DE2431571C2

DE2431571C2 - Lautsprecher mit Membran und Schwingspule

Info

Publication number: DE2431571C2
Application number: DE2431571A
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Tokyo Abe; Nobuyuki Arakawa; Toshiko Yokohama Kanagawa Harashino; Toshio Hirosawa; Hirotake Kawakami; Kozo Yokohama Kanagawa Kokubu; Naomi Sakai; Toshio Tokyo Sasabe
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1983-09-22
Also published as: NO140846C; AU7057574A; IT1015633B; DE2431571A1; FR2236332B1; NL7408966A; NO140846B; GB1442468A; NO742399L; BR7405447D0; FR2236332A1; CA999964A

Description

Die Erfindung betrifft f inen L jtsprecher, enthaltend eine Membran mit eine- Schwingspule, einen die Membran umgebenden Rahmen ;■ d eine Halterungseinrichtung zur Aufhängung der Membran im Rahmen.

Herkömmliche dynamische Lautsprecher besitzen ein kreisförmiges Joch, ein ringförmiges Joch, einen Ringmagneten und einen auf dem kreisförmigen Joch befestigten zentralen Pol. Das Schwingungssystem enthält einen zylindrischen Spulenkörper, um den eine Schwingspule gewickelt ist, eine Halterungseinrichtung bzw. einen Dämpfer, die bzw. der den Spulenkörper gegenüber dem trichterförmigen Rahmen beweglich hält, sowie eine trichterförmige Membran, die am oberen Ende des Spulenkörpers mit Hilfe eines Klebemittels befestigt ist. Der Außenrand der ringförmigen Einrichtung ist mit Hufe eines geeigneten Bindemittels am oberen Ende des Rahmens angeklebt, während der Innenrand ebenfalls mit Hilfe eines geeigneten Klebemittels am oberen Ende der Membran angebracht ist.

Eine solche Halterungseinrichtung schafft somit einen Rand für den Trichter, der einen gebogenen Abschnitt mit nahezu halbkreisförmigen, in der Mitte nach oben vorspringenden Querschnitt aufweist; aufgrund der Eigenelastizität ist dieser Abschnitt elastisch verformbar, wodurch die Membran in vertikaler Richtung linear schwingen kann. Die Steifigkeit des Randes bringt bei niedriger Frequenz einen bedeutsamen Effekt. Die Steifigkeit sollte zur Reduzierung der unteren Schwellenfrequenz herabgesetzt werden. Zu diesem Zweck wird der Rand im allgemeinen aus einem Urethan-Schaum oder einem Baumwollstoff, der mit Phenolharz imprägniert ist, oder aus einer Mischung aus Nitryl-Butadien-Gummi, Styrol-Butadien-Gummi oder Isobutyl-Isopren-Gummi mit feinen Kohlenstoffkörnern herstellt.

Für eine zufriedenstellende Schwingung der Membran ist es erforderlich, daß der Rand sowohl in radialer w^;e auch in Umfangsrichtung verformbar ist. Außerdem muß die Umfangsverformung größer sein als die radiale Verformung.

Ein aus Baumwollstoff erzeugter Rand besitzt folgende Nachteile: Wenn die Membran stark schwingt, unterlieg» der Rand einer Faltenbildung, und seine Innendämpfung wird erhöht, da er in Umfangsrichtung nur gering verformt wird. Außerdem werden vom Rand Töne erzeugt

Ein aus einer vulkanisierten Mischung aus dem vorstehend erwähnten Gummi mit feinen Kohlenstoff-Körnern hergestellter Rand hat den Nachteil, daß die Dicke des Randes für die erforderliche Steifigkeit relativ groß sein muß. Aus diesem Grunde wird der Wirkungsgrad der Schallumwandlung mit einer Zunahme des Gewichts des Randes wieder herabgesetzt

Eine dämpfende Halterungseinrichtung ist im allgemeinen ringförmig und wellenförmig ausgebildet und läßt sich in radialer Richtung verformen. Dies verhindert während der Schwingung einen Kontakt zwischen der Schwingspule und dem Joch. Die Halterungseinrichtung trägt die Membran und die Schwingspule.

Die Steifigkeit der Halterungseinrichtung bringt auch einen bedeutsamer Effekt auf die untere Schwellwertfrequenz f₀ mit sich. Wenn eine dämpfende Halterungseinrichtung einen großen Steifigkeitsgrad aufweist, können die Töne nicht mit hoher Qualität wiedergegeben werden, da die Halterungseinrichtung nicht zusammen mit der Membran schwingt. Aus diesem Grunde wird die Halterungseinrichtung derart hergestellt, daß der mit einem Phenolharz imprägnierte Baumwollstoff unter Wärmeeinwirkung eine wellige Form erhält, um eine geringere Steifigkeit zu erzielen.

Eine herkömmliche Halterungseinrichtung kann jedoch nicht in Umfangsrichtung verformt werden, wenn das Schwingungssystem in Betrieb ist. Demzufolge ist die Linearität der Verformbarkeit bei großen Schwingungen unbefriedigend. Die Grölte und die Dicke der Halterungseinrichtung werden für die erforderliche Steifigkeit erhöht, so daß das Gewicht vergrößert wird. Die innere Dämpfung der Halterungseinrichtung wird somit herabgesetzt. Die mechanische Impedanz des Lautsprechers wird auf diese Weise in dem unteren Frequenzbereich erhöht, und infolgedessen wird die Schärfe der mechanischen und der elektrischen Resonanz vergrößert, so daß die Qualität der wiederge-

*o gebenen Töne verschlechtert wird.

Mit den wesentlichen Nachteilen, wie sie zuvor beschrieben sind, ist auch ein Lautsprecher nach einem älteren Recht gemäß DE-OS 22 64 881 behaftet. Hierbei ist eine ringförmige Halterungseinrichtung lediglich aus

einem geschäumten Kunststoff mit geschlossenzelligem Aufbau vorgesehen. Der damit ausgebildete Lautsprecher besitzt somit eine in allen Richtungen gleich große Eigenelastizität.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß er sich durch eine besonders gute Frequenzkennlinie auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halterungseinrichtung aus einer Mischung aus

elastischem Material und nadeiförmigen Kunststoff-Fasern hergestellt ist, die radial in der Halterungseinrichtung ausgerichtet sind.
In der DE-AS 2117 046 ist nun bereits ein

Lautsprecher beschrieben, bei dem die Halterungseinrichtung aus einem Fasern enthaltenden Material besteht. Hier ist jedoch zu beachten, daß einerseits nur recht allgemein von einem Material aus Fasern (ohne besondere Ausrichtung dieser Fasern) die Rede ist und daß es sich andererseits in der Hauptsache· um sog. Kollagenfasern handelt, die aus tierischen Häuten äußerst aufwendig und umständlich hergestellt werden müssen.

Dagegen wird durch das erfindungsgemäß für die Halterungseinrichtung verwendete Material sowie durch die spezielle Ausrichtung der Kohlenstoff-Fasern eine besonders hohe innere Dämpfung der Halterungseinrichtung erzielt, und dementsprechend kann die Frequenz-Charakteristik des Lautsprechers gegenüber «5 bekannten Ausführungen deutlich verbessert werden. Des weiteren trägt die erfindungsgemäße Ausführung dazu bei, daß die Halterungseinrichtung mit verhältnismäßig geringem Gewicht hergestellt und ein Rollen der Membran in ihrer Umfangsrichtung vermieden werden kann: durch das Einmischen der Kohlenstoff-Fasern können ganz definierte Steifigkeitseigensc^v. aften der Halterungseinrichtung herbeigeführt werden.

Da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Halterungseinrichtung für die trichterförmige Membran das untere Ende in Umfangsriclitung verformbar ist, kann in vorteilhafter Weise die Schärfe der mechanischen und elektrischen Resonanzen herabgesetzt werden. Die Umwandlung der Signale in Töne erfolgt in einem höheren Frequenzbereich mit hoher Wiedergabegüte, und die Schwingung kann in einem niedrigeren Frequenzbereich zufriedenstellend gedämpft werden.

Bevorzugte Ausiuhrungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Ii

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Lautsprechers;

F i g. 2 eine Aufsicht auf eine erste Befestigungseinrichtung der Halterungseinrichtung für die in Fig. 1 dargestellte ".usführungsform;

F i g. 3 eine vergrößerte Teilaufsicht auf die erste Befestigungseinrichtung gemäß F i g. 2;

Fig.4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht durch eine Meta'.I-Gußform zur Herstellung der erst, η Befestigungseinrichtung gemäß F i g. 2;

F i g. 6 eine Aufsicht auf eine zweite Befestigungsein richtung der Halterungseinrichtung für den in Fig. 1 dargestellten Lautsprecf Jr; v>

Fig. 7 eine vergrößerte Teilaufsicht auf die zweite Befestigui gseinnchtung gemäß F i g. 6:

F i g. S eine Querschnittsansicht entlang der Linie Vni-VHI in Fig. 7;

F i g. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Frequenzkennlinie;

F i g. 10 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Frequenz-Impedanz-Kennlinie.

Bei dem in F i g. 1 veranschaulichten Lautsprecher 1

enthält der Magnetabschnitt ein kreisförmiges Joch 2a,

. ein ringförmiges joch 26, einen zwischen dem J/kreisförmigen Joch 2a und dem ringförmigen Joch 26 angeordneten Ringmagneten 3 sowie einen zentralen Pol 4, der sich von der Mitte des kreisförmigen Joches 2a nach oben erstreckt und an diesem Joch befestigt ist.

Das Schwingungssystem enthält einen Spulenkörper 5 für eine Schwingspule % die um den Spulenkörper 5 eewickelt ist. sowie eine am oberen Ende des Spulenkörpers 5 befestigte trichter- oder konusformige Membran 9.

Zur Aufhängung der Membran 9 in einem Rahmen 7 ist eine Halterungseinrichtung vorgesehen, die eine erste ringförmige Befestigungseinrichtung 20 und eine zweite Befestigungseinrichtung 28 enthält. Die erste Befestigungseinrichtung 20 ist mit einem geeigneten Klebemittel am oberen Rand des Rahmens 7 und am oberen Rand der Membran 9 befestigt während die zweite, einen Dämpfer bildende Befestigungseinrichtung 28 mit dem unteren Ende der Membran 9 verbunden ist, um diese Membran 9 elastisch gegenüber dem Rahmen 7 hängend anzuordnen. An der oberen Fläche des Spulenkörpers 5 ist eine Schallschlucker 11 fest angeordnet Eine Kappe 12 überdeckt die Oberfläche des Schallschluckers 11. Am oberen Ende der Kante der Befestigungseinrichtung 20 ist ein Klemmring 13 befestigt der verhindert, dpß sich diese Kante vom oberen Ende des Rahmens 7 löst.

Die erbte Befestigungseinrichtung 20 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die . 1 g. 2 bis 4 näher erläutert.

Die Befestigungseinrichtung 20 bildet einen Mittelabschnitt 20a mit etwa nach oben gebogenem halbkreisförmigen Querschnitt, einen geneigten Abschnitt 206 und eiiivin äußeren horizontalen Umfangsabschnitt 20c. Die erste Befestigungseinrichtung 20 wird hergestellt, indem Kohlenstoff-Fasern 21 mit einer Länge von 0,3 bis 0,8 mm mit einem elastischen M2terial, beispielsweise synthetischem Gummi (z. B. Nitryl-Hut&dien-Gummi. Styrol-Butadien-Gummi und Isobutyl-Isopren-Gummi). natürlichem Gummi oder synthetischem Harz (z. B. weichgeschäumtes Urethan) vermischt werden. Die Kohlenstoff-Fasern 21 werden radial ausgerichtet, wie es in F i g. 3 schematisch dargestellt ist.

Das obere Ende der Membran 9 ist an dem geneigten Abschnitt 206 der ersten Befestigungseinrichtung 20 und das obere Ende des Rahmens 7 am horizontalen Umfangsabschnitt 206 dieser Befestigungseinrichtung 20 befestigt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der ersten Befestigungseinrichtung 20 unter Bezugnahme auf die F i g. 5 näher erläutert.

1 bis 40%ige Kohlenstoff-Fasern mit einen Elastizitätsmodul von 20 000 kg/mm², einem Durchmesser von 8 μΐπ und einer Länge von 3 bis 6 mm werden mit einem anderen Material, beispielsweise mit Stearinsäure. Schwefel. Ruß usw., mit Hilfe einer Mischmühle in einen festen Styren-Butadien-Gummi gemischt, wobei in dieser Mischmühle die Kohlenstoff-Fasern nadeiförmig auf Längen von 0.3 bis 0.8 mm geschnitten werden. Das so gemischte Material 22 wird in die Mitte eir.sr Metall-Gußform 23 gegeben und auf die erforderliche Temperatur, beispielsweise 150°C erhitzt; die Form 23 besitzt eine ringförmige Rille 24. welche den glexhen Querschnitt wie die erste Befestigungseinrichtung 20 aufweist. Es ist ferner eine weitere Metall Gußform 26 vorgesehen, weiche einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung 25 r"it gleichem Querschnitt wie die ringförmige Rille 24 aufweist. Die Form 26 wird über die andere Form 23 gebracht und auf die erforderliehe Temperatur erwärmt. Da die Form 26 hefabgedrückt wird, breitet sich das Material 22 zwischen den beidefr Formen 23 und 26 von der Mitte der Form 23 in Richtung der Pfeile 27 (Fig.5) aus und gelangt dann in die ringförmige Rille 24. Wenn der ringförmige Vorsprung 25 in die ringförmige Rille 24 eingreift, wird das Material 22 bei einer Temperatur über 140⁰C

zwischen den beiden Formen 23 und 26 vulkanisiert. Anschließend werden die Formen 23 und 26 zwecks Erstarrung des Materials 22 gekühlt. Man kann dann die so hergestellte erste Befestigungseinrichtung 20, wie sie in den Fig.2 und 4 dargestellt ist, aus den Formen herausnehmen.

Da das Material 22 richtungsabhängig ausgebreitet wird, werden im Herstellungsprozeß die Kohlenstoff-Fasern 21, die sich in der Mischung befinden, mit Richtungscharakteristik verlagert. Die Köhleristoff-Fäsern 21 mit Längen von 0,3 bis 0,8 mm werden daher radial in der ersten Befestigungsanordnung 20 verteilt (F ig. 3).

Bei einer derartigen Verteilung der Kohlenstoff-Fasern 21 wird die Verformbarkeit der ersten Befestigungseinrichtjng 20 in Umfangsrichtung verbessert. Somit besteht keine Möglichkeit, daß die erste Befestigungseinrichtung 20 gefaltet wird. Das spezifische Gewicht der ersten Befestigungseinrichtungen 20 ist klein und deren Steifigkeit groß, da diese Befestigungseinrichtung in einem Vulkanisierprozeß des Kohlenstoff-Fasern enthaltenden Materials hergestellt wird. Die Dicke des gebogenen Abschnitts 20a der Befestigungseinrichtung 20 kann daher im Hinblick auf die erforderliche Steifigkeit auf ein Minimum reduziert werden, wodurch das Gesamtgewicht der ersten Befestigungseinrichtung 20 herabgesetzt werden kann.

Die zweite Befestigungseinrichtung 28 wird ebenso aus einer Mischung aus elastischem Material mit Kohlenstoff-Fasern hergestellt.

Nach den F i g. 6 bis 8 weist die zweite Befestigungseinrichtung 28 einen wellenförmigen Querschnitt mit einer Vielzahl konzentrischer, gebogener Abschnitte 28a mit halbkreisförmigem Querschnitt auf, die nach oben vorstehen, außerdem sind konzentrische, gebogene Abschnitte 286 mit halbkreisförmigem Querschnitt, «■!te* nfij-tlt iintan uni-efahön crwuia οι η innArer R η n/4 Kr».

reich 28c und ein horizontaler Umfangsabschnitt 28c/ vorgesehen. Der Abschnitt 28c weist U-förmigen Querschnitt auf, wobei er sich nach unten erstreckt. Die zweite Befestigungseinrichtung 28 wird aus einer Mischung des gleichen elastischen Materials mit Kohlenstoff-Fasern hergestellt, wie dies in Verbindung mit der ersten Befestigungseinrichtung 20 beschrieben wurde. Gemäß Fig. 7 werden Kohlenstoff-Fasern 31 mit Längen zwischen OJ bis 0,8 mm radial in der zweiten Befestigungseinrichtung 28 ausgerichtet

Der Elastizitätsmodul der Fasern 31 beträgt vorzugsweise mehr als 20 000 kg/mm², der Durchmesser der Fasern 31 ist vorzugsweise kleiner als die Länge der Fasern, z. B. etwa 8 μπι. Die Fasern 31 auf 1 bis 40% Kohlenstoff sind in der zweiten Befestigungseinrichtung 28 enthalten.

Der innere Randabschnitt 28c der Befestigungseinrichtung 28 ist mit dem Spulenkörper 5 verbunden bzw. verklebt, während der horizontale Umfangsabschnitt 28c/mit dem Rahmen 7 verbunden bzw. verklebt ist Die zweite Befestigungseinrichtung 28 kann in gleicher Weise wie die erste Befestigungseinrichtung 20 hergestellt werden.

Die Verformbarkeit der zweiten Befestigungseinrichtung 28 ist in Umfangsrichtung höher als in radialer Richtung, da die Fasern 31 in der zweiten Befestigungseinrichtung 28 radial ausgerichtet sind. Wenn eine Mischung aus Styrol-Butadien-Gummi und Kohienstoff-Fasern zur Herstellung der zweiten Befestigungseinrichtung 28 vulkanisiert wird, läßt sich hinsichtlich der zweiten Befestigungseinrichtung 28 ein kleines spezifisches Gewicht und eine große Steifigkeit erreichen. Die Dicke der zweiten Befestigungseinrichtung 28 kann infolgedessen hinsichtlich auf ein Minimum herabgesetzt'werden, und somit läßt sich das Gesamtgewicht der zweiten Befestigungseinrichtung 28 reduzieren.

In Fig.9 sind die Frequenzkennlinien eines dynamischen Trichterlautsprechers dargestellt, welcher eine Befestigungseinrichtung 20 gemäß der Erfindung und eine konventionelle Befestigungseinrichtung aus BaumWollstoff verwendet.

Die Kurve »a« gibt hierbei die FrequenzkennÜnie eines Lautsprechers an, welcher den Baumwollstoff benützt; der Frequenzgang schwankt bei Frequenzen über 500 Hz und es treten hier Spitzen nach oben oder unten auf. Die Tonqualität wird dadurch vermindert. Die Kurve »b« gibt die FrequenzkennÜnie des Lautsprechers mit der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung wieder; es treten hierbei bei höheren Frequenzen keine Spitzen nach oben oder unten auf. Bei Frequenzen, die größer als die Schwellwertfrequenz von 1500Hz sind, fällt die Frequenzkurve stark ab. Daher läßt sich eine hohe Tonqualität erreichen. Die Gründe hierfür sind, daß die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung während der Schwingung keiner Faltenbildung ausgesetzt und kein Ton von der Befestigungseinrichtung erzeugt und daß der Wirkungsgrad der Schallumwandlung aufgrund der Gewichtevermindefltig verbessert wird.
Fig. 10 zeigt die Frequenz-Impedanz-Kennünien.

Hierbei gibt die Kurve »a« die Eigenschaften eines konventionellen Lautsprechers an, der eine aus Baumwollstoff hergestellte dämpfende Befestigungseinrichtung verwendet, wobei dieser Baumwollstoff mit einem Phenolharz imprägniert ist; die Resonanzfrequenz /b beträgt 78 Hz, die maximale Impedanz Zo 100 Ohm und der minimale Widerstand Re 6 Ohm. Die

Gleichung

α« =

/ο

- A

dargestellt, in der Λ und f₂ die Frequenzen für die Impedanz Z = Z₀/-/? bedeuten. Aus der Kurve »o« ergeben sich /, = 67 Hz und /₂ = 88 Hx. Die Schärfe Qm beträgt hier somit (5^=78/88-67 = 3,71 für die Kurve »o«. Die Schärfe Q, der elektrischen Resonanz wird durch die Gleichung

α*α,*|;

Q₀ = 3Ji χ JL = 0,223 (für die Kurve »&<)

llAJ

dargestellt

Die Werte Qm und Q₀ sind für herkömmliche Dämpfungen groß, wie dies oben beschrieben wurde, der Dämpfungseffekt ist somit für einen niedrigen Frequenzbereich gering. Daher ist verständlicherweise die Tonqualität schlechter.

Der Frequenzgang wird durch Verwendung der zweiten Befestigungseinrichtung 28 gemäß der Erfindung deutlich verbessert, wie dies in Fig. 10 durch die Kurve »b« dargestellt isE Die Resonanzfrequenz /₀

beträgt hierbei 84 Hz, die maximale Impedanz Z* 24 Ohm und die minimale Impedanz R_E6 Ohm. Für eine Impedanz Z= 84/j/2" betragen die Frequenzen f\ und f₂ 50 Hz und 143 Hz. Die Schärfe Qm der mechanischen

Resonanz ergibt sich daher zu

84

143-50

0,9.

Die Schärfe sich dabei zu

der elektrischen Resonanz ergibt

24 +

0,9 = 0,18. Durch die erfindungsgemäße zweite Befestigungseinrichtung können daher im Vergleich zu der konventionellen Befestigungseinrichtung Qm und Qo beachtlich herabgesetzt werden.

Die Form und die Größe der ersten und zweiten Befestigungseinrichtungen können ersichtlicherweise geändert werden. Die Erfindung läßt sich ferner bei einem Doppel-Trichterlautsprecher oder einem Dom-Lautsprecher anwenden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lautsprecher, enthaltend eine Membran mit einer Schwingspule, einen die Membran umgebenden Rahmen und eine Halterungseinrichtung zur Aufhängung der Membran im Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (20, 28) aus einer Mischung aus elastischem Material und nadeiförmigen Kohlenstoff-Fasern (21, 31) hergestellt ist, die radial in der Halterungseinrichtung (20,28) ausgerichtet sind.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung eine Befestigungseinrichtung (20) enthält, die zwischen dem oberen Abschnitt der Membran (9) und dem Rahmen (7) angeordnet und mit einem mittleren, im Querschnitt bogenförmigen Abschnitt (2OaJ ausgebildet ist.

3. Lauf Sprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung eine Befestigungseinrichtung (28) enthält, die zwischen dem unteren Bereich der Membran (9) und dem Rahmen (7) angeordnet ist und einen Mittelabschnitt mit wellenförmigem Querschnitt aufweist.

4. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das e-astische Material ein Kunstharz ist.