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| Druckkammersystem für elektrodynamische Lautsprecher |
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| Die Neuerung betrifft Druckkammerlautsprecher, die |
| nach dem elektrodynamischen Antriebsprinzip arbeiten. Bei |
diesen Lautsprechern arbeitet die Membran gegen einen Kompressionsraum, so daß das
Luftvolumen (entsprechend Membranoberfläche mal Membranhub) durch die Austrittsöffnung
des Kompressionsraumes herausgedrückt wird, wobei wegen des wesentlich kleineren
Querschnitts an der Austrittsöffnung das bewegte Luftvolumen einen erheblich größeren
Hub ausführen muß. Dieses führt zu einer Geschwindigkeitserhöhung der austretenden
Luftströmung. Auf Grund dieser Geschwindigkeitstransformation wird der akustische
Strahlungswiderstand des Lautsprechers erhöht, größenordnungsmäßig in erster Annäherung
um das Zahlenverhältnis von Antriebsmembranfläche zu Öffnungsfläche am Druckkammeraustritt.
Hierdurch erhöht sich um den gleichen Faktor die abgestrahlte akustische Leistung,
was gleichbedeutend mit einer beträchtlichen Wirkungsgraderhöhung des Lautsprechers
ist. Bei dem allgemein kleinen Wirkungsgrad aller übrigen Lautsprecher ist dies
ein wesentlicher Vorteil des Druckkammersystems.
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Trotz dieses besonderen Vorzugs werden Druckkeimmer-
| lautsprecher, insbesondere in Musikübertragungs-unu. nu. eren |
| .,', |
qualitativ hochwertigen elektroakustischen Anlagen verhiJItiiibmäßig wenig angewendet,
weil bei den technischen Ausführungen zusätzliche Effekte auftreten, die den erwähnten
Vorzug verkleinern oder sogar ganz aufheben. Die angenommenen Gesetzmäßigkeiten
in der Druckkammer sind nur dann voll gültig, wenn die Luft nicht kompressibel wäre,
also sich wie eine Flüssigkeit verhalten würde. Mit zunehmender Frequenz ist dies
jedoch immer weniger der Fall. Bei hohen Frequenzen schließlich erfolgt kaum noch
eine Geschwindigkeitstransformation, so daß der Wirkungsgrad wieder stark zurückgeht.
Dies macht sich umso mehr bemerkbar, je größer das im Druckkammerraum eingeschlossene
Luftvolumen ist. Es ist bekannt, aus diesem Grund das eingeschlossene Luftvolumen
so klein wie irgend möglich zu machen, weil dann durch den Membranhub ein so großer
Druckanstieg erfolgt, daß ein Abströmen zur Austrittsöffnung hin erzwungen wird.
Macht man andererseits den Druckkammerraum zu klein, dann entstehen bei der Strömung
so große Reibungsverluste an den Wandungen, daß der Wirkungsgrad wieder kleiner
wird.
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Es ist weiter bekannt, daß die Strömungsverhltnisse an der Austrittsöffnung
der Druckkammer eine besonders große Rolle spielen. So setzt man in die Austrittsöffnungen
Leitkörper von meist zwiebelförmiger Gestalt mit verschiedenen Schlitzanordnungen,
die einmal einen kleinen Öffnungsquerschnitt auf der Druckkammerseite und andererseits
allmählich
größer werdende Schlitze oder Räume für den Übergang
zum Mundstück der Austrittsöffnung aufweisen. Diese Schlitze werden außerdem meist
so dimensioniert, daß ein günstiger Übergang zu dem Schalltrichter entsteht, der
an der Austrittsöffnung angebracht wird.
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Gemäß der Neuerung werden die Probleme des Schallübergangs von der
Druckkammer zur Austrittsöffnung grundsätzlich anders gelöst. Es wurde erkannt,
daß durch die zwiebelförmigen oder sonstigen Einsätze an der Schallaustrittsöffnung
teilweise die laminare Strömung, die entlang der Druckkammerwand entsteht, in eine
turbulente Strömung unter bzw. zwischen den Einsatzkörpern übergeht. Hierbei kommt
es zu Frequenzeinbrüchen und Wirkungsgradverlusten, die die bisherige Ausführung
für qualitativ hohe Übertragungsansprüche in Bezug auf den Schalldruckverlauf ungeeignet
machen. Neuerungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die vorzugsweise
als Konvexkalotte ausgebildete Membran über der Schallaustrittsöffnung mit einem
Leitkörper in Form eines kegelförmigen Ansatzes versehen ist, der zweckmäßig aus
dem gleichen Material besteht wie die Membran und entweder nachträglich aufgesetzt
oder (bei dem üblichen Herstellungprinzip nach dem Schöpfverfahren) in einem Stück
mit der Membran hergestellt wird.
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Fig. 1 zeigt (etwa in doppeltem Maßstabe) ein Ausführungsbeispiel,
in welchem 1 die Antriebsschwingspule, 2 eine in Form einer Konvexkalotte ausgebildete
Membran und 3 den aufgesetzten kegelförmigen Leitkörper darstellen. 5 be-
| zeichnet die im Bereich des Ansatzes 3 kegelstumpfförmiG8 |
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Wandung des Druckkammerraumes und 4 die Schallaustrittsöffnung.
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Anstatt einer konvexen Membran könnte gegebenenfalls auch eine konkave
Membrane verwendet werden. Es ist auch von Einfluß, ob der Raum unter dem kegelförmigen
Aufsatz geschlossen oder offen ist, was einmal auf die Stabilität der Ganzen Membranform
und andererseits auf das Verhältnis von Gesamtmembranmasse zur Schwingspulenmasse
einwirkt, so daß sich hierdurch zusätzliche Abstimmöglichkeiten in Bezug auf den
Frequenzgang ergeben. In Fig. 2 und 3 ist die Konvexembrane 2 mit ihrem Ansatz 3
aus einem Stück hergestellt, wobei dieser Ansatz in Fig. 2 unten offen, in Fig.
3 geschlossen ist.
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Da Druckkammersysteme einen kleinen Durchmesser besitzen, ist es
bisher üblich, die Halterung bzw. Zentrierung der Membran außen anzuordnen, wie
es in Fig. 1 die Stelle 6 zeigt. Diese Einspannung beeinflußt aber die Druckvorgänge
in der Druckkammer, weil über dieses elastische Zwischenglied die Bewegung, die
an der Einspannstelle die Größe Null hat, allmählich übergeht in den Hub der Membran
(an der Verbindung dieser Zentrierung mit der Membran).
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Die Neuerung beseitigt diesen Nachteil, indem die Zentrierung vollständig
aus dem Druckkammerraum herausverlegt wird. Das wird dadurch gelöst, daß eine Membran
verVlendet wird, wie sie bei konusförmigen Membrankörpern der frei strahlenden Lautsprecher
an sich gebräuchlich ist und zwar
entweder mit sogenannter Außenzentrierung
oder mit Innenzentrierung.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Außenzentrierung 7,
während Fig. 3 ein entsprechendes Ausf@hrungsbeispiel mit Innenzentrierung 8 darstellt,
wobei die Zentrierung an einer Konusmembrane 9 vorgenommen ist, welche akustisch
nicht wesentlich wirksam ist, sondern vor allem als Träger für die auf sie aufgesetzte
Schallmembrane 2 dient. In beiden Ausführungen ist die in der Druckkammer wirksame
Schallmembran 2 als Konvexkörper ausgebildet. Es wäre gegebenenfalls auch
eine Konkavform möglich. Als Halterung der ; ; Membran der Druckkammer ist jetzt
nur ein einfaches Gelenk 6'erforderlich, wodurch die Schwierigkeiten der früheren
Ausführung v/eitehend beseitigt sind.
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Als weiterer Vorzug der Ausführungen nach Fig. 2 und 3 ergibt sich,
daß der ganze Membrankörper eine außerordentliche Steifigkeit besitzt. Diese ist
bei Druckkammersystemen von besonderer Bedeutung, weil beim Kompressionshub der
Druck in der Kammer dazu führen kann, daß eine weniger steife Membran nachgibt und
sich durchdrückt. Hierdurch wird jedoch das Druckkammerprinzip unwirksam. Insbesondere
ist dieser Effekt bei bestimmten Requenzen feststellbar.
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Es ist auch von Einfluß, an welcher Stelle der Konusmembran bei der
Ausführung Fig. 2 und 3 die Konvexkalotte 2 an der Trägermembrane 9 befestigt wird.
In der Nähe der Schwingspule befestigt, ergibt sich eine Bevorzugung der
hohen
Frequenzen, während bei der dargestellten Befestigung im oberen Drittel des Konus
9 eine Verschiebung nach den tieferen Frequenzen hin erfolgt.
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Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen die Ausbildung von Druckkammerlautsprechern,
welche gegenüber den bisherigen Ausführungen neben einem hohen Wirkungsgrad einen
großen Frequenzumfang und günstige gleichmäßige Übertragungseigenschaften über ein
weites Frequenzband hinweg besitzen. Diese Maßnahmen brauchen nicht gemeinsam angewendet
zu werden, son-
| dern sind auch bei getrennter Anordnung von Vorteile |
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