen dienen. Gegebenenfalls
kann man auch die Platte auf einer oder auf beiden Seiten mit Dämpfungsmaterial
belegen, falls bestimmte Effekte unterdrückt oder hervorgehoben werden sollen.
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Die Platte muß überdies nicht überall gleich dick
sein, sie
kann auch beispielsweise den in F i g. 5
dargestellten Querschnitt aufweisen.
Ebensogut können auch Rippen od. dgl. auf der Membranoberfläche ausgebildet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Antriebssystemen, wobei die Membran
als ebene Schaumstoffplatte ausgebildet ist und die Vorderseite eines Gehäuses einnimmt,
zeigt F i g. 6. Die Antriebssysteme können bei allen oder nur einigen Punkten
22 bis 25 angreifen.
Da der Nachhalleffekt hauptsächlich
bei den mittleren und höheren Frequenzen auftreten soll, kann man eine Aufteilung
des Frequenzbandes auf tiefere und höhere Frequenzen vornehmen. Zweckmäßigerweise
überläßt man die Abstrahlung der tiefen Frequenzen üblichen Tieftonlautsprechern,
in F i g. 7 mit 27 und 28 bezeichnet, wogegen für die mittleren
und höheren Frequenzen eine erfindungsgemäße Schaumstoffmembran 26 dient,
die gemeinsam mit den Tieftonlautsprechem in ein Gehäuse eingebaut ist.
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Zur Erzielung einer besonderen Richtcharakteristik, die der einer
Schallzeile gleicht, also in einer Ebene gebündelt ist, wählt man als Membranforin
ein langes, schmales Rechteck, wie dies F i g. 8 zu entnehmen ist. Es können
ein oder mehrere Antriebssysteme vorgesehen sein, z. B. in F i g. 8 bei
29, 30 und 31.
Wählt man eine andere Form der Membran, z. B. eine solche
mit nicht parallelen Begrenzungslinien, kann die Wirkung der Platte beeinflußt werden.
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Außer dem Vorzug der Raumtonwirkung ermöglicht die Erfindung auch
die Ausnutzung der ganzen Vorder- und Seitenflächen einer Kassette bzw. eines Rahmens
zur Schallabstrahlung, im Gegensatz zu den üblichen Lautsprechern mit Papierkonus.
Die F i g. 9
und 10 zeigen entsprechende Ausführungsbeispiele an einem
tragbaren Transistorempfänger. Der Antrieb kann durch ein an einer beliebigen Stelle
angebrachtes Wandlersystem 32 erfolgen, das an einer Stütze 35 befestigt
ist. Diese kann entweder als Strebe 35 oder als Dreiecksbrett 36 ausgebildet
sein.
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Die erfindungsgemäße Lautsprechermembran ergibt nicht nur eine außerordentlich
natürliche Schallwiedergabe, sie besitzt darüber hinaus noch den Vorteil einer billigen
Herstellung. Sie kann überdies außerordentlich raumsparend eingebaut werden, was
sich insbesondere bei kleinen tragbaren Rundfunkgeräten sehr günstio, auswirkt.
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Selbstverständlich können an dieser Stelle nicht alle möglichen Membranformen
angeführt werden. Dem Fachmann ist es aber sicherlich ein leichtes, die jeweils
dem erforderlichen Zweck am besten entsprechende Membranform zu finden und auch
an der geeignetsten Stelle das oder die Antriebssysteme anzubringen.
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F i g. 11 stellt den mit der Tauchspule versehenen Teil
einer Schaumstoffmembran dar, der einen konischen Fortsatz ebenfalls aus Schaumstoff
besitzt, an dem die Tauchspule befestigt ist.
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In F i g. 12 ist eine Membran aus dünnem, steifem Material,
z. B. Duraluminium oder Pertinax in konischer Form vorhanden, die an ihrer Außenfläche
an dem mit gleicher konischer Vertiefung versehenen Schaumstoffmembran 41, z. B.
durch Klebung, befestigt ist. Im Inneren der steifen Membran kann ebenfalls ein
Schaumstoffkonus 42 angeordnet sein.