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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Lautsprechersystem.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Lautsprecher, der direkt durch den gesamten Spektralbereich eines Audiosignals angesteuert wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Technologie der elektronischen Leistungsverstärkung und die Technologie der Aufnahme auf digitale optische Platten der letzten Jahre stellen Audiosignal mit hoher Klangwiedergabetreue (High Fidelity oder Hifi) bereit. Daher hängt in jedem Soundsystem die höchste Qualität von den Lautsprechern ab. Die beste Aufnahme, die auf dem fortschrittlichsten Speichermedium kodiert ist, und von einem Topwiedergabegerät und einem Topverstärker wiedergegeben wird, kann nur eine gute Tonqualität haben, wenn das System an hochwertige Lautsprecher angeschlossen ist. Der Lautsprecher eines Systems ist die Komponente, die das elektrische Signal, das auf Medien wie CDs, Tonbändern und DVDs gespeichert ist, nimmt und in den eigentlichen Ton, den wir hören können, umwandelt.
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Der Lautsprecher ist ein Wandler, der das elektrische Steuersignal in Schallwellen umwandelt. Das Kernelement des Wandlers ist der Antrieb, der Schallwellen erzeugt, indem er einen flexiblen Konus oder ein Membran schnell vibrieren lässt. Der Konus, der üblicherweise aus Papier, Kunststoff oder Metall gebildet ist, ist an seinem breiten Ende an der Aufhängung, einem Rand bzw. einer Wulst aus flexiblen Material, der es dem Konus erlaubt, sich zu bewegen, und an dem Metallrahmen des Antriebs befestigt.
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Das schmale Ende des Konus ist mit der Schwingspule verbunden, einem Elektromagneten, der üblicherweise aus Windungen eines elektrischen Drahts um einen Kern aus magnetischem Material herum gebildet ist und im Zentrum eines Permanentmagnetenrings platziert ist. Ein elektrischer Strom, der durch den Draht fließt, erzeugt ein veränderliches Magnetfeld um die Spule, das mit dem Permanentmagnetenring in Wechselwirkung tritt, um eine Kraft zu erzeugen, die entlang der Konusachse gerichtet ist, um die Schwingspule entlang der Konusachse frei vor und zurück zu bewegen.
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Die physikalische Größe dieser Audiowandlertechnik beschränkt den Frequenzbereich, den ein vorgegebener Antrieb ausgeben kann. Eine große und schwere Schwingspule, die dazu geeignet ist, bei niedrigen Audiofrequenzen exakt zu arbeiten, arbeitet schlecht bei höheren Audiofrequenzen, und anders herum arbeitet eine kleine und leichte Schwingspule, die für hohe Audiofrequenzen geeignet ist, schlecht bei tieferen Audiofrequenzen. Daher erzeugen üblicherweise drei unabhängige Antriebe den gesamten Tonspektralbereich von der niedrigsten Schallwellenfrequenz bis zur höchsten hörbaren Frequenz von etwa 20 kHz. Tieftöner oder Woofer sind die größten Antriebe und sind konstruiert, um Töne von niedriger Frequenz zu erzeugen. Mitteltöner erzeugen einen Bereich von Frequenzen im mittleren Tonspektrum. Hochtöner sind die Einheiten, die konstruiert sind, um die höchsten Frequenzen zu erzeugen. Demzufolge enthält der Eingang zu jedem Antrieb die Spektralkomponenten des Audiosignals, die zu der Antriebsarbeitsfrequenz passen, indem sie eine Vorrichtung aufweisen, die im Stand der Technik unter dem Namen Frequenzweiche bekannt ist. Die Frequenzweiche umfasst einen Tiefpassfilter, einen Bandpassfilter und einen Hochpassfilter. Das Eingangssignal der Frequenzweiche ist ein Audiosignal, das durch den Ausgang des Audioleistungsverstärkers gesteuert wird. Der Ausgang des Tiefpassfilters wird verwendet, um die Schwingspule des Tieftöners anzutreiben. Der Ausgang des Bandpassfilters wird verwendet, um die Schwingspule des Mitteltöners anzutreiben und der Ausgang des Hochpassfilters wird verwendet, um den Hochtöner anzutreiben. Der Ton, der von den drei Wandlern erzeugt wird, kombiniert wirksam die drei Spektralbereiche zu einem einzigen, aufeinander folgenden, hörbaren Spektralbereich.
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Üblicherweise ist ein Lautsprechersystem aus einer einzigen Gehäuseanordnung aufgebaut, die die Frequenzweiche und die drei unabhängigen Antriebe umfasst. Demzufolge weist ein hochwertiger Lautsprecher große physikalische Abmessungen auf. Weiterhin ist diese Lautsprecheranordnung sehr empfindlich auf die Abstimmung zwischen den drei Schwingspulenantrieben und den entsprechenden Frequenzweichenausgangssignalen, die in einem Leistungsabfall resultieren. Im Anbetracht der Tatsache, dass Lautsprecher das ”schwache” Glied eines Audiosystems sind, wurden in den letzten Jahren Systeme und Verfahren entwickelt, die die Klangtreue von Lautsprechern verbessern.
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Die
US 4,283,606 , die hierin durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart einen akustischen Filter zur Verwendung in Kombination mit einem koaxialen Lautsprechersystem, das einen Niedrigfrequenzlautsprecher und einen Hochfrequenzlautsprecher umfasst, der axial mit dem Niedrigfrequenzlautsprecher angeordnet ist. Der akustische Filter umfasst ein Paar von parallelen perforierten Bögen, die in einem geeigneten Abstand voneinander getrennt sind, und die an ihren Rändern auf eine geeignete Weise aneinandergefügt sind, so dass sie dazwischen einen Luftraum umfassen, um einen einzelnen Bereichsfilter zu bilden. Der akustische Filter ist zwischen dem Niedrigfrequenzlautsprecher und dem Hochfrequenzlautsprecher angeordnet, damit der akustische Filter die hochfrequenten Töne des Hochfrequenzlautsprechers daran hindert, mit der inneren Seitenwand der konisch geformten Membran des Niedrigfrequenzlautsprechers in Wechselzuwirkung zu treten.
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Die
US 4,357,498 , die hierin durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart ein koaxialartiges Lautsprechersystem mit ebenen Membranen, in dem eine Mehrzahl von koaxial angeordneten polygonalen Membranen mit separaten magnetischen Schaltkreisen bereitgestellt ist. Jeder magnetische Schaltkreis umfasst zwei parallele Platten entlang jeder Seite der Membran, wobei ein Schwingspulenkörper dieselbe Form wie die entsprechende polygonale Membran hat, die daran mit einer Schwingspule gekoppelt ist, die am anderen Ende befestigt ist und in dem Zwischenraum, das in dem magnetischen Kreis geformt ist, angeordnet ist. Der Bereich der Membran, der innerhalb der Verbindungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper und der Membran liegt, ist gleich dem Bereich der Membran außerhalb der Verbindungslinie, um Teilschwingungen zu unterdrücken.
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Die
US 5,193,119 , die hierin durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart einen Mehrfachlautsprecher, der ein Gehäuse und einen ersten Lautsprecher (einen Tieftöner), der durch das Gehäuse getragen ist, umfasst. Der erste Lautsprecher umfasst eine erste Membran. Es ist ein Träger zum Halten eines zweiten Lautsprechers (einem Hochtöner) vorgesehen und das Gehäuse hält den Hochtönerträger. Ein Abschnitt des Trägers für den Hochtöner ist von der ersten Membran (der Tieftönermembran) beabstandet, und der Hochtöner ist von der Tieftönermembran beabstandet angeordnet. Der Hochtönerträger kann die Form eines Schutzgitters oder die Form eines kranzförmigen Ringes aufweisen. Ein Schwammdämpfer ist an dem beabstandet angeordneten Abschnitt des Hochtönerträgers befestigt. Der Hochtöner umfasst eine zweite Membran (die Membran für den Hochtöner) und einen piezoelektrischen Wandler. Die Hochtönermembran ist am Schwammdämpfer befestigt und durch diesen gehalten. Der piezoelektrische Wandler ist an der Hochtönermembran befestigt und wird durch diese getragen und ist von der Tieftönermembran beabstandet angeordnet. Der piezoelektronische Wandler ist dem Tieftöner gegenüber und von diesem beabstandet angeordnet, ohne dass ein Hindernis zwischen dem piezoelektronischen Wandler und der Tieftönermembran vorhanden ist. Die Oberfläche der Tieftönermembran reflektiert die Schallwellen, die von der Rückseite des piezoelektronischen Wandlers und der Rückseite der Hochtönermembran ausgesendet werden.
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Die US Patentanmeldung 11/450,900, die hierin durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart einen Lautsprecher, der zum Empfangen eines elektrischen Signals und zum Übertragen eines akustischen Signals über ein Übertragungsmedium. Das System umfasst im Wesentlichen zwei Elemente: einen koaxialen Wandler und einen akustischen Transformator. Der koaxiale Wandler umfasst einen Hochfrequenzantrieb und einen Mittelfrequenzantrieb, die koaxial angeordnet sind. Der akustische Transformator ist akustisch an den koaxialen Wandler gekoppelt und umfasst einen Eingangsschalltrichterabschnitt, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende in eine Richtung weg von dem koaxialen Wandler erstreckt. Der Eingangsschalltrichterabschnitt definiert eine Mehrzahl von Öffnungen durch diesen, so dass der Eingangsschalltrichterabschnitt für Hochfrequenzakustik akustisch undurchlässig ist, um dabei als Wellenleiter für die hochfrequenten akustischen Signale zu dienen, während er für mittelfrequente akustische Signale akustisch durchlässig ist.
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Demzufolge besteht immer noch ein Bedarf nach einem kompakten Lautsprechersystem mit hoher Tonqualität, das unempfindlich gegen Änderungen der Audiofilterabstimmung bezogen auf die Spektralempfindlichkeitskurven des Wandlers ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demzufolge ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen Lautsprecher zu offenbaren, der aus Antrieben besteht, die koaxial in einem gemeinsamen Volumen angeordnet sind. Ein Audiosignal wird an jeden der koaxialen Antriebe angelegt. Insofern jeder Antrieb optimal auf einen unterschiedlichen Bereich des Audiospektrums antwortet, erzeugen die Antriebe Töne in dem kombinierten Spektralbereich, wobei sie ihre integrierte Spektrumsfilterfunktion monoton bzw. gleichförmig anpassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es die Aufgabe der Erfindung, folgendes zu offenbaren:
Ein Lautsprechersystem mit:
- (i) einer Mehrzahl von Antrieben, die eingehende Audiosignale aufweisen. Jeder Antrieb weist eine zylinderförmige Schwingspule auf, die an einer passenden Membran befestigt ist. Die Schwingspulen sind koaxial in einer zylindrischen Anordnung konfiguriert.
- (ii) einem hohlen, zylinderförmigen Permanentmagneten. Die Anordnung der Schwingspulen ist innerhalb des Hohlvolumens des Permanentmagneten angeordnet.
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Audiosignale, die an den Schwingspulen angelegt werden, erzeugen ein Magnetfeld innerhalb der Schwingspulenanordnung.
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Die Wechselwirkung zwischen dem besagten Magnetfeld des Permanentmagneten und dem Magnetfeld, das durch die Schwingspulen erzeugt wird, übt eine Kraft auf die Antriebe aus und bewegt die Membranen axial mit der Schwingspulenanordnung.
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Die Bewegung der Membranen erzeugt Schallwellen;
wobei jeder der Antriebe auf die Audiosignale entsprechend dem spektralen Inhalt der angelegten Audiosignale reagiert und die Spektralempfindlichkeitskurve des Antriebs und die kombinierte Spektralempfindlichkeitskurve des Lautsprechers über das Tonspektrum hinweg flach ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lautsprecheranordnung bereitzustellen, wobei die besagte Lautsprecheranordnung dazu geeignet ist, ein elektrisches Signal im gesamten Spektralbereich eines Audiosignals in Schallwellen umzuwandeln. Die Lautsprecheranordnung umfasst:
- (i) eine Mehrzahl an Antrieben; wobei jeder eine zylinderförmige Schwingspule aufweist, die an einer passenden Membran befestigt ist; wobei die Schwingspulen koaxial in einer zylindrischen Anordnung konfiguriert sind; jede der Schwingspulen ist elektrisch mit einem eingehenden Audiosignal verbunden; jeder der Antriebe ist dazu geeignet, sich reziprok entlang der Hauptlängsachse der Schwingspule zu bewegen, wenn sie durch eingehende Audiosignale angeregt sind; und
- (ii) einen Hohlvolumen-Permanentmagneten, der dazu geeignet ist, die Schwingspulen aufzunehmen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei der Permanentmagnet zylinderförmig ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Bewegung von jedem der Antriebe nach Parametern definiert ist, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus angelegten Audiosignalen und der Spektralempfindlichkeit des Antriebs besteht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Form der Membran aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer konischen Form oder einer Kuppelform besteht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Membranen eine asphärische Form aufweisen, die für eine optimale Leistung ausgestaltet ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Membranen dünne Wände aus Papier, Metall oder Kunststoff aufweisen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei der Lautsprecher zusätzlich eine einzelne Tieftönerspule und drei ferromagnetische Kerne aufweist, die die Schwingspulenanordnung anregen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei drei ausgeprägte Spektralbereichsignale jeden der Antriebe ansteuern.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Spektralempfindlichkeitskurven der Antriebe zu einer allgemeinen Spektralempfindlichkeit kombiniert werden, die über das gesamte Spektrum des erzeugten Tons hinweg flach ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die kombinierte Spektralempfindlichkeitskurve monoton und stetig ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die kombinierte Spektralempfindlichkeitskurve unempfindlich gegenüber Abstimmungsveränderungen zwischen dem Audiosignalfilterausgang und den Antriebsspektralempfindlichkeitskurven ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Antriebe in eine kompakte Lautsprechereinheit gepackt sind.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei sein Betrieb nicht das elektronische Filtern der Audiosteuerspannung umfasst.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, der einen Tieftöner, einen Mitteltönerantrieb und einen Hochtöner umfasst.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei der Tieftöner sich unabhängig und innerhalb des Hohlvolumens des Mitteltönerantriebs bewegt, der sich unabhängig innerhalb des Hohlvolumens des Tieftöners bewegt;
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei sich der Tieftöner unabhängig innerhalb des Hohlvolumens des Permanentmagneten bewegt;
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Spektralempfindlichkeitskurve des Tieftöners im tiefen Frequenzbereich des Schallwellenspektrums flach ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Empfindlichkeit des Mitteltönerantriebs im mittleren Frequenzbereich des Schallwellenspektrums flach ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie oben definierten Lautsprecher bereitzustellen, wobei die Empfindlichkeit des Hochtöners im Frequenzbereich des Schallwellenspektrums flach ist.
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Es wird weiterhin im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Umwandeln eines elektrischen Signals in Schallwellen über den gesamten Spektralbereich eines Audiosignals beschrieben. Das Verfahren umfasst unter anderem folgende Schritte:
- a. Bereitstellen einer Mehrzahl von zylinderförmigen Schwingspulen;
- b. Bereitstellen einer Mehrzahl von Membranen;
- c. Koppeln der Mehrzahl von zylinderförmigen Schwingspulen an die Mehrzahl von Membranen;
- d. Bereitstellen eines Permanentmagneten mit Hohlvolumen;
- e. Anordnen der Schwingspulen in dem Hohlvolumen des Permanentmagneten;
- f. Elektrisches Verbinden der Mehrzahl von zylinderförmigen Schwingspulen mit eingehenden Audiosignalen;
- g. Anlegen eines beliebigen Audiosignals an die Schwingspulen, wodurch (i) ein Magnetfeld innerhalb der entsprechenden Schwingspule erzeugt wird; und (ii) sich die Mehrzahl von Schwingspulen und die Mehrzahl von Membranen reziprok zueinander bewegen; und,
- h. Umwandeln der angelegten Audiosignale in Schallwellen im gesamten Spektralbereich eines Audiosignals.
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Es wird weiterhin im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein wie oben definiertes Verfahren beschrieben, das zusätzlich den Schritt umfasst, den Permanentmagneten zylindrisch zu formen.
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Es wird weiterhin im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren beschrieben, das den zusätzlichen Schritt aufweist, die Bewegung einer jeden der Schwingspulen, die an die Membranen gekoppelt sind, nach Parametern zu definieren, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus der angelegten Audiospannung und dem Spektralempfindlichkeitsantriebbestehen.
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Es wird weiterhin im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren beschrieben, das zusätzlich den Schritt umfasst, die Form der Membranen aus einer Gruppe zu wählen, die aus einer konischen Form oder einer kuppelförmigen Form besteht.
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Es wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch ein Verfahren beschrieben, das zusätzlich den Schritt umfasst, die Membranen für eine optimale Leistung in einer asphärischen Form auszubilden.
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Es wird letztlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren beschrieben, das zusätzlich den Schritt umfasst, die Schwingspule, die an die Membran gekoppelt ist, in eine kompakte Lautsprechereinheit zu packen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen und Figuren
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Zum besseren Verständnis der Erfindung in Bezug auf deren Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Bezugszeichen entsprechende Elemente in Abschnitten bezeichnen und in denen
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1 ein schematisches Blockschaltbild eines Audiosystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine nicht maßstabsgetreue Querschnittansicht entlang der gemeinsamen Achse des Lautsprechers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 eine nicht maßstabsgetreue Querschnittansicht senkrecht zur gemeinsamen Achse des Lautsprechers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 schematisch eine Kurve, die das Tonspektrum am Ausgang des Lautsprechers charakterisiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine nicht maßstabsgetreue Querschnittansicht senkrecht zur gemeinsamen Achse des Lautsprechers darstellt, der eine einzelne Spule hat, die die drei Lautsprecherantriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung antreibt bzw. ansteuert; und
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6 eine nicht maßstabsgetreue Querschnittansicht senkrecht zur gemeinsamen Achse des Lautsprechers darstellt, der drei Spektralbereichsignale hat, die die drei Lautsprecherantriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung antreiben bzw. ansteuern.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die folgende Beschreibung wird neben all den Kapiteln der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu verwenden, und erläutert die besten Ausführungsformen, die vom Erfinder zur Ausführung dieser Erfindung berücksichtigt wurden. Verschiedene Änderungen werden allerdings für den Fachmann offensichtlich, da die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung speziell dafür definiert wurden, einen Lautsprecher bereitzustellen.
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In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein genaues Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Der Fachmann wird allerdings verstehen, dass diese Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. Die Bezugnahme auf ”eine Ausführungsform” in dieser Beschreibung bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur, oder Besonderheit, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Daher ist das Auftreten der Formulierung ”in einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen dieser Beschreibung nicht notwendigerweise jedes Mal auf die gleiche Ausführungsform oder Erfindung bezogen. Darüber hinaus können die besonderen Merkmale, Strukturen, oder Besonderheiten auf jede geeignete Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
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Die Zeichnungen erläutern die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die hierin offenbarten Ausführungsformen der Erfindung sind die besten Betriebsweisen, die von den Erfindern berücksichtigt wurden, um die Erfindung in einer kommerziellen Umgebung auszuführen, wenngleich es sich versteht, dass verschiedene Abänderungen innerhalb der Parameter der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind.
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Der Begriff ”Lautsprecher” bezieht sich im Folgenden in einer nicht einschränkenden Weise auf einen elektro-akustischen Wandler, der elektrische Signale in Töne umwandelt, die laut genug sind, um in einer Entfernung gehört zu werden.
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Der Begriff ”Lautsprechermembran” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf einen dünnen konischen oder kuppelförmigen Aufbau aus Papier, Kunststoff oder Metall, der an einem Elektromagneten befestigt ist. Vibrationen der Lautsprechermembran durch das Vor- und Zurückbewegen des Elektromagneten erzeugen die Lautsprecherschallwellen.
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Der Begriff ”Schwingspule” bezieht sich im Folgenden in einer nicht einschränkenden Weise auf einen Elektromagneten, der sich vor und zurück bewegt, wenn ein Audiosignal an die Spule angelegt wird. Die Bewegung ist auf eine Kraft zurückzuführen, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld eines ringförmigen Permanentmagneten und dem Magnetfeld des Elektromagneten erzeugt wird.
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Der Begriff ”Antrieb” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Weise auf eine Membran, die an einer Schwingspule befestigt ist und Schallwellen erzeugt, wenn sie sich vor und zurück bewegt.
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Der Begriff ”Permanentmagnet” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf ein besonderes Material, das sich für eine lange Zeit von selbst magnetisch verhält.
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Der Begriff ”Tieftöner” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf einen Lautsprecherantrieb, der eingerichtet ist, um tiefe Frequenzen zu reproduzieren.
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Der Begriff ”Mitteltöner” oder ”Mittelton” bezieht sich im Folgenden in einer nicht einschränkenden Art und Weise auf den mittleren Bereich des Audiospektrums.
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Der Begriff ”Hochtöner” bezieht sich im Folgenden in einer nicht einschränkenden Art und Weise auf einen Lautsprecherantrieb, der dazu eingerichtet ist, hohe Frequenzen zu reproduzieren.
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Der Begriff ”Spektralempfindlichkeitskurve” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf eine graphische Darstellung der Spektralempfindlichkeit eines Antriebs.
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Der Begriff ”Lautsprecherfrequenzweiche” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf eine elektronische Filtervorrichtung, die dafür verwendet wird, das geeignete Spektralbereichsignal an den richtigen Antrieb zu senden.
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Der Begriff ”asphärische Oberfläche” bezieht sich im Folgenden in nicht einschränkender Art und Weise auf eine Oberfläche, die von einer perfekten kugelförmigen Oberfläche abweicht.
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Die vorliegende Erfindung offenbart einen Lautsprecher, der aus Antrieben besteht, die koaxial in einem gemeinsamen Volumen angeordnet sind. Die Audiosignalnetzspannung wird an jeden der koaxialen Antriebe angelegt. Da jeder Antrieb idealerweise auf einen anderen Bereich des Tonspektrums anspricht, erzeugen die Antriebe Ton in einem kombinierten Spektralbereich, indem sie ihre integrierte Spektralfilterfunktion auf eine monotone Art anpassen.
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Der Lautsprecher bietet eine platzsparende Anordnung, indem die drei Antriebe im selben Volumen enthalten sind und der Platz für die Frequenzweicheneinheit eingespart wird, die bei der vorliegenden Erfindung nicht benötigt wird.
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Weiterhin umfasst die Gesamtspektralempfindlichkeit, die durch die Filterung der Spektralempfindlichkeitskurven der Antriebe entsteht, eine kombinierte Tonspektralempfindlichkeitskurve, die über den gesamten Tonspektralbereich im Wesentlichen monoton und stetig ist.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Audiosystems, das eine Ausführungsform des Lautsprechers umfasst. Das System 10 besteht aus einem Ausgangsaudiosignal der Audioquelle 11, die den Leistungsverstärker 12 speist, der eine Hochleistungsaudiospannung ausgibt, die dem Lautsprecher 20 zugeführt wird. Der Lautsprecher 20, in demein Tieftöner, ein Mitteltönerantrieb und ein Hochtöner aufgenommen sind, die gemeinsam durch das eingehende Audiosignal angetrieben werden, ist koaxial angeordnet. Der gemeinsam erzeugte Ton hat ein flaches und monotones Spektrum über den gesamten Spektralbereich hinweg.
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2 ist eine Querschnittansicht parallel zur normalen Achse des Lautsprechers 20. Die zylinderförmige hohle Schwingspule 22 ist an einer konisch geformten Membran 26 des Tieftöners befestigt und übt eine Kraft auf die Membran 26 aus, die proportional zur anliegenden Audiospannung 25 in einem Spektralbereich ist, der kompatibel mit der Spektralempfindlichkeitskurve des Tieftöners ist. In ähnlicher Art und Weise ist die zylinderförmige hohle Schwingspule 23 an der konisch geformten Membran 27 des Mitteltonantriebs befestigt und übt eine Kraft auf die Membran 27 aus, die proportional zur angelegten Audiospannung 25 in einem Spektralbereich ist, der kompatibel mit der Spektralempfindlichkeitskurve des Mitteltonantriebs ist. Ebenso ist die zylinderförmige hohle Schwingspule 24 an der kuppelförmigen Membran 28 des Hochtöners befestigt und übt eine Kraft auf die Membran 28 aus, die proportional zur angelegten Audiospannung 25 in einem Spektralbereich ist, der kompatibel mit der Spektralempfindlichkeitskurve des Hochtöners ist. Die Schwingspule 24 bewegt sich frei innerhalb der Schwingspule 23, die sich frei innerhalb der Schwingspule 22 bewegt. Die Schwingspulen 22, 23 und 24 sind innerhalb eines Hohlvolumens eines zylinderförmigen hohlen Permanentmagneten 21 angeordnet. Wenn das Audiosignal 25 wechselseitig an die Schwingspulen 22, 23 und 24 angelegt wird, erzeugen die Schwingspulen ein elektromagnetisches Feld. Eine Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten und dem Magnetfeld, das durch jede der Schwingspulen erzeugt wird, übt eine Kraft auf die Schwingspulen 22, 23 und 24 aus, die die Schwingspulen gemeinsam entlang der gemeinsamen zylindrischen Achse verschiebt. Demzufolge bewegen sich die Membranen 26, 27 und 28, die an den Schwingspulen befestigt sind, wechselseitig, wobei jede auf ihren unterschiedlichen mechanischen Spektralempfindlichkeitsbereich reagiert und die Schallwellen erzeugt. Der Tieftönerantrieb, der dazu geeignet ist, sich im niedrigen Frequenzbereich zu bewegen, erzeugt den tiefen Frequenzspektralbereich des Tons. Der Mitteltonantrieb, der dazu geeignet ist, sich im mittleren Frequenzbereich zu bewegen, erzeugt den mittleren Frequenzspektralbereich des Tons. Der Hochtöner, der dazu geeignet ist sich im hohen Frequenzbereich zu bewegen, erzeugt den hohen Frequenzspektralbereich des Tons. Da das Audiosignal 25 wechselseitig an die drei Lautsprecherantriebe angelegt wird und der erzeugte Ton aus den einzelnen Spektralbereichsempfindlichkeiten der drei Antriebe kombiniert wird, ohne die Audiosignale in drei einzelne Spektralbereiche elektronisch filtern zu müssen, ist eine Frequenzweichenvorrichtung für den Lautsprecher nicht notwendig. Weiterhin umfasst die Kombination des gesamten Tonspektrums von den mechanischen Frequenzantworten der Antriebe eine kontinuierliche, monotone und stetige Spektralempfindlichkeitskurve des Lautsprechers, die unempfindlich gegen Abstimmungsveränderungen zwischen dem elektrischen Filter der Frequenzweichenvorrichtung und der Frequenzantwort des Antriebs ist, wie sie in derzeit verfügbaren Lautsprechern des Standes der Technik vorkommen.
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3 ist eine Querschnittansicht des Lautsprechers senkrecht zur Hauptachse des Lautsprechers. Die zylinderförmige Schwingspule 24 des Hochtöners ist innerhalb der hohlen Schwingspule 23 des Mitteltonantriebs angeordnet. Die Schwingspule 23 des Mitteltonantriebs ist innerhalb der hohlen Schwingspule 22 des Tieftöners angeordnet. Die Anordnung der Schwingspulen 22, 23 und 24 ist innerhalb des Hohlvolumens des zylinderförmigen Permanentmagneten 21 angeordnet. Die Membran 26 des Tieftöners ist an der Schwingspule 22 befestigt. Ebenso ist die Membran 27 an der Schwingspule 23 des Mitteltönerantriebs befestigt. Die Schwingspulenanordnung verdeckt die Membran des Hochtöners, die an der Schwingspule 24 befestigt ist. Ein Audiosignal, das wechselseitig an die Schwingspulen 21, 22 und 23 angelegt wird, erzeugt ein Magnetfeld innerhalb der Schwingspulenanordnung. Die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten 21 und dem Magnetfeld der Schwingspulenanordnung übt eine Kraft auf jede der Schwingspulen aus, die die Schwingspulen und die daran befestigten Membranen axial und unabhängig verschiebt.
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Die Membranoberflächen weisen eine Form auf, die aus jedem gewünschten asphärischen Bereich gewählt werden kann, geeignet um die Qualität des erzeugten Tons zu optimieren.
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4 ist eine schematische Kurvendarstellung der Spektralempfindlichkeit des Lautsprechers. Die horizontale Achse des Diagramms bildet die Audiofrequenz in der Einheit Hz ab. Die vertikale Achse bildet die Empfindlichkeit des Lautsprechers ab definiert durch das Verhältnis zwischen der Antriebsverschiebung und der angelegten Audiospannung. Die Kurve 41, die die Empfindlichkeitskurve des Tieftöners ist, ist flach in einem Bereich der niedrigen Frequenzen und fällt am Beginn und am Ende des flachen Bereichs scharf ab. Kurve 22, die die Empfindlichkeitskurve des Mitteltönerantriebs ist, ist flach im mittleren Frequenzbereich und fällt am Beginn und am Ende des flachen Bereichs scharf ab. Kurve 43, die die Empfindlichkeitskurve des Hochtöners ist, ist flach im hohen Frequenzbereich und fällt am Beginn und am Ende des flachen Bereichs scharf ab. Jede der Empfindlichkeitskurven ist im Hochfrequenzbereich flach und fällt am Beginn und am Ende des flachen Bereichs scharf ab.
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Die Audiospannung und die resultierende Verschiebung werden gleichzeitig an den drei Antrieben angelegt. Da die drei koaxialen Antriebe sich gleichzeitig bewegen, ist die Empfindlichkeitskurve des gesamten Lautsprechers 24 aus der Summe der drei individuellen Empfindlichkeitskurven kombiniert. Folglich ist die kombinierte Empfindlichkeit über das gesamte Tonspektrum hinweg flach. Die Tonspektralempfindlichkeitskurve, die vollkommen von den einzelnen Empfindlichkeiten abhängt, ist stetig im Gegensatz zu den Empfindlichkeiten des Standes der Technik, die empfindlich auf Abstimmungsveränderungen zwischen den elektrischen Signalen der Frequenzweiche und den Empfindlichkeitskurven der Antriebe ist.
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5 ist eine Querschnittansicht des Lautsprechers senkrecht zur Hauptachse des Lautsprechers. Die Audiospannungsausgabe des Leistungsverstärkers 50 treibt eine einzelne Tieftönerspule an, die den Lautsprecher dieser Ausführungsform antreibt. Der zylinderförmige ferromagnetische Kern 54 des Hochtöners ist innerhalb des hohlen ferromagnetischen Kerns 53 des Mitteltönerantriebs angeordnet. Der ferromagnetische Kern 53 des Mitteltönerantriebs ist innerhalb der hohlen Schwingspule 52 des Tieftöners angeordnet. Die Anordnung von Schwingspule 52 und den ferromagnetischen Kernen 53 und 54 ist innerhalb des Hohlvolumens eines zylinderförmigen Permanentmagneten 51 angeordnet. Die Membran 56 des Tieftöners ist an der Schwingspule 52 befestigt. Genauso ist die Membran 57 am ferromagnetischen Kern 53 des Mitteltönerantriebs befestigt. Die Schwingspulenanordnung verdeckt die Membran des Hochtöners, die am ferromagnetischen Kern 54 befestigt ist. Ein Audiosignal, das an der Schwingspule 51 angelegt wird, erzeugt ein Magnetfeld innerhalb der Schwingspulenanordnung. Die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten 51 und dem Magnetfeld der Schwingspulenanordnung übt eine Kraft auf jeden der Antriebe aus, die die drei Antriebe gleichzeitig und unabhängig antreibt.
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6 ist eine Querschnittansicht des Lautsprechers senkrecht zur Hauptachse des Lautsprechers. Der Lautsprecher dieser Ausführungsform verwendet eine herkömmliche Frequenzweichenvorrichtung 60, die die Audiosignale in drei Signale trennt, wobei jedes Signal durch einen Spektralbereich gekennzeichnet ist, der mit der Spektralempfindlichkeitskurve des entsprechenden Antriebs kompatibel ist. Die zylinderförmige Schwingspule 64 des Hochtöners ist innerhalb der hohlen Schwingspule 63 des Mitteltönerantriebs angeordnet. Die Schwingspule 63 des Mitteltönerantriebs ist innerhalb der hohlen Schwingspule 22 des Tieftöners angeordnet. Die Anordnung der Schwingspulen 62, 63 und 64 ist innerhalb des Hohlvolumens des zylinderförmigen Permanentmagneten 61 angeordnet. Die Membran 66 des Tieftöners ist an der Schwingspule 62 befestigt. Ebenso ist die Membran 67 an der Schwingspule 63 des Mitteltönerantriebs befestigt. Die Schwingspulenanordnung verdeckt die Membran des Hochtöners, die an der Schwingspule 64 befestigt ist. Ein einzelner Spektralbereich des Audiosignals, das an die Schwingspulen 61, 62 und 63 angelegt wird, erzeugt ein Magnetfeld innerhalb der Schwingspulenanordnung. Die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten 61 und dem Magnetfeld der Schwingspulenanordnung übt eine Kraft auf jede der Schwingspulen aus, die die Schwingspulen und die daran befestigten Membrane axial und unabhängig voneinander verschiebt.
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Es versteht sich, dass die vorangehend beschriebenen Lautsprecher auf viele Wege verändert werden können, einschließlich dem Ändern der Anzahl an Spulenantrieben, beginnend bei zwei Antrieben bis zu jeder praktischen Anzahl an Antrieben, und dem Entwickeln von insgesamt flachen Spektralempfindlichkeitskurven auf die effektivste Weise.
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Es versteht sich ebenfalls, dass die obige Beschreibung so interpretiert wird, dass sie eine Vorrichtung zum Ausführen der Verfahren, Verfahren zum Verwenden der Vorrichtung, und Computersoftware zum Implementieren der verschiedenen Verfahren umfassen.
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Für die Hauptausführungsformen der Erfindung ist die bestimmte Wahl von Typ und Modell nicht entscheidend, allerdings kann das relevant sein, wo diese ausdrücklich gekennzeichnet sind. Die vorliegende Erfindung wurde beschrieben, indem detaillierte Beschreibungen von ihren Ausführungsformen verwendet wurden, die beispielhalber bereitgestellt wurden und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Es sollen keine Einschränkungen, keine allgemeinen oder durch Ausdrücke wie ”können”, ”sollen”, ”bevorzugt”, ”müssen” oder andere Ausdrücke, die einen Grad an Wichtigkeit oder Motivation andeuten, als Einschränkung des Bereichs der Ansprüche oder deren Entsprechungen betrachtet werden, es sei denn diese sind ausdrücklich in einem solchen Anspruch als wörtliche Einschränkung auf diesen Bereich vorhanden. Es versteht sich, dass Merkmale und Schritte, die bezüglich einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch in anderen Ausführungsformen verwendet werden können, und dass nicht alle Ausführungsformen der Erfindung alle Merkmale und/oder Schritte aufweisen, die in einer bestimmten Figur gezeigt sind oder bezüglich einer der Ausführungsformen beschrieben sind. Die Offenbarung sollte komplett von einem kombinatorischen Blickwinkel betrachtet werden, wobei jede betrachtete Ausführungsform von jedem Element in Verbindung mit jeder Anderen Ausführungsform von jedem Element offenbart ist (und tatsächlich in verschiedenen Kombinationen von kompatiblen Umsetzungen von Veränderungen in einem Element). Veränderungen von beschriebenen Ausführungsformen werden Fachmännern einfallen. Weiterhin sollen die Ausdrücke ”aufweisen”, ”umfassen”, ”haben” und ihre Verbformen, wenn sie in den Ansprüchen verwendet werden, ”umfassend aber nicht notwendigerweise beschränkt auf” bedeuten. Mit jedem Element, das in den Ansprüchen im Singular vorhanden ist, ist ein oder mehrere Elemente wie beansprucht gemeint, und wenn eine Wahlmöglichkeit für eine oder mehrere einer Gruppe geboten ist, soll das so interpretiert werden, dass der Anspruch nur ein Element, das von den verschiedenen Möglichkeiten gewählt ist und es benötigt nicht alles von jeder Möglichkeit. Die Zusammenfassung soll nicht als Beschränkung des Bereichs der Anmeldung oder der Ansprüche interpretiert werden.
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Es wird angemerkt, dass einige der oben beschriebenen Ausführungsformen die beste Betriebsweise, die vom Erfinder berücksichtigt wurde, beschreiben können und daher Anordnungen, Handlungen oder Details von Anordnungen und Handlungen umfassen, die für die Erfindung nicht wesentlich sind, und die als Beispiele beschrieben sind. Anordnung und Handlungen, die hierin beschrieben sind, können durch äquivalente, die dieselbe Funktion ausführen ersetzt werden, sogar wenn die Anordnung oder Handlung unterschiedlich ist, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Daher wird der Bereich der Erfindung nur durch die Elemente und Merkmale, die in den Ansprüchen verwendet werden, beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4283606 [0008]
- US 4357498 [0009]
- US 5193119 [0010]
