DE2649771B2 - Lautsprecher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher, der nicht nur den gesamten interessierenden Frequenzbereich z. B. für einen Hochton- oder Tiefton-Lautsprecher mit gutem Wirkungsgrad wiedergibt, sondern der vor allem auch in der Lage ist, zeitlich rasch sich ändernde Frequenzverläufe frei von Verfälschungen wiederzugeben.

Bei der Wiedergabe von Tönen und Klängen muß nicht nur der gesamte Frequenzbereich erfaßt werden, den die Musikinstrumente überstreichen, sondern der Lautsprecher muß auch zeitlich sich rasch ändernde Luftdruckschwankungen, wie sie beispielsweise beim Einsetzen und beim Beenden eines Tones auftreten, zeitlich unverzögert wiedergeben, so daß Toneinsätze, Gleittöne und ausklingende Töne naturgetreu, d. h. ohne durch die Eigenart des Lautsprechers bedingte störende Frequenzen wiedergegeben werden können. Diesem Problem wurde bisher wenig Aufmerksamkeit gewidmet, weil sich die üblichen Untersuchungen, bedingt f>5 durch die verwendeten Instrumente, im wesentlichen auf die Wiedergabe in Abhängigkeit vom Frequenzbereich beschränkten. Nun ist jedoch gerade das menschliche Ohr für den Verlauf sich sehr kurzzeitig ändernder Frequenzen sehr empfindlich, und gerade solche Frequenzänderungen sind charakteristisch für bestimmte Musikinstrumente, beispielsweise bei Streichinstrumenten, auch für den Spieler solcher Instrumte.

Solche, sich in sehr kurzen Zeitabschnitten abspielende Vorgänge werden mit üblichen Lautsprechern nicht erfaßt, weil, bedingt durch die jetzi verwendeten Materialien für Lautsprechermembranen und durch die dadurch verursachte unvermeidliche Bedämpfung die oben erwähnten Feinheiten der Wiedergabe verlorengehen.

Es sind bereits Lautsprecher bekannt bei denen eine einfach gefaltete Membrane durch nachgiebige Fäden entlang der Faltkante gehalten wird. Durch diese Fäden wird eine Feineinstellung der Membrane ermöglicht Die Schallausbreitung in der Membrane wird dadurch nicht beeinflußt

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, alle im Hörbereich liegenden Resonanzen zu vermeiden und dadurch eine Dämpfung überflüssig zu machen.

Ein Lautsprecher, der ohne Dämpfung betrieben werden kann, arbeitet ohne Verzerrungen, die ja letzten Endes eine Auswirkung der Dämpfung sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst und man erhält eine korrekte Wiedergabe von Gleittönen und eine zeitrichtige Wiedergabe des Einsetzens und Ausklingens von Tönen.

Die Erfindung schlägt auf dem Gebiet des Lautsprecherbaus einen grundsätzlich neuen Weg ein. Die Membrane ist gemäß der Erfindung so dünn, daß die Eigenfrequenz eines Membranabschnitts über dem Reproduktionsbereich des Lautsprechers liegt. Durch zusätzliche Versteifung dieser Abschnitte durch Formgebung kann die Dichte der Stützpunkte erniedrigt werden. Damit nun eine solche Membrane Schallschwingungen abstrahlen kann, wird die Membrane in Abschnitte aufgeteilt, die nicht wegen des verwendeten Materials, sondern durch andere Mittel, beispielsweise durch entsprechende Formgebung oder flächenhafte Verspannung, versteift werden. Damit aber alle die Abschnitte einer so hergestellten Membrane gleichzeitig in Schwingungen versetzt werden können, wird die Membrane an mehreren Stellen so an eine gehäusefeste Unterlage gefesselt, daß sie lediglich einen einzigen Bewegungsfreiheitsgrad hat, wobei dann, wenn diese Fesselung an allen Punkten in gleicher Weise erfolgt, die Membrane als Ganzes eine Bewegung ausführt, die der Bewegung einer starren Platte entspricht, ohne das Gewicht oder die Masse der starren Platte zu haben. Die Kräfte zur Erzeugung dieser Schwingungen werden, zweckmäßig ebenfalls an mehreren Stellen, in einer Richtung eingeleitet, die ganz oder wenigstens mit einer größeren Komponente in der infolge der Fesselung verbleibenden einzigen Bewegungsrichtung der Membrane liegen. Diese Bewegungsrichtung ist nicht senkrecht zur Membrane, aber nur die Bewegungsrichtung senkrecht zur Membrane ist aktiv.

Um unerwünschte Phasenverschiebungen zu vermeiden die durch die Schallfortleitung in der Membrane entstehen könnten, wird die Membrane aus einem Material gefertigt, das eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit für den Longitudinalschall aufweist. Besonders günstig ist es, wenn man zwischen die Abschnitte der Membrane Schalleitelemente einbaut,

die den Schall mit extrem hoher Geschwindigkeit in Form von Longitudinalwellen fortleiten, so daß alle Abschnitte der Membrane praktisch fast gleichzeitig durch die eingeleitete Schwingungsenergie in Schwingungen versetzt werden.

Von der Membrane abgesehen können auch Verzerrungen in der Luft auftreten. Um dies verständlich zu machen, wird die im Luftraum vor der Lautsprechermembrane gespeicherte Energie am Beispiel des Kugelstrahlers in

F i g. 24 und am Beispiel eines Zylinderstrahlers in

F i g. 25 erläutert.

In Fig.24 ist die Totalenergie pro Kugelschale als Funktion der Radien, gemessen in Wellenlängen, aufgetragen. Die gestrichelte Linie, die parallel zur Abszisse verläuft, zeigt die abgegebene Nutzenergie an. Die schraffierte Fläche zwischen dieser Linie und der eingezeichneten Kurve gibt ein Maß für die Energie, die beim Einsetzen eines Tones vor der Membrane gespeichert und beim Ausklingen verzögert abgegeben wird. Der Aufbau dieses Energiespeichers benötigt eine gewisse Zeit, und erst nach Ablauf dieser Speicherzeit kann die volle Nutzenergie abgegeben werden. Umgekehrt tritt bei Beendigung des Tones ein unerwünschtes Nachklingen auf. Aus F i g. 25 sieht man die Verhältnisse beim Zylinderstrahler, und man erkennt, daß sehr wesentlich weniger Energie gespeichert werden muß, bevor Nutzenergie an die Umgebung abgegeben werden kann. Ein Ton kann also viel schneller einsetzen und auch schneller ausklingen, wenn anstelle eines Kugelstrahlers ein Zylinderstrahler verwendet wird. Sieht man nun als Strahler eine etwa ebene Fläche vor, so liegen die Verhältnisse noch günstiger, und man erhält auch eine zeilrichtige Wiedergabe der Töne. Beste Ergebnisse sind daher bei schmalen und langen Membranen zu erwarten.

Bei der Wiedergabe von Tönen durch eine Membrane entstehen infolge der in der Membrane wirksamen Kräfte Töne mit Frequenzen, die in den Originaltönen, d. h. in den vom Musikinstrument abgestrahlten Tönen, nicht vorhanden sind. Die Ursache solcher Tonverfälschungen können beispielsweise darauf beruhen, daß bei einer Membrane eine Versteifung eintritt wenn diese Membrane mit einer Schwingung einer bestimmten Frequenz erregt wird. Eine weitere Frequenz, die auf diese Membrane gegeben wird, findet die durch die erste Frequenz bereits versteifte Membrane vor und wird dadurch beeinflußt. Klingt nun der Ton mit der ersten Frequenz aus, so ändert sich damit das elastische Verhalten der Membrane, und damit wird auch die Frequenz des zweiten Tones beeinflußt. Dies bedeutet, daß der Lautsprecher Töne erzeugt, die durch seine Konstruktion bedingt sind und die die Wiedergabe verfälschen. Unterteilt man nun, wie dies gemäß der Erfindung vorgesehen ist, die Membrane in in sich steife Einzelelemente, die jedoch gleichzeitig parallele Schwingungsbewegungen ausführen, dann kann diese Erscheinung nicht auftreten. Die Größe der Einzelelemente kann darüber hinaus so bemessen werden, daß die Resonanzfrequenz der Einzelelemente weit höher liegt als die höchste, für eine Wiedergabe noch interessierende Frequenz. Die Größe der ganzen Membrane kann für einen gewünschten Frequenzbereich, z. B. Hoch- oder Tieftonbereich, ausgelegt werden, ohne daß das Konstruktionsprinzip geändert werden muß.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Membranausbildung Verfälschungen der Musikwiedergabe vermieden werden, die den Eigenheiten des Musikinstrumentes oder des Spielers noch eine zusätzliche Eigenheit aufprägen würden.

Gemäß der Erfindung werden die Schallschwingungen so in die Membrane eingeleitet, daß eine merkliche Komponente dieser Schwingung in der Ebene der Membrane liegt. Die Membrane kann daher im Gegensatz zu üblichen Membranen sehr leicht gemacht

ίο werden, und die Grenze ist dadurch gegeben, daß die Festigkeit der Membrane ausreichend sein muß, daß Longitudinalwellen übertragen werden können. Zweckmäßig werden zur Schallfortleitung zusätzlich Schalleitstäbe vorgesehen, die eine hohe Schallgeschwindigkeit

für Longitudinalwellen haben. Die Übertragung von Transversalweilen ist nicht mehr erforderlich. Eine solche Membrane kann beispielsweise aus einem sehr feinen Gewebe bestehen, das durch entsprechende Behandlung, beispielsweise durch Beschichtung, luftundurchlässig gemacht worden ist. Die notwendige Versteifung erfolgt dann durch Formgebung in einzelnen Bereichen der Membrane, so daß einzelne, in sich steife Membranelemente gebildet werden. Die Formgebung kann in einer einfachen Ausbuchtung bestehen, oder es können, was eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist, zwei Membranen so geformt und aufeinandergelegt werden, daß kissenförmige Abschnitte entstehen, die über biegsame Abschnitte miteinander verbunden sind.

Eine solche Membrane muß natürlich, da sie selbst keine Quersteifigkeit besitzt, an verschiedenen Punkten gehaltert werden. Ein einfache Methode der Halterung kann darin bestehen, daß die Membrane einer Längsspannung in ihrer Ebene unterworfen wird, und daß die ganze Membrane von einer Seite her mit Luftdruck beaufschlagt wird, beispielsweise durch einen kontinuierlich zugeführten Luftstrom oder durch Halteelemente, wie Fäden, Stäbchen oder dergl.

Die mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Membrane eingeleiteten Schwingungen müssen so umgelenkt werden, daß die in sich steifen Abschnitte der Membrane mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Membranoberfläche schwingen, da der Schall in dieser Richtung von der Membrane abgegeben wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Membrane an mehreren Stellen so gehaltert wird, daß sie für ihre Bewegung nur einen einzigen Freiheitsgrad hat, wobei die Richtung dieses Freiheitsgrades einen Winkel mit der Richtung der Membranoberfläche bildet. Die in Richtung der Membrane eingeleiteten Schallschwingungen können die Membrane wegen dieser Art der Lagerung nur zu einer Bewegung längs des einzigen verbleibenden Freiheitsgrades veranlassen, und auf diese Weise wird eine Schallabstrahlung durch die in Richtung der Membranebene eingeleitete Schwingungsenergie möglich.

Die Halteeinrichtungen, die einerseits die Membrane halten und andererseits nur eine vorbestimmte Bewegung zulassen, können im einfachsten Fall aus Fäden

ω bestehen, die einerseits an einer gehäusefesten, jedoch schalldurchlässigen Wand und andererseits an der Membrane befestigt sind. Eine solche Wand, die als Basis bezeichnet werden kann, kann z.B. gitterartig ausgebildet sein. An sich könnte sich das an der Membrane befestigte Fadenende noch auf einer Kugeloberfläche bewegen, jedoch wird dies einerseits dadurch verhindert, daß die Membrane in einer Richtung gespannt ist, und zum anderen sind solche

Querbewegungen der Membrane nicht sehr wahrscheinlich, weil in dieser Richtung keine Schwingungskräfte wirken. Zur Sicherheit können jedoch anstelle der Einzelfäden Doppelfäden verwendet werden, die von einem gemeinsamen Punkt an der Membrane ausgehen und zu zwei Befestigungspunkten an der Gehäusewand führen, so daß die beiden Fäden nur eine Bewegung senkrecht zu der durch diese beiden Fäden definierten Ebene ausführen.

Anstelle von Fäden können auch stabilere Elemente verwendet werden, beispielsweise geformte Stäbchen, die sowohl Zug- als auch Druckkräfte aufnehmen können. Diese Stäbchen können röhrenförmig oder kegelförmig geformt sein, oder sie können die Form von Dreiecken aufweisen, die dann durch knotenblechartige Zusatzfolien verstärkt werden.

Verwendet man Stützelemente, die sowohl Zug- als auch Druckkräfte aufnehmen können, dann ist die Abstützung der Membrane von einer Seite ausreichend. Bei Verwendung der Fäden muß die Membrane jedoch auch von der anderen Seite her gehalten werden, beispielsweise durch Luftdruckunterschiede oder durch weitere Fäden, die den Fadenverlauf von der einen Seite der Membrane in gleicher Richtung fortsetzen. Damit jedoch hier eine Bewegung möglich ist, muß dann, wenn zwei Fäden auf verschiedenen Seiten, jedoch an einem Punkt der Membrane angreifen, jeweils ein Faden elastisch gehalten werden oder selbst aus elastischem Material bestehen.

Obwohl zur Erzeugung dieser Schallschwingungen beliebige Schwingungserzeuger verwendet werden können, so erv-eisen sich doch gerade bei dieser speziellen Art von Lautsprechermembranen bestimmte Systeme von Schwingungserzeugern als zweckmäßig.

So kann beispielsweise an einem Ende der Membrane selbst unmittelbar oder über ein Verbindungsglied ein Permanentmagnetblättchen aus einem hochpermeablen Material, beispielsweise aus Samarium-Kobalt, angebracht werden, das dann so in den Spalt eines Magnets eingebracht wird, daß es nur zum Teil in diesen Spalt reicht.

Auf der der Membrane abgewandten Seite ist dieses Plättchen dann elastisch gelagert. Eine andere, der vorliegenden Membrankonstruktion angepaßte Form des Antriebs besteht in einem speziellen Doppelmagnet, bei dem sich zwei im Querschnitt hufeisenförmige Magnete so gegenüberliegen, daß sich gegensätzliche Pole gegenüberstehen. Diese Magnetanordnung hat den Vorteil, daß nur geringe Streufelder, und damit nur geringe Verluste entstehen. In den Spalt zwischen diesem Doppelmagnet ist dann eine flache Spule eingebracht, die auf der Membrane direkt ausgebildet sein kann oder auf einem mit dieser Membrane verbundenen Plättchen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. 1 schematisch eine aus Einzelelementen zusammengesetzte Membrane zeigt;

F i g. 2 ist ein Schnitt längs der Linie H-II der F i g. 1;

Fig.3 zeigt eine Membrane, ähnlich wie Fig. 1, jedoch sind hier zwischen die Elementenreihen Schallleitstäbe eingebettet;

F i g. 4 ist ein Schnijt längs der Linie IV-IV der F i g. 3;

F i g. 5 zeigt schematisch die Anordnung der Gelenkstützen;

Fig.6 zeigt die Ausbildung der Gelenkstützen als Fäden;

Fig. 7 zeigt eine Membrane, die mittelbar über Schalleitsläbe an zwei Basiswandteilen abgestützt ist;

F i g. 8 zeigt eine der F i g. 7 ähnliche Anordnung, wobei jedoch die Schallschwingung von einem Schallleitstab über einen Polygonzug auf den anderen Schalleitstab übertragen wird;

F i g. 9 zeigt eine der F i g. 8 analoge Ausbildung, wobei jedoch der Seilzug an den Ecken nicht von außen gezogen, sondern von innen abgestützt wird;
Fig. 10 zeigt die Ausbildung einer gekrümmten Membrane;

F i g. 11 zeigt eine Fadenabstützung zur Verhinderung der Erregung unerwünschter Querschwingungen;

Fig. 12 zeigt einen Lautsprecher mit einseitig druckbeaufschlagten Membranen;

Fig. 13 zeigt in einer Seitenansicht der Fig. 12 den Einbau der Membrane in eine Schallwand;

Fig. 14 zeigt ein Gelenk im Randstreifen der Membrane und
F i g. 15 eine Variation der Lautsprecherform;

Fig. 16 zeigt ein dreieckförmiges, hohles Stützelement;

F i g. 17 zeigt dieses Element von der Seite;
Fig. 18 stellt ein blattförmiges Stützelement mit Versteifungsrippe dar;

Fig. 19 zeigt die Verwendung von Folien als Stützelemente;

Fig. 19a und 19b zeigen Ausführungen von Gelenkverbindungen;

F i g. 20 zeigt in einer Prinzipskizze einen Magnetantrieb;

Fig.21 zeigt einen Magnetantrieb mit drehbar gelagertem Permanentmagnet;

F i g. 22 stellt einen Doppelmagnetantrieb und
Fig. 23 die Form der zugehörigen Spule dar.

In Fig. 1 ist eine Membrane 1 dargestellt, die aus Einzelelementen 2 aufgebaut ist, die in Reihen 3 und Spalten 4 angeordnet sind und insgesamt die Form eines flachen Rechteckes aufweisen. Die Membranelemente sind aus F i g. 2 deutlicher zu sehen, sie bestehen aus kissenförmigen Einzelelementen, die dem Element die notwendige Versteifung geben, wobei diese Einzelelemente über Verbindungsnähte miteinander verbunden sind.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der Schalleitstäbe in diese Nahtstellen 5 eingebettet sind. Dabei sind die in Längsrichtung verlaufenden Schalleitstäbe 6 und 7 mit einem in Richtung des Doppelpfeils wirkenden Antrieb 8 verbunden, während die in quer verlaufenden so Nähten angeordneten Schalleitstäbe 9 im rechten Winkel hierzu verlaufen. Eine besonders zweckmäßige Art der Einbettung der Schalleitstäbe ist aus Fig.4 ersichtlich, aus der man sieht, daß zwischen den im Querschnitt halbkreisförmigen Rillen der Einzelelemente 2, die in einer Folie ausgebildet sind, die Stäbe 6 und 7 eingebettet sind, während die dazu quer verlaufenden Stäbe 9 in entsprechender analoger Weise in eine andere Folie eingesetzt sind, so daß die beiden Folien zunächst einzeln, beispielsweise durch Vakuumformung, verformt werden können und dann unter Bildung der Nähte miteinander verschweißt werden, wobei sich dann die in Längs- und Querrichtung verlaufenden Schalleitstäbe nicht stören.

Fig.5 zeigt schematisch im Schnitt, wie die

es Membrane durch die Gelenkstützen gehalten wird.

Diese Gelenkstützen 10 sind einerseits an einer gehäusefesten Basis 11 über ein Gelenk 12 verbunden und andererseits mit der Membrane 1 über jeweils ein

Gelenk 13. Zwei benachbarte Gelenkstützen bilden zusammen mit der Basis und der Membrane ein Parallelogramm. Die Membrane hat also praktisch nur noch einen Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich eine Bewegung längs eines Kreisbogens um ein Basisgelenk 12 mit Radius der Länge der Gelenkstütze. Die Membrane ist an die Basis gefesselt, und alle Einzelelemente dieser Membrane müssen zwangsweise die gleiche Bewegung ausführen. Der Winkel zwischen der Gelenkstütze und der Membranfläclie kann bei etwa 45° liegen, und der Antrieb des Motors, der beispielsweise auch in die Gelenkpunkte 13 eingeführt werden kann, erfolgt in Richtung über die Stütze 14, d. h. etwa in Richtung einer Tangente an die zwangsweise vorgeschriebene Kreisbewegung des Gelenkpunkts 13. Die Antriebsrichtung des Motors ist nicht auf einen bestimmten Winkel beschränkt, sie könnte auch in Richtung der Membrane oder in Richtung senkrecht dazu erfolgen, solange nur die Komponente der Antriebsbewegung in Richtung der Zwangsbewegung und in Richtung der Membranebene genügend groß sind, um einen ausreichenden Wirkungsgrad des Lautsprechers sicherzustellen. Ein zweckmäßiger Winkel ist dann erreicht, wenn die Bewegungskomponente senkrecht zur Fläche der Membrane etwa doppelt so groß ist, als die Komponente in Richtung der Membrane.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Gelenkelemente durch Fäden gebildet werden. Bei der Biegsamkeit der Fäden sind natürlich spezielle Gelenke nicht erforderlich, jedoch sind die Fäden 15 zweckmäßig über eine Feder 16 an der Basis abgestützt, da bei dieser Ausführungsform die Membrane nach beiden Seiten abgestützt ist Bei aufeinanderfolgenden Fäden kann die Federabstützung einmal auf einer Seite der Membrane und beim nächstfolgenden Faden an der anderen Seite der Membrane vorgenommen werden.

F i g. 7 zeigt nun eine ganz spezielle Ausführungsform der Erfindung, bei der die Membranen 2 über zwei Reihen von Stützelementen 17 und 18 nicht unmittelbar an einer Basis abgestützt sind, sondern mittelbar über Schalleitstäbe 19 und 20. Wenn sich diese beiden Schalleitstäbe in Gegenrichtung, z. B. in Richtung der ausgezogenen Pfeile 21, bewegen, dann wird die Membrane in der Darstellung der Fig.7 nach links gezogen. Der Winkel, den die Stützelemente, im vorliegenden Fall Fäden, an dem Schalleitstab 20 bilden, wird spitzer, während der Winkel am anderen Schalleitstab stumpfer wird. Nach Bewegungsumkehr erfolgt die Bewegung der beiden Schalleitstäbe in Richtung der gestrichelt eingezeichneten Pfeile 22, und die Bewegung der Membrane erfolgt dann in der Zeichnung nach rechts. Die beiden Schalleitstäbe können getrennt angetrieben werden, jedoch kommt man auch mit einem einzigen Antrieb aus, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist Zwei demselben Ende der Membrane benachbarte Schalleitstäbe sind über einen Polygonseilzug 23 miteinander verbunden. In den Ecken 24 des Polygons ist dieses Seil durch ein Stützelement 25 abgestützt, das selbst wiederum an der Basis 28 befestigt ist, die hier um die ganze Membrane herumgeführt ist Anstelle einer Abstützung des verbindenden Seilzuges nach außen kann dieser Seilzug auch nach innen abgestützt werden, beispielsweise durch eine Strebenanordnung 27, wie sie in Fig.9 gezeigt ist Diese Strebenanordnung ist um den Punkt 28 drehbar gelagert Im Gegensatz zu der Ausführung nach F i g. 8, bei der eine stabile Mittellage durch die Stützen 25 gesichert wird, gibt es bei der Ausführungsform nach F i g. 9 keine stabile Mittellage.

Bei den bisherigen Ausführungsformen ist die Membrane als ebene Fläche dargestellt. Grundsätzlich kann jedoch auch die Membrane längs einer gebogenen Fläche verlaufen, was insbesondere bei hochstehend angeordneten Membranen im oberen Teil wegen einer besseren Schallabstrahlung wünschenswert sein kann. Eine solche Membrane 29 ist gemäß Fig. 10 über

ίο Stützen 30 an einer Basis 31 gehalten, die in ihrem Verlauf dem Verlauf der Membrane folgt. Eine solche Membranbiegung soll natürlich nicht so stark sein, daß eine merkliche Energiespeicherung vor der Membrane eintritt.

is Werden als Gelenkstützen Fäden verwendet, so muß die Membrane nach beiden Seiten abgestützt werden, da die Fäden nur Zugspannungen aufnehmen können.

An sich könnte sich das an der Membrane befestigte Ende eines Fadens auf einer Kugelschale bewegen, jedoch kommt dieser Bewegungsmöglichkeit aus den oben angegebenen Gründen kaum eine praktische Bedeutung zu. Um jedoch unerwünschte Querschwingungen mit Sicherheit auszuschließen, können gemäß Fig.6a einzelne Fäden durch im Winkel zueinander angeordnete Doppelfäden ersetzt werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Hier ist eine Membrane 31 nach einer Seite mit einem einfachen Faden 32 über eine Feder 33 an einer Basis 34 abgestützt und nach der anderen Seite über zwei Fäden 35 an einer Basis 36. Die Ebene, in der die beiden Fäden 35 liegen, verläuft quer zur Richtung der Schwingungen in der Membrane 31. Eine Querschwingung wird auf diese Weise unterbunden.

Fig. 12 zeigt im Schnitt einen Lautsprecher mit zwei in entgegengesetzte Richtungen strahlenden Membranen 37 und 38. Die Membranen sind durch Stützfädenreihen 39 und 40 gehalten, die wiederum an Schalleitstäben 41 und 42 befestigt sind. Von diesen Schalleitstäben führen weitere Stützelementreihen 43 und 44 zu einer gehäusefesten Mittelwand 45, die sich außerhalb des Lautsprechers in eine Schallwand 46 fortsetzt. Da die Membranen bei dieser Ausführungsform nur von einer Seite durch Fadenreihen 39 bzw. 40 gehalten werden, und diese Fäden nur auf Zug beansprucht werden können, so ist eine weitere Kraft erforderlich, die die Membranen nach außen drückt. Diese Kraft wird durch die durch die Öffnung 47 in Richtung des Pfeils eingeblasene Luft erzeugt Das Gehäuse muß natürlich weitgehend luftdicht abgeschlossen sein, und um dies zu erreichen, ist — wie aus Fig. 13 ersichtlich ist — die Membrane 37 mit Randstreifen 48 versehen, die einerseits an gehäusefesten Abschlußplatten 49 befestigt und andererseits mit der Membrane luftdicht verbunden sind. Damit eine größere Amplitude der Lautsprechermembrane möglich ist, sind die Randstreifen gelenkig ausgebildet wie dies am besten im Schnitt in F i g. 14 zu sehen ist Der Randstreifen 48 ist über eine geknickte Folie 50 an der Platte 49 angelenkt und hat ein Mittelgelenk 51 und ist schließlich bei 52 mit der Membrane 37 verbunden. Der Randstreifen kann zwischen den Gelenken 50 und 51 bzw. 51 und 52 an den Stellen 53 und 54 verstärkt ausgebildet sein, beispielsweise aus einer Doppelfolie bestehen, während die Folie an den Gelenkstellen 50, 51 und 52 einfach ist so daß einer Aufweitung oder Verengung des Gelenkwinkels keine merklichen Kräfte entgegenstehen. An den vier Ecken der als rechteckig angenommenen Membrane 37 sind Klötze 55 vorgesehen, wobei zwischen diesen .

Klötzen und den Randstreifen ein schmaler Luftspalt verbleibt. Die durch diesen Luftspalt austretende Luftmenge ist so gering, daß sie leicht durch die bei 47 eingeblasene Luft ersetzt werden kann, so daß der Überdruck in der Lautsprecherkammer gesichert ist. Solche Luftspalte, die grundsätzlich auch längs eines ganzen Randes einer Membrane angeordnet sein können, sind so ausgebildet, daß sich die Breite des Luftspaltes bei einer Bewegung der Membrane oder der Membranränder nicht verändert. Die inneren Seitenwände eines solchen Klötzchens 55 verlaufen also senkrecht zur Membranebene. Dieser Verlauf ist jedoch nicht zwingend, und in manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Begrenzungswand so auszubilden, daß der Luftspalt breiter wird, wenn die Membrane nach außen bewegt wird. Die dann bei starker Auslenkung der Membrane austretende Luftmenge ist größer, und der Luftdruck nimmt an dieser Stelle als Funktion der jeweiligen Breite dieses Spaltes ab. Will man eine bestimmte Funktion erreichen, dann kann man diese Begrenzungsflächen auch gewölbt ausbilden. Der Antrieb ist in den Fig. 12 und 13 nur schematisch dargestellt, und die Scheibe 56 kann grundsätzlich durch ein beliebiges Magnetsystem in Schwingungen versetzt werden, wobei diese Schwingungen über einen Seilzug 57 auf Schalleitstäbe 58 übertragen werden. Fig. 15 zeigt eine im Prinzip ähnliche Ausführungsform, jedoch ist hier der Mittelkörper 59 etwa linsenförmig ausgebildet, und Schalleitstäbe 60 haben eine entsprechende Form und sind über Fadenanordnungen 61 und 62 mit einer Membrane 63 verbunden, die hier über Gelenkanordnungen 64 mit gehäusefesten Abstützungen 65 verbunden sind. Die seitlichen Ränder der Membrane können, wie dies bei der Erläuterung der Fig. 14 beschrieben wurde, unter Freilassung enger Luftspalte an Gehäusewänden anliegen, die bei der Darstellung der Fig. 15 parallel zur Zeichenebene und vor und hinter dieser Zeichenebene anzunehmen sind.

Die Fig. 16 zeigt ein Gelenkstützelement, das nicht nur auf Zug, sondern auch auf Druck beansprucht werden kann und das die Form eines Dreiecks hat. Die Spitze dieses hohlen dreieckigen Elements ist über ein Gelenk an der Membrane befestigt und über ein längeres Gelenk an einer Basis. Die Masse eines solchen Gelenkstützelements ist natürlich größer als die Masse eines Fadens, jedoch wirkt sich diese größere Masse nicht voll aus, weil sich das Stützelement zur Membrane hin verjüngt, und weil außerdem nur dieser zugespitzte Teil eine größere Bewegungsamplitude ausführt, so daß die Massenbelastung durch derartige Stützelemente erträglich ist. Fig. 17 zeigt dieses Element im Schnitt.

Das Stützelement der Fig. 18 entspricht im Prinzip dem der Fig. 17, jedoch tritt hier an die Stelle der Hohlausbildung eine Verstärkung einer Dreiecksfolie 66, durch eine im Winkel dazu angeordnete Folie. Die Verbindung mit der Membrane wird über ein Gelenk und mit der Basis über ein anderes Gelenk hergestellt.

Eine ganz andere Form der Ausbildung solcher Gelenkstützelemente zeigt die Fig. 19. Hier ist eine Membrane 67 an beiden Seiten über Folien 68 und 69 an jeweils einer Basis 70 bzw. 71 abgestützt. Diese Folien, die mit Öffnungen 72 versehen sein können, um einen besseren Schalldurchtritt zu erlauben, sind mit einem Rand 73 an der Membrane 67 und mit dem gegenüberliegenden Rand 74 an der Basis 71 befestigt. Die Befestigung an einem Rand sollte dabei über eine federnde Anordnung erfolgen, wie sie in den Fig. 19a und 19b gezeigt ist. Eine solche Anordnung kann in einer einfachen Biegung, vgl. Fig. 19a, oder in einer mehrfachen Faltung bestehen, vgl. Fig. 19b.

Obwohl als Antrieb grundsätzlich ein beliebiger, für Lautsprecher üblicher Antrieb verwendet werden kann, so gibt es doch Antriebsmöglichkeiten, die dem Lautsprecher gemäß der Erfindung besonders angepaßt sind. F i g. 20 zeigt beispielsweise einen Antrieb, der sich gut eignet, wenn ein stabförmiges Schalleitelement 75 in Schwingung versetzt werden soll. Dieser Antrieb besteht aus einem Magnetkern 76, der durch eine Spule 77 erregt wird und in dessen Spalt 78 ein Plättchen 79 aus Samarium-Kobalt eingesetzt ist. Dieses Samarium-Kobaltplättchen taucht dabei in Ruhelage nur zum Teil in den Raum zwischen den Polen ein, so daß es bei Erregung weiter in den Spalt hineingezogen wird.

Fig.21 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform.

Zwei Permanentmagnetplättchen 80 und 81, die jeweils nur zum Teil in den Spalt eines Magnets eintauchen, sind so gelagert, daß sie um den Drehpunkt eine Pendelbewegung ausführen können. Die Plättchen sind dabei so magnetisiert, daß sie durch das Magnetfeld einen Impuls in gleicher Richtung erfahren, das eine also in den Spalt gezogen wird, während das andere aus dem Spalt gestoßen wird.

Eine andere Art des Antriebs ist in den F i g. 22 und 23 dargestellt. Fig.22 zeigt dabei in perspektivischer Darstellung einen Motor 82, der eine Flachspule 83 antreibt. Der Motor besteht im Prinzip aus zwei einander zugewandten Hufeisenmagneten 84 und 85, wobei jeweils Pole entgegengesetzten Vorzeichens einander gegenüberliegen. In diese Polspalte ist eine Flachspule 83 eingeschoben, die so in den Spalträumen zu liegen kommt, wie dies aus F i g. 22 ersichtlich ist. Da das Magnetfeld in einem Spaltraum 86 dem Magnetfeld des Spaltraums 87 entgegengesetzt gerichtet ist, und der Strom in der Magnetspule 83 in den beiden Spalträumen ebenfalls entgegengesetzte Richtung hat, so wird in beiden Spalträumen ein Bewegungsimpuls in gleicher Richtung auf die Spule ausgeübt Der Wirkungsgrad dieses Antriebs liegt besonders hoch, da die magnetischen Verluste infolge eines magnetischen Streufeldes außerordentlich gering sind.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (30)

Patentansprüche:

1. Lautsprecher mit einem Gehäuse, mit einer daran gehaltenen Membrane und mit einem Antrieb für diese Membrane, dadurch gekennzeichnet, daß diese Membrane durch starre Stützelemente (90) am schalldurchlässigen, gitterförmigen Gehäuse (11) an vielen über die Fläche verteilten Punkten (12) abgestützt ist, wobei die Stützelemente mit der Membrane einen spitzen Winke! bilden und in annähernd parallelen Flächen liegen, und wobei die zwischen den Abstützpunkten liegenden Abschnitte der Membrane steif sind und die Einrichtung (14) zur Einleitung des Schalls so mit der Membrane verbunden ist, daß die gesamte akustische Antriebsbewegung oder wenigstens eine merkliche Komponente in die Richtung senkrecht zur Richtung der Abstützelemente fällt

2. Lautsprecher mit einem Gehäuse, mit einer daran gehaltenen Membrane und mit einem Antrieb für diese Membrane, dadurch gekennzeichnet, daß diese Membrane über eine erste Gruppe (91) von starren Stützelementen an parallel zur Membrane verlaufenden Schalleiterelementen (19, 20) abgestützt ist, die ihrerseits über eine zweite Gruppe (92) von untereinander parallelen, mit denen der ersten Gruppe jedoch einen Winkel bildenden Stützelementen am schalldurchlässigen, gitterförmigen Gehäuse (93) an vielen über die Fläche verteilten Punkten abgestützt sind, und wobei die zwischen den Abstützpunkten liegenden Abschnitte der Membrane steif sind und die gesamte akustische Antriebsbewegung (21,22) längs der Schalleitelemente erfolgt.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Abschnitte der Membrane durch Formgebung, beispielsweise durch schalenartige Ausbildung, erreicht ist.

4. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Membrane durch einen auf die Membrane ausgeübten Druck, beispielsweise einen Gasdruck, erzielt wird (Fig. 12).

5. Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte kissenförmig sind und ein Gasvolumen umschließen (F i g. 2). +5

6. Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannung der Membrane erzeugende Gasdruck der Staudruck eines auf die Membrane wirkenden Gasstromes (47) ist, wobei die Abschnitte in Form von Halbschalen (37) ausgebildet sein können.

7. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Abschnitte in parallelen Reihen und vorzugsweise noch in zu diesen Reihen senkrechten Zeilen angeordnet sind.

8. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte einen rechteckigen Umriß aufweisen.

9. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Membrane eine hohe Schallgeschwindigkeit aufweist.

10. Lautsprecher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Material Kevlar verwendet wird.

11. Lautsprecher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Polycarbonat- oder Polyester- oder Kaptonfolie oder eine Metallfolie aus Aluminium oder Titan ist

12. Lautsprecher nach einein der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente mit der Membrane einen Winkel von 45° bilden.

13. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente aus Fäden bestehen, von der Basis im Winkel zur Membrane führen, daran befestigt sind und von dort in gleicher Richtung zu einer gehäusefesten Gegenbasis führen.

14. Lautsprecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden an der Basis oder an der Gegenbasis über Federn befestigt sind, wobei diese Federn bei aufeinanderfolgenden Fäden vorzugsweise einmal an der Seite der Basis und einmal an der Seite der Gegenbasis angeordnet sind.

15. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Fadens zwei Fäden verwendet werden, die einen Winkel miteinander bilden, wobei der Scheitel des Winkels in der Membrane liegt

15. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente aus Röhrchen bestehen, die an den Enden flach gequetscht sind und an diesen Stellen Gelenke bilden.

17. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente die Form von gleichschenkeligen Dreiecken mit kleiner Basis haben, wobei die Spitze des Dreiecks gelenkig mit der Membrane und die Basisfläche gelenkig mit der gehäusefesten Basis verbunden ist.

18. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente durch Folien gebildet werden, die gelocht oder gewellt sein können und die einerseits mit der Basis und andererseits mit der Membrane verbunden sind.

19. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente durch Gewebestücke gebildet werden, die einerseits mit der Membrane und andererseits mit der Basis verbunden sind.

20. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Membrane zwischen die Einzelelemente Schalleitelemente eingebettet sind, die aus einem Material mit hoher Schallgeschwindigkeit bestehen.

21. Lautsprecher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schalleitelemente Stäbe mit rechteckigem, kreisförmigem oder halbrundem Querschnitt sind.

22. Lautsprecher nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für diese Schalleitelemente eine Mischung aus etwa 60% Graphit und 40% Epoxyharz verwendet wird.

23. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu beiden Seiten der Membrane angeordnete Schalleitstäbe mit ihren Enden über einen Polygonseilzug miteinander verbunden sind, wobei das Seil an den Ecken des Polygons durch Stützen gehalten wird, die in der Winkelhalbierenden des jeweiligen Seilwinkels angeordnet sind.

24. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu beiden Seiten der Membrane angeordnete Schalleitstäbe über ein

drehbar gelagertes Radsegment miteinander verbunden sind.

25. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane vom Gehäuse eng umschlossen wird, wobei vorzugsweise oben oder unten nur ein kleiner Luftspalt zwischen Gehäuse und Membrane freibleibt

26. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die AntriebsricÄtung des Motors mit der Fläche der Membrane einen spitzen Winkel bildet, wobei die Bewegungskomponente senkrecht zur Membranoberfläche wenigstens gleich der in der Fläche der Membrane verlaufenden Komponente ist

27. Lautsprecher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Motorantriebs in Richtung des durch die Stützelemente zugelassenen Freiheitsgrades der Membranbewegung ist.

28. Lautsprecher nach Anspruch z7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein Elektroantrieb verwendet wird, der aus einem durch eine Spule erregten Magnet mit flachem Luftspalt besteht, und daß der Anker aus einem Material hoher Koerzitivkraft (z. B. aus einer Samarium-Kobaltplatte) besteht, die in Ruhelage federnd vorgespannt ist und nur zum Teil in das zwischen den Polschuhen herrschende Magnetfeld eintaucht

29. Lautsprecher nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch an zwei gegenüberliegenden Enden der Membrane angeordnete Motoren erfolgt, die auf die Membrane bzw. auf in die Membrane eingebettete Schalleitstäbe einwirken.

30. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein Flachmotor verwendet wird, dessen auf einen flachen Träger aufgebrachte Spule in einen Doppelspalt eingebracht ist, wobei die beiden Spalte durch einander gegenüberliegende, konträre Pole zweier im Querschnitt etwa hufeisenförmige Magnete gebildet werden.