DE19626236A1 - Druckkammertreiber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkammertreiber der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Druckkammertreiber der betreffenden Art sind allgemein bekannt. Sie dienen zur Wiedergabe insbesondere von hohen Tönen und weisen eine in einem ringförmigen Luftspalt eines Magnetsystems bewegliche Schwingspule auf, die eine Membran antreibt. Die Membran ist bei diesen bekannten Druckkammer­ treibern kalottenförmig ausgebildet und erstreckt sich zwi­ schen Stirnrändern der Schwingspule. Gegenüber der Innenseite der kalottenförmigen Membran verläuft mit Abstand eine kom­ plementär zu der Membran ausgebildete Oberfläche eines festen Körpers, durch den sich strahlenförmig Kanäle von verschiede­ nen Stellen der Druckkammer zu einem zentralen Schallaus­ trittskanal hin erstrecken. Da die genannten Kanäle aufgrund ihrer Länge die Phasenlage des in der Schallaustrittsöffnung ankommenden Schalls bestimmen, wird der die Kanäle aufweisen­ de feste Körper häufig als "phasing plug" bezeichnet. Die Schwingspule und damit auch die Membran sind durch innerhalb und außerhalb der Schwingspule sich erstreckende Sickenteile in ihrer Bewegung geführt.

Bei derartigen bekannten Druckkammertreibern muß die ka­ lottenförmige Membran eine hohe mechanische Stabilität haben, damit die durch die Drücke in der Druckkammer auftretenden Verformungen gering bleiben. Diese hohe mechanische Stabili­ tät wird häufig durch Einsatz von Metallfolien oder Kunst­ stoffen mit größerer Materialdicke erreicht. Dadurch erhöht sich aber die Masse der Membran, so daß zu ihrem Antrieb eine höhere Leistung erforderlich ist, was den Wirkungsgrad er­ niedrigt. Dies gilt insbesondere für höhere Frequenzen. Ist die Membran dagegen leichter, was nur durch geringere Dicke oder leichteres Material zu erreichen ist, so ist sie auch regelmäßig weniger steif, so daß sich insbesondere bei der Wiedergabe hoher Frequenzen Verformungen ergeben, die Verzer­ rungen zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkam­ mertreiber der betreffenden Art zu schaffen, der die geschil­ derten Nachteile nicht aufweist, der also einen besseren Wir­ kungsgrad hat, insbesondere höhere Frequenzen besser und ver­ zerrungsfreier wiedergibt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, die Membran nicht mehr im Bereich zwischen den Stirnkanten der Schwing­ spule anzuordnen, sondern nur noch im Bereich der Stirnkanten der Schwingspulen, wodurch sich eine Ringform der Membran ergibt. Dadurch liegen alle Teile der Membran in der maximal möglichen Nähe zur Schwingspule, wobei gleichzeitig die im spulennahen Bereich liegende, wirksame Fläche der Membran im Verhältnis zu ihrer Masse groß ist. Wegen der relativ verrin­ gerten Masse ist die zum Antrieb der Membran benötigte Lei­ stung geringer. Die Eigenresonanz ist erhöht, und die Wieder­ gabe insbesondere der hohen Frequenzen ist verbessert. Wegen der verringerten Flächenausdehnung ist die Gefahr des Ent­ stehens von Partialschwingungen in der Membran verringert, so daß damit auch Verzerrungen verringert sind. Aufgrund der verringerten Masse sind auch Ein- und Ausschwingvorgänge ver­ bessert.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Membran im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist, wobei die Spitze des Vs mit der Schwingspule verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine räumliche Aussteifung der Membran, wodurch die Masse der Membran verringert, die zum Antrieb erforderli­ che Leistung ebenfalls verringert und die Eigenschaft bezüg­ lich der Bildung von Partialschwingungen der Membran und die Wiedergabetreue insbesondere bei hohen Frequenzen verbessert wird.

Eine zweckmäßige Weiterbildung dieser Ausführungsform der Membran besteht darin, daß die Schenkel der Membran zu dem von ihnen eingeschlossenen spitzen Winkel hin gewölbt sind. Dadurch wird die räumliche Aussteifung weiter verbessert.

Grundsätzlich ist es möglich, die Membran über Sicken­ teile zu führen und zentrieren. Derartige Sickenteile bringen aber die Gefahr der Bildung von Partialschwingungen mit sich. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht zur Ver­ meidung dieses Nachteils darin, daß die Ränder der Schenkel der im Querschnitt V-förmigen Membran unmittelbar eingespannt sind und daß die Membran aus einem wenigstens im Bereich der Einspannung biegsamen Material besteht. Aufgrund der großen Formsteifigkeit der Membran ist eine so wirksame Bewegung jedenfalls des zentralen Teils der Membran im Bereich der Schwingspule durch diese gegeben, daß dadurch auch größere Kräfte aufgrund der unmittelbaren Einspannung der Ränder der Membran überwunden werden können. Diese Kräfte sind aller­ dings dadurch verringert, daß die Membran wenigstens im Ein­ spannbereich aus einem biegsamen Material besteht.

Im Falle der im Querschnitt V-förmigen Ausbildung der Membran besteht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung darin, daß eine Wandung der Druckkammer-, die der Membran auf der der Schwingspule abgewandten Seite gegenüberliegt, kom­ plementär V-förmig zu der Membran ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich ein sehr geringes Volumen der Druckkammer, so daß sich die Kompressibilität der darin befindlichen Luft weniger nachteilig auswirkt.

Bei allen vorgenannten Weiterbildungen der Erfindung ist es zweckmäßig, daß von der Druckkammer aus einem Bereich ge­ genüber der Schwingspule gleichmäßig verteilt einzelne Kanäle gleicher Länge oder ein rotationssymmetrischer Kanal zu einem zentralen Schallaustrittskanal führen. Da die ringförmige Druckkammer an allen Stellen gleichen Abstand von dem zen­ tralen Schallaustrittskanal hat, läßt sich die gleiche Länge der einzelnen Kanäle in einfacher Weise realisieren, wobei eine besonders günstige Form der Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Schallaustrittskanal durch die rotations­ symmetrische Ausbildung des verbindenden Kanals gegeben ist. Durch die Rotationssymmetrie ergibt sich ein über den Umfang erstreckender Spalt zwischen der Druckkammer und dem Schall­ austrittskanal. Damit ist die Druckkammer an allen Stellen in gleicher Form mit dem Schallaustrittskanal verbunden, so daß sich keine Laufzeitdifferenzen und damit auch keine Beein­ trächtigungen der naturgetreuen Wiedergabe von Schall erge­ ben.

Zweckmäßigerweise münden die einzelnen, die Druckkammer mit dem Schallaustrittskanal verbindenden Kanäle bzw. der rotationssymmetrische Kanal im Bereich eines Bodens des sack­ förmig ausgebildeten Schallaustrittskanals, wobei es beson­ ders zweckmäßig ist, daß der Boden des Schallaustrittskanals erhaben, insbesondere kegelig ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine günstige Phasenanpassung zwischen den Kanälen und dem Schallaustrittskanal.

Ist erfindungsgemäß die Schwingspule im Querschnitt V-förmig ausgebildet, wobei die Schwingspule an der Spitze des Vs angreift, so ergibt sich insgesamt eine bezüglich dieser Konfiguration symmetrische Ausbildung, so daß beim Antrieb durch die Schwingspule seitliche Auslenkungen der Membran und auch der Schwingspule vermieden sind. Um dabei auch der Schwingspule ein Höchstmaß an Symmetrie in bezug zu der Kom­ bination von Schwingspule und V-förmiger Membran zu geben, ist es zweckmäßig, auch die Schwingspule im Bereich ihrer Wicklung symmetrisch auszubilden. Dies wird gemäß einer Wei­ terbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schwing­ spule einen Spulenkörper aufweist und der Draht der Schwing­ spule zum Teil auf der Innenseite und zum Teil auf der Außen­ seite des Spulenkörpers angeordnet ist. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Kühlung verbessert und die Abhängigkeit von den unterschiedlichen Temperaturausdehnungen der Schwingspulenmaterialien verringert ist.

Gemäß einer sehr zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist in Abstrahlrichtung vor der Membran eine Trennwand vor­ gesehen, in der sich in Umfangsrichtung nebeneinander ange­ ordnete radiale Schlitze befinden. Durch diese Trennwand mit den Schlitzen ist praktisch eine akustische Linse gebildet, die den Zweck hat, den Schall von allen Membranteilen bis zum Ausgang des Druckkammertreibers und damit bis zum Eingang eines angeschlossenen Horns mit minimalem Verlust zu führen. Es wird eine flache akustische Welle geformt, die sich bis zum Horneingang fortsetzt. Außerdem ist durch die akustische Linse die akustische Transformation Membran/Luft verbessert und somit eine optimale Membranauslastung gesichert. Durch die vielen Radialschlitze, die Durchlaßkanäle für den Strahl bilden, ergeben sich auch minimale Wellenverluste.

In der Kammer bzw. dem Hohlraum vor der akustischen Linse werden die einzelnen Teile des von der Membran erzeugten Schalls phasengerecht summiert und somit flache Wellen ge­ formt. Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Schlitze über die gesamte radiale Ausdehnung der Membran.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung dieser Ausführungs­ form der Erfindung genügt die Breite d der Schlitze der Formel

wobei λ die Wellenlänge des übertragenen Schalls ist. Die Breite der Schlitze kann dabei auch kleiner als dieser Wert sein. Bei diesen Werten wird bewirkt, daß sich eine flache Schallwelle ausbreitet. In bezug auf eine solche flache Schallwelle läßt es sich in dem Übertragungskanal zu dem Aus­ gang des Druckkammertreibers in einfacher Weise sicherstel­ len, daß der Weg jedes aus einem Schlitz austretenden Schalls zu dem Ausgang des Druckkammertreibers gleich ist, so daß dort die einzelnen Schallwellenteile phasengerecht zusammen­ laufen, so daß sich nur minimale Verluste ergeben.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt geschnitten in prinzipieller Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 zeigt in geringfügig anderer und vergrößerter Darstellungsweise den linken Teil von Fig. 1 ergänzt gemäß einer Abwandlung der Erfindung und

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Druckkammertreiber mit einem Magnet­ system 1, in dessen Luftspalt 2 eine Schwingspule 3 beweglich angeordnet ist, deren eine Stirnkante mit einer Spitze 4 ei­ ner V-förmig ausgebildeten Membran 5 verbunden ist, die mit ihren äußeren biegsamen Rändern 6 und 7 fest mit der Innen­ wandung eines äußeren Ringes 8 und der Außenwandung eines inneren Ringes 9 verbunden sind.

Zwischen der Membran 5 und einer komplementär dazu ausge­ bildeten Wandung 10 eines Körpers 11 ist eine ebenfalls V-förmige Druckkammer 12 gebildet, die im Bereich der Spitze des Vs über einen rotationssymmetrischen Kanal 13, der prak­ tisch einen sich über den gesamten Umfang erstreckenden Spalt bildet, mit einem Schallaustrittskanal 14 verbunden ist, des­ sen Boden 15 kegelförmig ausgebildet ist.

Bei Speisung der Schwingspule 3 bewegt diese die Membran 5 vorzugsweise im mittleren Bereich der ringförmigen Druck­ kammer 12, so daß die in der Druckkammer 12 gebildeten Druck­ schwingungen über den spaltförmigen Kanal 13 in den Bereich des kegelförmigen Bodens 15 des sackförmig ausgebildeten Schallaustrittskanals 14 übertragen werden.

Fig. 2 und 3 dienen der Verdeutlichung einer Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Dabei ist Fig. 2 ein ver­ größerter Teilschnitt der linken Hälfte der Fig. 1 in etwas veränderter Darstellungsweise. Gleiche oder sich entsprechen­ de Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Ab­ wandlung besteht darin, daß in Abstrahlrichtung vor der Mem­ bran 5 eine Trennwand 16 vorgesehen ist, die den Raum vor der Membran dicht abschließt, jedoch radiale Schlitze aufweist. Fig. 3 zeigt die Trennwand 3 aus Fig. 2 in Einzeldarstellung, teilweise weggeschnitten, so daß radiale Schlitze 17 deutlich erkennbar sind, die Durchlässe für den von der Membran 5 ab­ gegebenen Schall darstellen. Die Schlitze 17 sind in Umfangs­ richtung dicht nebeneinander angeordnet. Somit ist insgesamt eine akustische Linse gebildet, die für die Bildung einer ebenen Schallwelle sorgt, welche sich dann bis zum Schallaus­ trittskanal 14 fortsetzt. Der Kanal 13 ist trapezförmig aus­ gebildet und weist geneigte Flächen 17 und 18 auf. Durch ge­ strichelte Linien S₀, S₁ und S₂ ist verdeutlicht, daß aus den Schlitzen 17 austretende Schallanteile an den geneigten Flä­ chen 17 und 18 umgelenkt werden und im Ergebnis bis zum Ein­ tritt in den Schallaustrittskanal 14 gleiche Wege durchlau­ fen. Für die andere Hälfte des dargestellten Druckkammersy­ stems gilt natürlich das gleiche. Damit ergibt sich am Fuß des Schallaustrittskanals 14 eine ebene Schallwelle, die sich dann auch eben bis zur Mündung des Schallaustrittskanals 14 fortsetzt. Dadurch ergibt sich eine wirksame Abstrahlung im Verhältnis zu der von der Membran 5 aufgebrachten Leistung.

Claims (14)

1. Druckkammertreiber,

• - mit einer in einem ringförmigen Luftspalt eines Magnetsystems beweglichen Schwingspule und
• - mit einer von der Schwingspule angetriebenen Membran,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (5) und die Druckkammer (12) ring­ förmig ausgebildet sind und
daß die Druckkammer (12) über ihren Umfang mit einem zentralen Schallaustrittskanal (14) in Verbindung steht.

2. Druckkammertreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Membran (5) im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist und daß die Spitze (4) des Vs mit der Schwingspule (3) verbunden ist.

3. Druckkammertreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schenkel der Membran (5) zu dem von ihnen einge­ schlossenen spitzen Winkel hin gewölbt sind.

4. Druckkammertreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ränder (6, 7) der Schenkel der im Querschnitt V-förmigen Membran (5) unmittelbar eingespannt sind und daß die Membran (5) aus einem wenigstens im Bereich der Einspannung biegsamen Material besteht.

5. Druckkammertreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wandung (10) der Druckkammer (12), die der Mem­ bran (5) auf der der Schwingspule (3) abgewandten Seite ge­ genüberliegt, komplementär V-förmig zu der Membran (5) ausge­ bildet ist.

6. Druckkammertreiber nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß von der Druckkammer (12) aus einem Bereich gegenüber der Schwingspule (3) gleichmäßig ver­ teilt einzelne Kanäle gleicher Länge oder ein rotationssymme­ trischer Kanal (13) zu einem zentralen Schallaustrittskanal (14) führen.

7. Druckkammertreiber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kanäle bzw. der rotationssymmetrische Kanal (13) im Bereich eines Bodens (15) des sackförmig ausgebildeten Schallaustrittskanals (14) münden.

8. Druckkammertreiber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Boden (15) des Schallaustrittskanals (14) erha­ ben, insbesondere kegelig ausgebildet ist.

9. Druckkammertreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schwingspule (3) einen Spulenkörper aufweist und daß der Draht der Schwingspule (3) zum Teil auf der Innensei­ te und zum Teil auf der Außenseite des Spulenkörpers angeord­ net ist.

10. Druckkammertreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in Abstrahlrichtung vor der Membran (5) eine Trenn­ wand (16) vorgesehen ist, in der sich in Umfangsrichtung ne­ beneinander angeordnete radiale Schlitze (17) befinden.

11. Druckkammertreiber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Schlitze (17) über die gesamte radiale Aus­ dehnung der Membran erstrecken.

12. Druckkammertreiber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Breite d der Schlitze (17) der Formel entspricht, worin λ die Wellenlänge des übertragenen Schalls ist.

13. Druckkammertreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (13) von der Membran (5) zum Fuß des Schallaustrittskanals (14) trapezförmig ist, derart, daß alle aus den Schlitzen (17) austretenden Schallanteile den glei­ chen Laufweg haben.