-
Technisches
Gebiet
-
Die Erfindung befaßt sich
mit der Anordnung von Antriebssystemen bei Schallwiedergabeanordnungen,
die nach dein Biegewellenprinzip arbeiten.
-
Beispielsweise aus der
DE 3907540 A1 sind sind
Schallwiedergabeanordnungen mit Piezoantrieb bekannt, die nach dein
Biegewellenprinzip arbeiten. Derartige Anordnungen werden im wesentlichen
von einem Paneel und wenigstens einem Antriebssystem gebildet, wobei
das Paneel in Schwingungen versetzt wird, wenn dein oder den Antriebssystem(en)
Tonsignale zugeführt
werden. Charakteristisch für
solche Schallwiedergabeanordnungen ist, daß ab einer kritischen unteren
Grenzfrequenz eine "Biegewellenabstrahlung" möglich wird,
wobei die Biegewellen entlang der Ebene des jeweiligen Paneels zu
einer Schallabstrahlung mit frequenzabhängiger Richtung führen. Mit
anderen Worten, ein Schnitt durch ein erstelltes Richtdiagramm zeigt
eine Hauptkeule, deren Richtung frequenzabhängig ist. Diese Verhältnisse sind
für unendlich
ausgedehnte Platten und Absorberplatten vollständig gültig, während die Verhältnisse
für die
in dieser Anmeldung behandelten Multiresonanzplatten wegen der starken
Randreflexe deutlich komplexer sind. Diese Komplexität bei Multiresonanzplatten
rührt daher,
daß die
genannte Hauptkeule mit frequenzabhängiger Richtung von einer Mehrzahl
weiter solcher Hauptkeulen überlagert
wird, so daß ein
stark aufgefächertes
Richtdiagramm entsteht, welches außerdem sehr frequenzabhängig ist. Den
hier behandelten Multiresonanzplatten und den Absorberplatten ist
aber gemein, daß ihre
Richtdiagramme im Mittel eher von der Mittelsenkrechten wegweisen.
Dieses Verhalten bewirkt, daß der
Raum stärker
in die Projektion der Schallwellen einbezogen wird.
-
Das Paneel ist nach dein Sandwich-Prinzip aufgebaut,
indem zwei einander gegenüberliegende Oberflächen einer
sehr leichten Kernschicht jeweils mit einer dünnen Deckschicht beispielsweise
durch Verklebung verbunden sind. Damit das Paneel gute Schallwiedergabeeigenschaften
aufweist, muß das Material
für die
Deckschicht eine besonders hohe Dehnwellengeschwindigkeit haben.
Geeignete Deckschichtmaterialien sind beispielsweise dünne Metallfolien
oder auch faserverstärkte
Kunststoffolien.
-
Auch an die Kenrschicht werden besondere Anforderungen
gestellt. So ist es notwendig, daß die einsetzbaren Materialien
zunächst
eine geringe Massendichte und eine geringe Dämpfung aufweisen. Außerdem müssen die
Materialien für
die Kernschicht ein möglichst
hohes Schermodul senkrecht zu den Oberflächen haben, die mit den Deckschichten
versehen werden. Schließlich
ist es iin Sinne einer Hauptforderung notwendig, daß die für Kernschichten
verwendbaren Materialien in der Richtung, in welcher später die
jeweils aus diesem Material gebildete Kernschicht ihre größte Ausdehnung
hat, einem sehr geringen Elastizitätsmodul besitzen. Diese in
bezug auf die beiden letzten Anforderungen auf den ersten Blick
widersprüchlichen
Voraussetzungen werden am ehesten von einer Kernschicht erfüllt, die eine
Lochstruktur mit zwischen den beiden für die Beschichtung mit den
Deckschichten vorgesehenen Oberflächen verlaufenden Durchbrüchen mit
vorzugsweise geringem Querschnitt aufweist. Neben den Kernschichten
mit der Lochstruktur sind auch Hartschäume als Kernschichtmaterialien
einsetzbar, weil diese trotz ihrer isotropen Materialeigenschaften immer
noch geeignete Scher- und Elastizitätsmodule aufweisen. Nicht unerwähnt soll
in diesem Zusammenhang bleiben, daß bei der Verwendung von Hartschäumen als
Material für
die Kernschicht die Deckschichten die Aufgabe haben, das geforderte
anisotrope Verhalten des Paneels herzustellen.
-
Um mittels eines oben beschriebenen
Paneels Schallwellen abzustrahlen ist es notwendig, das Paneel mit
einem Antriebssystem zu verbinden, welches darin das Paneel senkrecht
zur Ebene der Decksichten wellenförmig verformt. Um dies zu realisieren
werden anstelle von Piezoantrieben häufig auch Magnetsysteme verwendet,
die auch zum Antrieb von herkömmlichen
Lautsprechen verwendet werden. Damit diese Antriebssysteme auch
die zur Abstrahlung von Biegewellen notwendige Verformung des Paneels
herbeiführen,
werden die Antriebssysteme überlicherweise
mit einem entsprechenden Gegenlager versehen. Dieses Gegenlager kann
beispielsweise von einer Stützstruktur
gebildet werden, die im Abstand zu einer der beiden Deckfolien angeordnet
ist und das Antriebssystem aufnimmt. Abgesehen davon, daß eine solche
Stützstruktur nicht
nur die Bautiefe und das Gewicht solcher Anordnungen erhöht, bedingen
solche Stützstrukturen auch
einen nicht unerheblichen Herstellungsaufwand. Deshalb ist man dazu übergegangen,
die als Gegenlager für
die Antriebssysteme wirkenden Stützstrukturen
direkt mit dem Paneel zu verbinden. Nachteilig ist dabei jedoch,
daß die
mit dem Paneel verbundenen Stützstrukturen
die Generierung von Biegewellen im Paneel behindern und zu einer
verzerrten Tonwiedergabe führen.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Vergleich
zum reinen Antriebssystem derartige Stützstrukturen wegen der notwendigen
Befestigung mit dem Paneel größere, sich
in Richtung der größten Ausdehnung
des Paneels erstreckende Bereiche versteifen. Außerdem ist bei solchen Stützstrukturen
nachteilig, daß diese
nicht die Eigenschaften erfüllen,
welche für
die Deckschichten und die Kernschicht gültig sind.
-
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde eine Schallwiedergabeanordnung anzugeben, welche die Nachteile
gemäß dem Stand
der Technik beseitigt.
-
Darstellung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch
1 angegebenen Merkmalskombination gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
der Erfindung sind den Ansprüchen
2 bis 5 entnehmbar.
-
Grundlegende Idee der Erfindung ist
es, das Paneel mit einer Ausnehmung zu versehen und in dieser Ausnehmung
das Antriebssystem anzuordnen. Wird die Schallwiedergabeanordnung
in dieser Weise ausgebildet, kann die Kernschicht selbst als Gegenlager
für Teile
des Antriebssystems verwendet. Dies hat neben dem Vorteil der Gewichts-
und Bautiefeneinsparung den auch den Vorteil, daß durch die völlig Integration
von Antriebssystemen innerhalb des Paneel beide mit den Deckschichten
versehenen Oberflächen
einheitlich gestaltet werden können.
Außerdem
können
Paneels, bei welchen die Antriebssysteme vollständig im Paneel integriert sind
bzw. von der oder den Deckschichten gegenüber der Umwelt separiert sind,
auch problemlos in schmutz- oder feuchtigkeitsbelasteten Räumen eingesetzt
werden. Schließlich
bewirkt die durch die Ausnehmung herbeigeführte Schwächung des Paneels auch für eine besonders
gute Einprägung
von Biegewellen in das Paneel, so daß die zur Erzeugung von Biegewelle
erforderliche Leistung reduziert bzw. bei gleicher Leistung ein
für die
Tieftonwiedergabe erforderliches Schwingverhalten des Paneels herbeigeführt werden kann,
wobei das Antriebssystem von wenigstens einem Dauermagneten, einem
Schwingspulenträger und
einer Schwingspule gebildet ist.
-
Der Aufbau einer Schallwiedergabeanordnung
ist dann besonders einfach, wenn gemäß Anspruch 2 die Kernschicht
eine Wabenstruktur hat, bei der jede Wabe von einer Mehrzahl seitlich
verbundener und sich zwischen den beiden Deckschichten erstreckender
Wandungen gebildet ist. In diesem Fall ist des möglich, die durch die Erstellung
der Ausnehmung in der Kernschicht freigelegten Wandungen einer oder
einer Mehrzahl von Waben als Schwingspulenträger zu verwenden. Schon an
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Ausnutzung der Kerschicht
als Schwingspulenträger
nicht nur auf die Wabenstruktur beschränkt ist. Vielmehr sind auch
die Wandungen von die Kernschicht bildenden Kreis- oder Vieleckstrukturen
sowie die Wandungen, welche durch die Ausbildung einer Ausnehmung
in einer Kernschicht aus Hartschaum entstehen, in gleicher Weise
nutzbar.
-
Der Aufbau vereinfacht sich weiter,
wenn gemäß Anspruch
3 der oder die Dauermagnete direkt oder mittels von Halterungen
mit der Kernschicht verbunden sind und die Bereiche der Kernschicht,
welche mit dem oder den Dauermagnet bzw. den Halterungen in direkter
körperlicher
Verbindung stehen, einen Durchmesser D 1 haben, welcher größer ist
als der Durchmesser D2 der Schwingspule. Schon an dieser Stelle
sei darauf hingewiesen, daß die
Relation zwischen den beiden Durchmessern D 1 und D2 für die Abstimmung
des Paneels entscheidende Bedeutung hat. Insbesondere sind dabei
Modifikationen des Durchmnessers D2 beachtlich, weil diese Impdanzänderungen
und somit auch Beeinflussungen der Modialamplituden zur Folge haben.
-
Um eine besonders gute Krafteinprägung in das
Paneel zu erreichen, sollte gemäß Anspruch
4 der Boden der Ausnehmung mit einer Druckplatte ausgestattet sein.
-
Um die Krafteinprägung in das Paneel zu verbessern,
sollten gemäß Anspruch
5 zumindest die Waben, welche axial und radial unmittelbar an die Ausnehmung
angrenzen, mit einem Kunststoffmaterial ausgeschäumt sein.
-
Kurze Darstellung der Figuren
-
Es zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch ein Paneel;
-
2 einen
Schnitt durch ein weiteres Paneel;
-
3 einen
Schnitt durch ein weiteres Paneel; und
-
4 eine
Schnitt durch ein weiteres Paneel.
-
Die Erfindung soll nun anhand der
Figuren näher
erläutert
werden.
-
In 1 ist
ein Ausschnitt eines Paneels 10 im Seitenschnitt gezeigt.
Dieses Paneel 10 wird von einer Kernschicht 11,
einer oberen Deckschicht 12.1 und einer unteren Deckschicht 12.2 gebildet.
Dabei sind die beiden Deckschichten 12 mit einander gegenüberliegenden
Seiten der Kernschicht 11 verbunden. Wie in sämtlichen
anderen Ausführungsbeispielen
weist auch in diesem Ausführungsbeispiel
die Kernschicht 11 eine Wabenstruktur, wobei jede dieser
Waben 13 einen sechseckigen Querschnitt hat. Die jeweiligen
Waben 13 bildenden und seitlich miteinander verbundenen
Wandungen 14 verlaufen zwischen den beiden Deckschichten 12.
Nur der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, daß sämtliche in dieser Anmeldung
gezeigten Ausführungsbeispiele
auch für
Kernschichten 11 Gültigkeit
haben, die aus einem Hartschaum gebildet sind.
-
An der Seite der Kernschicht 11,
welche mit der unteren Deckschicht 12.2 verbunden ist,
ist eine Ausnehmung 15 eingefräst. In diese Ausnehmung 15 ist
ein Antriebssystem 16 eingesetzt. Dieses Antriebssystem 16 wird
von einer sogenannten Rückschlußanordnung 17.1- 17.4,
einem Dauermagneten 18 und einer mit einer Schwingspule 19 versehenen Schwingspulenträger 20 gebildet.
Dabei bilden die Teile der Rückschlußanordnung 17.1- 17.3 einem Rückschlußtopf. Der
Dauermagnet 18 und das Teil 17.4 sind in den aus
den Teilen 17.1-17-3 gebildeten Rückschlußtopf eingesetzt.
Ferner ist in der Einheit aus Dauermagnet 18 und den Teilen
der Rückschlußanordnung 17.1- 17.4 ein
Luftspalt 21 belassen, in welchen der mit der Schwingspule 19 versehene Schwingspulenträger 20 eintaucht.
Außerdem
ist eine Halterung 22 vorhanden, welche mit dem Teil 17.2 der
Rückschlußanordnung
und der Kernschicht 11 verbunden ist.
-
Daß die Halterung 22 -wie
in 1 gezeigt- mit der
unteren Deckschicht 12.2 abgedeckt ist, ist für die Funktion
der Schallwiedergabeanordung 10 nicht notwendig. Wird die
untere Deckschicht 12.2 in einen anderen -nicht dargestellten-
Ausführungsbeispiel
im Bereich die Halterung 22 weggelassen, kann sie, wenn
sie eine gute Wärmeleitfähigkeit
besitzt, auch als Kühlplatte
für das
Antriebssystem 16 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck kann
die als Kühlplatte wirkende
Haltening 22 auch mit Kühlrippen
(nicht gezeigt) versehen sein.
-
Wie der 1 durch die Punktierung weiter entnehmbar
ist, sind die axial und radial unmittelbar an die Ausnehmung anschießenden Waben 13.1- 13.5 mit
einem Kunststoffmaterial ausgeschäumt. Hierdurch wird die Stabilität der Anordnung
im Bereich des Antriebssystems 16 verbessert. Außerdem wird
durch das Ausschäumen
der Waben 13.2 und 13.4 eine gute Krafteinleitung
sichergestellt, da der Schwingspulenträger 20 im Bereich
dieser Waben 13.2 und 13.4 an die Kernschicht 11 angekoppelt
ist. Nur der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, daß der Boden 23 der
Ausnehmung 15, auch wenn die Waben 13.2 und 13.4 ausgeschäumt sind, in
einem anderen -nicht dargestellten- Ausführungsbeispiel auch noch mit
einer Druckplatte 25 ausgestattet sein kann.
-
2 zeigt
einen gegenüber 1 stark vereinfachten Aufbau
einer Schallwiedergabeanordnung 10. In diesem Ausführungsbeispiel
wird das in die Ausnehmung 15 eingesetzte Antriebssystem 16 lediglich
von einem kreisringförmigen
Dauermagneten 18 und einer Schwingspule 19 gebildet.
Der Dauermagnet 18, welcher im Gegensatz zum Dauermagneten 18 gemäß 1 radial zur gezeigten Mittellinie magnetisiert
ist, ist direkt mit der Kernschicht 11 verbunden. Die Schwingspule 19 ist
zur Einsparung eines Schwingspulenträgers (20) direkt mit
den bei der Erstellung der Ausnehmung 21 nicht weggefrästen (Außen-) Wandung 14 der
Wabe 13.3 verbunden und taucht zusammen mit den Wandungen 14 der
Wabe 13.3 in die Aussparung 21.1 des kreisringförmigen Dauermagneten 18 ein.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel
sind aus Gründen
der Stabilität
die Waben 13.2 – 13.4 mit
Kunststoffmaterial (punktiert dargestellt) ausgeschäumt. Um
eine Beschädigung
der unteren Deckschicht 12.2 während des Betriebs des Paneels 10 zu
verhindern, kann des weiteren die untere Deckschicht 12.2 gegenüber dem
Boden 23 der Ausnehmung 15 mittels eines Zwischenstücks 11' abgestützt sein,
wobei dieses Zwischenstück 11' auch von der
Kernschicht 11 gebildet sein kam.
-
Um eine besonders gute Krafteinprägung in die
Kernschicht 11 bzw. das Paneel zu erhalten, haben die dein
Schwingspulenträger 20 in
radialer Richtung nächsten
und mit dem Dauermagneten 18 verbunden Bereiche der Kernschicht 11 einen
Durchmesser D1, welcher in diesem Ausfühningsbeispiel dem 2-fachen
Durchmesser D2 des Schwingspulenträgers 20 bzw. der Schwingspule 19 entspricht.
-
In 3 ist
eine Schallwiedergabeanordnung 10 gezeigt, bei welcher
in der Ausnehmung 15 ein piezoelelektrisches Antriebssystem 16' angeordnet
ist. Das Antriebssystem 16' wird
von einer Scheibe 24 aus piezoelektrischem Material, einer
Druckplatte 25 und einer seismischen Masse 26 gebildet. Dabei ist
die Druckplatte 25 direkt mit dem Boden 23 der
Ausnehmung 15 verbunden. An die der oberen Deckschicht 12.1 abgewandten
Seite der Druckplatte 25 schließt die Scheibe 24 aus
piezoelektrischem Material an. Die seismische Masse 26 ist
mit der Druckplatte 25 abgewandten Seite der Scheibe 24 verbunden.
-
Ob dabei die Scheibe 24 als
sogenannter Biege- oder Dickenschwinger ausgebildet ist, ist für die hier
in Rede stehenden Schallwiedergabeanordnungen ohne Bedeutung, wenngleich
die sogenannten Biegeschwinger neben dem geringeren Gewicht und
einer größeren Amplitude
auch impedanzmäßig viel
besser an die hier maßgebliche
Anwendung angepaßt
sind.
-
Abweichend zu den übrigen Ausführungsformen
ist bei der Ausführungsform
gemäß 3 lediglich die Wabe 13.2.
ausgeschäumt
(angedeutet durch die Punktierung).
-
Nur der Vollständigkeit halber sei darauf
hingewiesen, daß bei
der Verwendung einer in 3 gezeigten
Anordnung die Scheibe 24 aus piezoelektrischem Material
auch ohne Zwischenordnung einer Druckplatte 25 mit der
Kernschicht 11 verbunden werden kann, wenn die Kernschicht 11 und/oder
die verwendete Ausschäumung
eine genügende
Stabilität
aufweist.
-
Sofern eine Erhöhung der Lautheit bei gleichzeitigein
Verlust der Breitbandigkeit des in 3 gezeigten
Antriebsanordnung 16' gewünscht ist,
kann die Scheibe 24 auch ohne seismische Masse 26 eingesetzt
werden.
-
In 4 ist
ein der 1 ähnliches
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Abweichend hierzu ist lediglich das in die Ausnehmung 15 eingesetzt
Antriebssystem 16 ausgestaltet. Diese wird von zwei Dauermagneten 18.1, 18.2,
einer Rückschlußplatte 17.5 und
einer Schwingspule 19 gebildet. Die beiden Dauermagneten 18.1, 18.2,
welche wie der Dauermagnet 18 gemäß 1 in Richtung zur gezeigten Mittellinie magnetisiert
sind, sind an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Rückschlußplatte 17.5 mit
dieser verbunden. Der Dauermagnet 18.1 ist am Boden 23 der
Ausnehmung 15 befestigt.
-
Da gleiche Pole (N bzw. S) der beiden
Dauermagnete 18.1, 18.2 bezogen auf die Mittellinie
in einander entgegengesetzte Richtungen weisen, wird ein magnetisches
Antriebssystem 16 simuliert, welches dein gemäß 2 mit dein in radialer Richtung magnetisierten
Dauermagneten 18 entspricht.
-
Im Gegensatz zu den Ausführungen
gemäß der 1 und 2 ist aber in 4 die Schwingspule 19 nicht
mit dein Boden 23 der Ausnehmung 15, sondern mit
die Ausnehmunig 15 in radialer Richtung begrenzenden Seitenflächen 28 ,
welche von der punktiert dargestellten Ausschäumung gebildet werden, verbunden.
-
Sofern erforderlich kann in einem
anderen – nicht
dargestellten-Ausführungsbeispiel
zwischen der Seitenfläche 27 und
der Schwingspule 19 auch ein separater Schwingspulenträger 20 angeordnet sein.
Letzteres schließt
auch ein, daß ein
solcher Schwingspulenträger 20 -ähnlich wie
in 2 direkt aus Waben 13 bildenden
Wandungen 14 besteht.
-
Wie -insbesondere die 2 und 4 verdeutlichen, kann die Ausnehmung 15 auch
zur gegenseitigen Zentierung von Schwingspule 19 und Magnetsystem 17; 18 genutzt
werden, wenn die Ausnehmung 15 mit entsprechenden Stufen 27 ausgestattet ist.
Da im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 der Schwingspulenträger 20 von
der Wandung 14 der Wabe 13.3 dadurch gebildet
wird, daß diese
Wabe 13.3 beim Ausfräsen
der Ausnehmung stehengelassen wird, ergibt sich automatisch die
richtige gegenseitige Zuordnung von Schwingspulenträger 20 bzw. Schwingspule 19 zum
Dauermagneten 18, wenn dieser so wie in 2 gezeigt seine Endlage auf der Stufe 27 in
der Ausnehmung 15 eingenommen hat. Soll im Ausführungsbeispiel
gemäß 4 die Ausnehmung 15 ebenfalls
zur Zentrierung von Schwingspule 19 und Magnetsystem 17; 18 verwendet
werden, müßte der
Boden 23 mit einer Stufe 27' (gestrichelt dargestellt) versehen
werden, in welche dann der Dauermagnet 18.1 eingreifen
kann, wenn das Magnetsystem 17, 18 seine Endlage
in der Ausnehmung 15 eingenommen hat.