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Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran für Flachlautsprecher
aus leichtem, steifem Material von im wesentlichen ebener Form und mit einer im
wesentlichen mittig angeordneten Antriebsvorrichtung.
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Es ist bekannt, daß eine derartige flache, üblicherweise rechteckige
Membran in einen Schwingungszustand zweiter Ordnung geraten kann, der die Schwingung
der Membran in zwei Teile zerlegt, wodurch eine ausgeprägte Resonanz bei niedrigen
Frequenzen, etwa bei 100 Hz, entsteht, die einen äußerst ungleichmäßigen Frequenzgang
zur Folge hat. Die Schwingungen zweiter Ordnung lassen sich zwar dadurch unterdrücken,
daß die Antriebsvorrichtung im wesentlichen in der Membranmitte angebracht ist,
jedoch entstehen dann Schwingungen dritter Ordnung, die die Schwingung der Membran
in drei Bereiche unterteilt. Um die durch diese Schwingungen dritter Ordnung entstehende
Ungleichmäßigkeit des Frequenzganges zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden,
die Membran asymmetrisch, etwa als ungleichseitiges Trapezoid, zu gestalten, um
die Schwingungsart zu verändern. Auch diese Maßnahme führt jedoch noch nicht zu
einer befriedigenden Verringerung der Ungleichmäßigkeiten im Frequenzgang.
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Es ist ferner bekannt, durch Erhöhung der Festigkeit der Membran mindestens
im Bereich der Antriebsvorrichtung die Abstrahlungsleistung bei mittleren und höheren
Frequenzen zu erhöhen. Um eine solche versteifte Membran schwingungsfähig zu erhalten,
ist man bisher bemüht gewesen, sie entweder durch die Gestaltung der Membranrandzone
selbst oder durch besondere Maßnahmen ihrer Einspannung derart am Lautsprecherrahmen
aufzuhängen, daß die Schallerzeugung durch kolbenartiges Vor- und Zurückschwingen
der in sich steifen Membran erfolgt. Ein solcher elastische Randbereich hat jedoch
den Nachteil, daß in dieser Zone größere Reflexionen auftreten, die zu weiteren
äußerst starken Verzerrungen des Frequenzganges führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachlautsprechermembran
zu schaffen, bei der die Ungleichmäßigkeit des Frequenzganges derart verringert
ist, daß eine gegenüber der heute an sich bereits erreichten hohen Lautsprecherqualität
verbesserte Membrangestaltung erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Membran für Flachlautsprecher
der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Membran am Rand steif in einen
Rahmen eingespannt und in unmittelbarer Umgebung der Antriebsvorrichtung als kontinuierlich
gekrümmter, zur Rückseite hin konvexer Konus geformt ist. Durch diese Maßnahme wird
die Abstrahlung insbesondere der mittleren und hohen Frequenzen verbessert, ohne
daß die bei den bekannten Membrananordnungen infolge der größeren Reflexion am Membranrand
bedingte erheblich ungleichmäßige Frequenzcharakteristik in Kauf genommen wird.
(Eine geringe Ungleichmäßigkeit im Frequenzgang soll bekanntlich insbesondere im
Hinblick auf die Übertragung von Instrumentalmusik stets vorhanden sein.) Gegenüber
dem Stand der Technik schlägt die Erfindung den entgegengesetzten Lösungsweg ein,
indem nämlich die Schallwellen nicht durch das erwähnte kolbenartige Vor- und Zurückschwingen
einer elastisch eingespannten Membran, sondern durch Biegeschwingungen der an ihrem
Rand steif im Rahmen eingespannten Membran erzeugt werden. In weiterer erfindungsgemäßer
Ausgestaltung weist die Membran mehrere angeformte, radial verlaufende Rippen auf,
die gerade oder auch in der Membranebene gekrümmt sein können. Diese Rippen dienen
zur Unterdrückung von Schwingungen dritter Ordnung.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Membran bestehen
darin, daß das Membranmaterial aufgeschäumtes Harz ist; daß die Membran einen asymmetrischen,
trapezförmigen oder ovalen Grundriß aufweist; daß die Rippen aus an der Membranoberfläche
befestigten Materialstreifen oder gegebenenfalls aus mit dem, aufgeschäumten Harz
der Membran vermischtem, wärmehärtenden Harz bestehen; daß dem Randbereich ein entweder
einer an der Membranoberfläche befestigten Schicht zugesetzter oder mit dem aufgeschäumten
Harz der Membran vermischter thermoplastischer Kunststoff zugesetzt ist. Alle diese
zuletzt genannten vorteilhaften Merkmale mögen zwar zum Teil an sich bekannt sein,
sind jedoch auf Grund umfangreicher Überlegungen und Versuche derart auf die Merkmale
der erfindungsgemäßen Membrangestaltung abgestimmt, daß sie in Kombination mit diesen
zu Lautsprecherausführungsformen von besonders hoher Qualität führen.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
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A b b. 1 zeigt eine Schwingung zweiter Ordnung bei einer Lautsprecherflachmembran;
A b b. 2 zeigt eine Schwingung dritter Ordnung bei einer Lautsprecherflachmembran;
Ab b. 3 ist eine Vorderansicht einer Membran nach der Erfindung; A b b. 4A, 4B und
4 C sind Teilschnittansichten von drei verschiedenen Ausführungsformen des zentralen
Bereichs der Membran nach Ab b. 3; A b b. 5 A und 5 B sind Teilschnittansichten
des Randbereichs der Membran nach Ab b. 3; A b b. 6 ist ein Schnitt durch eine weitere
Ausführungsform nach der Erfindung; Ab b. 7 ist eine Vorderansicht einer weiteren
Ausführungsform nach der Erfindung; Ab b. 8 ist ein Schnitt längs der Linie VIII-VIII
von A b b. 7; Ab b. 9 ist ein Schnitt längs der Linie IX- IX von Ab b. 8; Ab b.
10 ist eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung; Ab
b. 11 ist ein Schnitt durch den Lautsprecher nach A b b. 10; A b b. 12 ist eine
Rückansicht des Lautsprechers von A b b. 10; A b b. 13 ist ein Querschnitt durch
eine Verstärkungsrippe längs der Linie XIII-XIII nach Ab b. 12, und Ab b. 14 ist
ein Querschnitt durch eine Verstärkungsrippe längs der Linie XIV-XIV von A b b.
12.
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In den A b b. 1 und 2 sind Schwingungen zweiter und dritter Ordnung
dargestellt, die bei Membranen von Flachlautsprechern auftreten. In diesen Abbildungen
ist eine Membran 1 eines Flachlautsprechers zu erkennen, ein Membranantrieb 2 sowie
ein Rahmen 3 zum Einspannen, d.h. Festhalten des Randes der Membran. Bei der in
A b b. 1 dargestellten rechteckigen Membran unterteilt die Schwingungsart zweiter
Ordnung die Membran in zwei Schwingungsbereiche
4. Die Schwingung
zweiter Ordnung läßt sich unterdrücken, indem die Antriebseinrichtung 2 im wesentlichen
in der Mitte der Membran angebracht wird, wie in A b b. 1 dargestellt ist, wobei
jedoch eine Schwingung dritter Ordnung bei einer Frequenz von etwa 100 bis 400 Hz
auftritt, die die Membran in drei Schwingungsbereiche 5 unterteilt. Um die durch
diese Tertiärschwingung hervorgerufene Ungleichmäßigkeit des Frequenzganges zu verringern,
ist eine asymmetrische Membrangestalt gemäß A b b. 2 vorgeschlagen worden, jedoch
ließ sich dadurch der Frequenzgang nicht genügend egalisieren.
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Gemäß der Erfindung lassen sich diese Schwierigkeiten bei Flachlautsprechermembranen
vermeiden. A b b. 3 zeigt einen Flachlautsprecher mit einer Membran 11 nach der
Erfindung, die aus einem leichten und festen Material hergestellt ist, etwa aus
aufgeschäumten Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamid, Polyurethan,
ABS-Harz oder anderen Schaumstoffen, wobei die Antriebseinrichtung 12 im wesentlichen
in der Mitte der Membran angeordnet ist und ein Rahmen 13 zum Einspannen des Membranrandes
vorgesehen ist. Bei der in A b b. 3 dargestellten Ausführungsform sind um den Antriebsbereich
der Membran Verstärkungsrippen 14 hoher Festigkeit vorgesehen, die so leicht
wie möglich sind, während im Randbereich der Membran harzartiges Material mit einer
hohen inneren Dämpfung an den Stellen 15 angeordnet ist. Das Verstärkungsmaterial
besteht aus radialen Teilen, die sich um den Antriebsbereich herum erstrecken. Die
A b b. 4A, 4 B und 4 C zeigen drei Arten der Verstärkungsteile 14 um den
Antriebsbereich der Membran. A b b. 4A zeigt rippenförmige Verstärkungsteile
14' aus einem festen und leichten Material, das aus aufgeschäumtem Polystyrol,
Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamid, Polyurethan, ABS-Harz oder anderen Schaumstoffen
oder Mischungen derselben mit wärmehärtenden Harzen besteht, etwa mit Phenol, Epoxyd,
Polyester, Melamin, Harnstoff, Xylolharz od. dgl., wobei die Rippen an der einen
Oberfläche der Membran gebildet sind. Die rippenartigen Versteifungen 14' können
jedoch auch auf beiden Seiten der Membranoberfläche angeordnet sein. Wenn sie aus
dem gleichen Material bestehen wie die Membran selbst, lassen sie sich mit dieser
gemeinsam gießen oder formen.
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A b b. 4B zeigt filmartige Verstärkungsteile 14" aus Phenol, Epoxyd,
Polyester, Melamin, Harnstoff, Xylol oder ähnlichen wärmehärtenden Harzen, Aluminiumfolie,
Papier od. dgl., wobei diese Verstärkungsfilme auf beiden Seiten der Oberfläche
der Membran 11 angebracht sind. A b b. 4C zeigt Verstärkungsteile 14"', wobei
Phenol, Epoxydharz, Polyester, Melamin, Harnstoff, Xylol oder andere wärmehärtende
Harze in den Schaumstoff untergemischt sind. Zu diesem Zweck kann das wärmehärtende
Harz mit dem aufgeschäumten Harz vermischt werden, bevor die Membran geformt wird.
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Die A b b. 5A und 5B zeigen zwei Arten von harzartigen Dämpfungsteilen
15', etwa aus Vinylacetatharz, Acrylharz oder ähnlichen thermoplastischen Harzen,
die zu beiden Seiten der Oberfläche der Membran aufgebracht sind. A b b. 5 B zeigt
harzartiges Material 15", etwa Vinylacetatharz, Acrylharz oder ähnliche thermoplastische
Harze, die an den gewünschten Stellen des Randbereichs in das Material der Membran
11 untergemischt sind. Dies kann in gleicher Weise geschehen wie bei Abb.
4C.
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Obgleich das Verstärkungsmaterial um den Antriebsbereich der Membran
in radialen geraden Streifen um den Antriebsbereich angeordnet ist, kann es jedoch
auch gekrümmt verlaufen oder eine andere Gestalt aufweisen. Die Dämpfungsteile nach
Ab b. SA und 5B, die eine hohe innere Dämpfung aufweisen, können am Randbereich
der Membran als eine Folge diskontinuierlicher Bereiche oder auch kontinuierlich
um den Randbereich der Membran angeordnet sein.
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A b b. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Membran nach der
Erfindung, bei der der Antriebsbereich der Membran konisch gestaltet ist, um die
Abstrahlung der mittleren und höheren Frequenzen zu verbessern und das Auftreten
von Schwingungen zweiter Ordnung zu unterdrücken, wodurch die Ungleichmäßigkeit
des Frequenzganges bei tiefen Frequenzen verringert wird. Der in dieser Abbildung
dargestellte Lautsprecher umfaßt eine Membran 21, eine Antriebseinrichtung 22 und
einen Rahmen 23 zum Einspannen des Randbereichs der Membran. Der nähere Antriebsbereich
24 der Membran ist konisch gestaltet, so daB an dieser Stelle kein wärmehärtendes
Harz mehr aufgebracht werden muß und dadurch das Gewicht der Membran verringert
wird.
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Die A b b. 7 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung,
wobei der Antriebsbereich der Membran konisch gestaltet ist, während an der Oberfläche
der Membran diagonal verlaufende Rippen gebildet sind. Diese Ausführungsform umfaßt
eine Membran 31 in Gestalt eines ungleichseitigen Trapezoids, eine Antriebseinrichtung
32, die im wesentlichen im Massenmittelpunkt der Membran angeordnet ist, und einen
Befestigungsrahmen 33 zum Einspannen des Randbereiches der Membran, und zwar direkt
oder indirekt mit passender Nachgiebigkeit. Der Antriebsbereich ist in Form eines
Konus 35 ausgebildet, um die Steifigkeit des angetriebenen Teiles der Membran zwecks
Erhöhung der Abstrahlung der mittleren und höheren Frequenzen zu vergrößern. Außerdem
sind diagonal verlaufende Rippen 34 an der Membran vorgesehen, um die Schwingungen
dritter Ordnung zu unterdrücken. Die Rippen 34 können einstückig mit der Membran
31 geformt sein oder als getrennte Teile aus einem hochfesten Material hergestellt
und an der Membran befestigt sein. Die Rippen 34 müssen in einem ausreichenden Abstand
von dem Rahmen 33 liegen, um einen Anstieg der niedrigsten Resonanzfrequenz zu vermeiden.
Mit der Ausführungsform nach den A b b. 7 bis 9 lassen sich beispielsweise befriedigende
Ergebnisse mit folgender Dimensionierung erreichen:
| A = längste Parallelseite der Membran |
| = 900 nun; |
| B = Höhe der trapezoidförmigen Membran |
| = 650 nun; |
| C = Durchmesser des konischen Antriebsbereichs |
| = 300 mm; |
| D = Randbereich der Membran |
| = 40 bis 100 mm; |
| E = Höhe der Verstärkungsrippen |
| = 20 bis 50 mm; |
| F = Breite der Verstärkungsrippen |
| = 10 bis 20 mm. |
Diese Abmessungen lassen sich natürlich auf jeden Fall ändern.
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Die A b b. 10 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Lautsprechermembran
nach der Erfindung. Dabei ist das Auftreten einer extremen Resonanz auf der Membran
vermieden, so daß sich ein verhältnismäßig gleichmäßiger Frequenzgang ergibt d.
h., die äußerste Resonanz der Biegeschwingungen der Membran ist unterdrückt, wodurch
auch die Resonanz in gewünschtem Maß beein$ußt wird. Die Membran ist ovalförmig
gestaltet und weist gekrümmte, annähernd radial verlaufende Verstärkungsrippen auf,
so daß symmetrische Schwingungsformen der Membran unterdrückt sind und auch Stehwellen
auf ein Minimum herabgesetzt sind, selbst wenn derartige Schwingungen vorhanden
sind.
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Gemäß den A b b. 10 bis 12 umfaßt die Membran 41 eine Antriebseinrichtung
42 und ist an einem Rahmen 43 am Rande eingespannt. Sie weist ferner radiale
Verstärkungsrippen 44 und 44' auf. Die Antriebseinrichtung 42 ist
an einem Rahmen 45 festgemacht. Die Enden der Schwingspule sind an die Klemmen 46
geführt, und es sind Schrauben 47 zum Befestigen der Membran an dem Rahmen 43 vorgesehen
sowie Schraubenlöcher 48 zum Befestigen des Lautsprechers an einem Gehäuse od. dgl.
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Die Rippen 44 können in beliebiger Weise an der Membran 41 befestigt
sein, z. B. in einem Stück mit dieser geformt sein. Eine derartige einstückige Herstellung
läßt sich durch Gießen od. dgl. leicht ausführen, da die Rippen und die Membran
dann zugleich in einem einfachen Verfahren geformt werden. Die Rippen können auch
beispielsweise ausAluminiumfolie, Papier od. dgl. hergestellt und an der Membran
befestigt sein.
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Mit der Ausführungsform nach den Ab b. 10 bis 14 ergaben sich befriedigende
Eigenschaften mit der folgenden Dimensionierung: Membran 41
G = größte Länge
der Membran = 900 mm; H = kleinste Länge der Membran = 650 mm; I = Tiefe des gesamten
Lautsprechers = 130 mm.
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Rippen (44) M3 bis M7 = Breite der betreffenden Rippen = 20 mm.
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Rippe (44) Ml = Breite der Rippe = 30 nun. Krümmungsradien der Rippen
R1 = 150 mm R2 = 500 mm R3 = 100 mm R4 = 150 mm R5 = 130 mm RB = 400 mm R7 = 500
mm In A b b. 13 L = Dicke der Membran = 11 mm; J entspricht Ml = 30 mm; K = Höhe
der Rippe 44' = 30 mm; Rll = Krümmungsradius der Rippenflanken = 20 mm.
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In A b b. 14 L' = Dicke der Membran = 11 mm; J' =MzbisM7=20mm; K'
= Höhe der Rippen 44 = 30 mm; Rlz = Krümmung der Flanken der Rippen = 20 mm. Die
obengenannten Abmessungen lassen sich nach Belieben ändern, um das Auftreten von
bestimmten Schwingungsarten zu ändern.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Membranen weisen folgende Vorteile
auf: 1. Da die Festigkeit des angetriebenen Teiles der Membran erhöht ist, ist die
Abstrahlungswirkung bei den mittleren und höheren Frequenzen erhöht, so daß Schwingungen
zweiter Ordnung im wesentlichen unterdrückt sind.
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2. Da die Steifigkeit zum Rand der Membran hin allmählich abnimmt,
wird die Abstrahlungswirkung niedriger Frequenzen ebenfalls erhöht.
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3. die radialen Rippen der Membran erhöhen die Festigkeit derselben
in einer radialen Richtung um den Antriebsbereich, wodurch Resonanzen auf Grund
von Biegeschwingungen unterdrückt sind.
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4. Bei gekrümmter Ausbildung der Rippen ist die Festigkeit der Membran
auch teilweise in Umfangsrichtung erhöht, so daß dadurch die Resonanz auf Grund
von Biegeschwingungen weiter unterdrückt wird.
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5. Bei der Bemessung der Krümmungen der Rippen lassen sich die Biegeschwingungen
nach Belieben beeinflussen.
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6. Durch Ändern der Anzahl oder der Krümmung der radialen Rippen läßt
sich die Schwingungsart der Membran beeinflussen und die Ungleichmäßigkeit des Frequenzganges
nach Belieben einstellen.
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7. Da die am Rand der Membran verwendeten thermoplastischen Kunststoffe
eine hohe innere Dämpfung aufweisen, sind Reflexionen vom Randbereich herabgesetzt,
so daß die Ungleichmäßigkeit des Frequenzganges weiter verringert ist.