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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher und insbesondere
auf einen Lautsprecher zum Erzeugen von Schallwellen in einem unteren
Audiobereich unter Verwendung eines Schallgenerators, der piezoelektrische
Keramikmaterialien aufweist.
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Ein
herkömmlicher
Lautsprecher mit einem Schallgenerator, der piezoelektrische Keramikmaterialien
aufweist, ist in der ungeprüften
Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 60-108098 offenbart. Diese wird unter Verwendung
der Zeichnungen erklärt.
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6 zeigt einen Lautsprecher 100 mit
einem Gehäuse 101.
Das Gehäuse 101 weist
einen Hauptkörper 102 und
einen Deckel 103 auf, wobei ein piezoelektrischer Resonator 104,
der einen Schallgenerator bildet, an dem Verbindungspunkt zwischen
dem Hauptkörper 102 und
dem Deckel 103 vorgesehen ist. Eine Schallöffnung 105 und
eine Schalldruckeinstellungsröhre 106 sind
dann in dem Deckel 103 vorgesehen, wodurch der innere Abschnitt
des Deckels 103 ein Resonanzkörper 107 wird. Die
Schalldruckeigenschaften des Lautsprechers 100 werden durch
das Einstellen der Länge und
des Durchmessers der Schalldruckeinstellungsröhre 106 eingestellt
und gesteuert.
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Eine
Aufgabe des herkömmlichen
Lautsprechers bestand jedoch darin, die Schalldruckeigenschaften
zu glätten,
wobei es folglich schwierig war, einen ausreichenden Schalldruck
mit einem breiten Band von Frequenzen und insbesondere mit einem breiten
Band von niedrigen Frequenzen zu erhalten. Außerdem funktionierten die Hauptbestandteile
besonders schlecht, woraus sich eine Erhöhung der Gesamtgröße des Lautsprechers
ergab.
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Aus
der
US 5,184,332 A ist
bereits ein Lautsprecher der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art bekannt. Die in
2b gezeigte Ausgestaltung
dieses Lautsprechers ist an einer ihrer Hauptseiten mit einer Membran
abgedeckt.
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Aus
der
US 4,949,387 ist
eine elektroakustische Wandlereinheit bekannt, die einen aus piezokeramischem
Material bestehenden Biegeschwinger hat.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Lautsprecher zu schaffen, der geringe Abmessungen aufweist und Schall
auch bei niedrigen Audiofrequenzen erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Lautsprecher gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Der
Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung
weist folgende Merkmale auf: einen Hauptkörper mit einer Oberseite und
einer Unterseite, wobei zumindest die Unterseite des Hauptkörpers offen ist;
einen Film, der an der Unterseite des Hauptkörpers vorgesehen ist; eine
Schallröhre,
die von der Oberseite des Hauptkörpers
zu einer Innenseite des Hauptkörpers
verläuft;
und einen Platten-artigen Schallgenerator, der innerhalb des Hauptkörpers parallel
zu der Oberseite und der Unterseite vorgesehen ist, wobei der Schallgenerator
piezoelektrische Keramikmaterialien aufweist; und wobei die Schallröhre in dem
Hauptkörper
gebogen oder in T-Form ausgebildet
ist.
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Als
Ergebnis strahlt der Lautsprecher der vorliegenden Erfindung Schallwellen
im unteren Audiobereich mit zwei Resonanzpunkten ab, wobei diese
zwei Resonanzpunkte sowohl Schallwellen im unteren Audiobereich,
die von einer Schallröhre
abgestrahlt werden, als auch Schallwellen im unteren Audiobereich
sind, die durch einen Film abgestrahlt werden, wodurch folglich
der untere Audiobereich der gesamten abgestrahlten Schallwellen
verbreitert wird.
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Außerdem ist
es durch Biegen oder durch T-förmige
Ausgestaltung der Schallröhre
innerhalb des Hauptkörpers
möglich,
eine Schallröhre
mit einer ausreichenden Länge
zu erhalten, während
die Höhe des
Lautsprechers reduziert wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht von der Oberseite des Aufbaus eines Lautsprechers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht von der Unterseite des Aufbaus eines Lautsprechers
gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1;
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3 eine
Draufsicht auf eine horizontale Schnittansicht des Aufbaus eines
Lautsprechers gemäß einem
nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
von 1;
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4 eine
Draufsicht auf eine horizontale Schnittansicht des Aufbaus eines
Lautsprechers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Draufsicht auf eine horizontale Schnittansicht des Aufbaus eines
Lautsprechers gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines herkömmlichen Lautsprechers.
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In 1 bis 3 weist
ein Lautsprecher 10 einen zylindrischen Hauptkörper 11 auf.
Der Hauptkörper 11 ist
an der Oberseite und der Unterseite offen, wobei ein oberer Deckel 12 an
der Oberseite des Hauptkörpers 11 vorgesehen
ist, und wobei eine kreisförmige,
ringförmige
Basis 13, die ein Loch 13a in ihrer Mitte aufweist,
an der Unterseite des Hauptkörpers 11 vorgesehen
ist. Eine kreisförmige,
röhrenförmige Schallröhre 14 ist
etwa in der Mitte des oberen Deckels 12 vorgesehen und
verläuft
von der Oberseite des Hauptkörpers 11 durch
die Innenseite des Hauptkörpers 11.
Ein scheibenartiger Film 15 ist über der Öffnung des Loches 13a der
Basis 13 vorgesehen, der sich hinsichtlich des Hauptkörpers 11 an
der Außenseite
befindet, wobei der scheibenartige Film 15 zwischen der
Basis 13 und einem kreisförmigen, ringförmigen unteren
Deckel 16 gehalten wird. Außerdem ist ein scheibenartiger
Schallgenerator 17 in der Öffnung des Loches 13a der
Basis 13 vorgesehen, der sich hinsichtlich des Hauptkörpers 11 an
der Innenseite befindet, wobei eine kreisförmige, ringförmige Dämpfungseinrichtung
zwischen denselben vorgesehen ist. Drei im wesentlichen kegelförmige Tragebauglieder 19 sind
an dem unteren Deckel 16 befestigt, um den Lautsprecher 10 an
einer Befestigungsoberfläche
anzubringen.
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Der
Hauptkörper 11,
der obere Deckel 12, die Basis 13, die Schallröhre 14 und
der untere Deckel 16 bestehen aus einem Material, das im
allgemeinen für
ein Lautsprechergehäuse
verwendet wird, wie z. B. aus Metall, Kunststoff oder Holz, wobei
ein Material mit hoher Dichte bevorzugt wird.
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Der
Schallgenerator 17 weist einen scheibenartigen Metallresonator 17a auf,
wobei scheibenartige, piezoelektrische Keramikelemente 17b und 17c im
wesentlichen in der Mitte beider Hauptoberflächen des Resonators 17a als
Resonanzquellen befestigt sind. Jedes Keramikelement 17b und 17c ist
in einem konzentrischen Kreis hinsichtlich des Resonators 17a in
einer bimorphen Struktur positioniert.
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Der
Film 15 weist hier eine elastische Gummischicht auf und
ist mittels des unteren Deckels 16 an der Basis 13 befestigt;
außerdem
weist die Dämpfungseinrichtung 18 einen
Gummiring auf, wobei dieselbe mittels eines Klebstoffes an der Basis 13 und an
dem Schallgenerator 17 befestigt ist, so daß der Lautsprecher 10 in
einen ersten Hohlraum 21 auf der Seite des Hauptkörpers 11 und
in einen zweiten Hohlraum 22 auf der Seite der Basis 13 aufgeteilt
ist.
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Wenn
bei dem Lautsprecher 10 des obigen Aufbaus eines der Kanalsignale
eines Stereosignals in den Schallgenerator 17 eingegeben
wird, vibriert der Schallgenerator 17, wodurch bewirkt
wird, daß Schallwellen
erzeugt werden, die sich von dem Schallgenerator 17 in
den ersten Hohlraum 21 und den zweiten Hohlraum 22 ausbreiten.
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Zu
diesem Zeitpunkt treten die Schallwellen innerhalb des ersten Hohlraums 21 in
der Schallröhre 14 und
dem ersten Hohlraum 21 in Resonanz. Die Schallwellen mit
niedrigen Audiofrequenzen, die durch diese Resonanz hervorgehoben
werden, werden von der Schallröhre 14 zu
der Außenseite
des Lautsprechers 10 abgestrahlt. Außerdem werden die Schallwellen
innerhalb des zweiten Hohlraums 22 bei mittleren bis hohen
Audiofrequenzen durch den Film 15 gedämpft, so daß lediglich Schallwellen mit
niedrigen Audiofrequenzen hervorgehoben werden, den Film 15 durchlaufen
und aus dem Lautsprecher 10 austreten. Da die Schallwellen,
die von der Schallröhre 14 abgestrahlt
werden, und die Schallwellen, die von dem Film 15 abgestrahlt
werden, unterschiedliche Resonanzpunkte bei niedrigen Audiofrequenzen aufweisen,
deckt die Gesamtheit von Schallwellen, die von dem Lautsprecher
abgestrahlt werden, ein breites Band von niedrigen Audiofrequenzen
ab.
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Unter
Verwendung des Helmholtz-Gesetzes kann die Resonanzfrequenz für den ersten
Hohlraum 21 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: f = c/2 [πr2/{V(L+1,3r)}]1/2;wobei
f die Resonanzfrequenz, c die Schallgeschwindigkeit, V das Volumen
des ersten Hohlraums 21, L die Länge der Schallröhre 14 und
r den Radius der Öffnung
in der Schallröhre 14 darstellt.
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Wie
es durch diese Gleichung gezeigt ist, gibt es drei Bedingungen für eine Verringerung
der Resonanzfrequenz f, d. h.: Erhöhen der Länge der Schallröhre 14,
Verringern des Ra dius der Schallröhre 14 und Vergrößern des
Volumens des ersten Hohlraums 21. Es ist jedoch nicht wünschenswert,
den Radius der Schallröhre 14 zu
verringern, da dies den Schalldruck der Schallwellen reduziert,
die von der Schallröhre 14 abgestrahlt
werden. Außerdem
ist es nicht wünschenswert,
das Volumen des ersten Hohlraums 21 zu erhöhen, da
dies die Größe des Lautsprechers 10 erhöht.
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Daher
kann durch Verlängern
der Schallröhre 14 innerhalb
des Bereichs der Größe des ersten Hohlraums 21 die
Resonanzfrequenz in Richtung niedrigerer Frequenzen verschoben werden.
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Wie
es beispielsweise in 4 gezeigt ist, kann die Schallröhre 14 gebogen
sein, um innerhalb des ersten Hohlraums 21 ungefähr eine
L-Form zu bilden, oder, wie es in 5 gezeigt
ist, die Schallröhre 14 kann
unterteilt sein, um innerhalb des ersten Hohlraums 21 eine
ungefähre
T-Form zu bilden. Da hier die anderen Bestandteile dieses Aufbaus
mit denjenigen des Lautsprechers 10 von 3 übereinstimmen,
werden dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei eine sich wiederholende
Erklärung
weggelassen wird.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau kann die Länge der Schallröhre 14 erhöht werden,
wobei die Resonanzfrequenz des ersten Hohlraums 21 in Richtung
niedriger Audiofrequenzen verschoben werden kann, wodurch Schallwellen
von der Schallröhre 14 bei
noch niedrigeren Audiobereichen abgestrahlt werden.
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Außerdem ist
es durch Biegen oder durch Unterteilen der Schallröhre 14 möglich, die
Höhe des Lautsprechers 10 zu
verringern, wodurch die Größe des Lautsprechers 10 verringert
werden kann.
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Bei
den im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen waren der
Hauptkörper 11, der
obere Deckel 12, die Basis 13, die Schallröhre 14 und
der untere Deckel 16 getrennte Körper, wobei diese jedoch auch
in einem einzigen Körper
ge formt sein können.
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Wenn
außerdem
ein Schall-absorbierendes Material, wie z. B. Glaswolle, innerhalb
des ersten Hohlraums 21 oder des zweiten Hohlraums 22 vorgesehen
ist, werden die erzeugten Schallwellen durch eine Absorption von
Schallwellen in mittleren oder hohen Frequenzbereichen gedämpft, wodurch
die unteren Audiobereiche der Schallwellen, die von der Schallröhre 14 und
dem Film 15 abgestrahlt werden, weiter hervorgehoben werden.
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Außerdem ist
die Form des Hauptkörpers 11 nicht
auf einen Zylinder beschränkt,
sondern derselbe kann auch die Form einer quadratischen Röhre annehmen.
Auf ähnliche
Weise können
die anderen Aufbauelemente, wie z. B. die Basis 13 und
der Schallgenerator 17, entsprechend der Form des Hauptkörpers 10,
eckig hergestellt sein.
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Außerdem ist
der Aufbau des Schallgenerators 17 nicht auf einen Schallgenerator
beschränkt, der
ein piezoelektrisches Keramikelement mit einer bimorphen Struktur
verwendet, sondern kann ein Schallgenerator, der ein piezoelektrisches
Keramikelement mit einer unimorphen Struktur verwendet, oder ein
Schallgenerator sein, der ein piezoelektrisches Keramikelement mit
einem laminierten piezoelektrischen Körper verwendet, der drei oder
mehr Keramikschichten aufweist.
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Wie
es im vorhergehenden erklärt
wurde, strahlt der Lautsprecher der vorliegenden Erfindung Schallwellen
im unteren Audiobereich mit zwei Resonanzpunkten ab, wobei diese
zwei Resonanzpunkte sowohl Schallwellen im unteren Audiobereich,
die von einer Schallröhre
abgestrahlt werden, als auch Schallwellen im unteren Audiobereich
sind, die durch einen Film abgestrahlt werden, wodurch daher der untere
Audiobereich der Gesamtheit von abgestrahlten Schallwellen verbreitert
wird, und sich dadurch der Niederfrequenzschalldruck in einem breiten
unteren Audiobereich verbessert.
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Außerdem ist
es möglich,
eine Schallröhre mit
ausreichender Länge
zu erhalten, indem die Schallröhre
innerhalb des Hauptkörpers
gebogen oder T-förmig
ausgestaltet wird, wobei es folglich möglich ist, die Resonanzfrequenz
der erzeugten Schallwellen in Richtung niedrigerer Frequenzen zu verschieben,
das Niederfrequenzband zu verbreitern, in dem die Schallwellen erzeugt
werden sollen, und zusätzlich
die Höhe
des Lautsprechers zu verringern, wodurch die Abmessungen des Lautsprechers veringert
werden können.