DE2709374A1

DE2709374A1 - Elektroakustischer wandler

Info

Publication number: DE2709374A1
Application number: DE19772709374
Authority: DE
Inventors: Werner Falkenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2395659B1; DE2709374B2; US4139733A; FR2395659A1; DE2709374C3

Description

Werner Falkenberg, Freiheitsweg 15, 1000 Berlin 51

Elektroakustischer Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen elktroakustischen Wandler für die Tonwiedergabe, aus einem von mehreren konvex vorgekrümmten, biegefähigen Membransegmenten gebildeten, im wesentlichen olivenförmigen Membrankörper, aus innerhalb des Membrankörpers angeordnetem Dämpfungsmaterial, aus mindestens einem an einem Ende des Membrankörpers angeordneten Schwingungserzeuger, dessen Schwing· spule mit dem Membrankörper verbunden ist, und aus einer starren Verbindung des anderen Endes des Membrankörpers mit dem Gehäuse des Schwingungeerzeugers. ·.

Ein elektroakustischer Wandler dieser Art ist aus der FR-PS "862 867

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bekannt. Bei diesem ist das innerhalb des Membrankörperp angeordnete Dämpfungsmaterial scheiben -, würfel- oder olivenförmig ausgebildet, wobei der äussere Umfang des olivenförmigen Dämpfungskörpers kleiner als der innere Umfang des olivenförmigen Membrankörpers ist und wobei der Dämpfungskörper perforiert ist, um Luft hindurch-treten zu lassen. Die Membransegmente dieses bekannten Membrankörpers unterliegen bei Erregung durch die Tauchspule des Schwingungserzeugers sowohl axialen als auch radialen Verformungen, wobei die mit der Schwingspule gleichphasig axial schwingenden Teile der Membransegmente in Gegenphase zu den radial schwingenden Teilen der Membransegmente liegen. Hieraus resultieren sowohl » nichMineare als auch lineare Verzerrungen, insbesondere tiefer Frequenzen. Darüberhinaus führen die auf den Membransegmenten sich bildenden Transversalwellen zu Interferenzen und damit zu Verzerrungen in der Tonwiedergabe.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Membrankörper verzerrungsfrei schwingen kann, so dass eine eindeutige radiale Abstrahlung phasengleicher Schwingungen erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die einzelnen Membransegmente aus mindestens zwei Schichten unterschiedlich harter Materialien gebildet sind, deren äussere Schicht zur Schallabstrahlung aus hartem Material und deren innere Schicht oder Schichten aus weicheren Materialien bestehen, deren Weichheit nach innen, hin zunimmt, dass

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•die einzelnen mehrschichtigen Membransegmente durch Sicken bildende elastische Streifen untereinander verbunden sind, dass die Länge und

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Krümmung der einzelnen Membransegmente entsprechend dhrem wiederzugebenden Frequenzbereich so bemessen ist, dass der Drehpunkt der Membransegmente unmittelbar an den von den axial gerichteten Schwingkräften beaufschlagten Enden des Membrankörpersliegt, womit die Drehpunktlage so definiert ist, dass die Auslenkungon der Membransegmente an der Peripherie des Membrankörpersimmer grosser sind als die axial gerichteten Auslenkungen der Schwingspule, und dass das innerhalb des Membrankörpee angeordnete und diesenausfüllende Dämpfungs mate rial den Membransegmenten eine radial nach aussen gerichtete Vorspannung erteilt.

Da aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung des Membrankörpers die einzelnen Membransegmente bei einer Auslenkung nach innen einen grösseren Widerstand erfahren als bei einer Auslenkung nach aussen, wird die Unsymmetrie der Amplitudeider Membransegmente aus ihrer Mittellage heraus kompensiert.

Die unmittelbare Verlegung des Drehpunktes der Membransegmente an die Enden des Membrankörpershält gegenphasig schwingende Membransegmentteile so klein, dass diese nicht zu Auslöschungen oder Verzerrungen von Schwingungen führen können und somit auch Flächenverluste des Membrankörpers ausschliessen.

Unter Drehpunkt wird bei dem erfindungsgemässen Membrankörper derjenige Punkt verstanden, um den eine Änderung der Schwingrichtüng eintritt, nämlich von der axialen, gleichphasig mit der Schwingspule schwingenden Richtung in die radiale Richtung, in der die Membransegmente schwingen sollen.

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Die erfindungsgemässe Verlagerung des Drehpunktes an den Rand bzw. an die Enden de Membrankörpeiserbringt den weiteren Vorteil einer geringen Krümmung der Membransegmente, wodurch eine grosse Übersetzung bewirkt wird. Es werden nämlich die von der Schwingspule erzeugten Amplituden in bedeutend grössere Amplituden der abstrahlenden Membransegmente übersetzt, so dass bei relativ grossen Membranflächen, die beim Gegenstand der Erfindung genutzt werden können, die Amplituden der Schwingspulen ausserordentlich klein gehalten werden können, z. B. 0, 5 bis 1, 5 mm. Damit können auch die geometrischen Abmessungen des magnetischen Feldes kleingehalten werden. ,

Dies hat zur Folge, dass sich aufgrund der quadratischen Beziehung der magnetischen Feldstärke zur Polflächengrösse ein stark konzentriertes homogenes Magnetfeld aufbauen lässt, welches zusätzlich eine hohe Bedämpfung der Schwingspule in mechanischer und elektrischer Art ermöglicht.

Erfindungegemäss ist die Schwingspule nicht in herkömmlicher Weise in einer leicht beweglichen Zentrierung aufgehängt, sondern befindet sich mit ihrem-oberen Schwingspulenhals in einer Gummimasse, welche einem Oberschwingen der Membransegmente entgegenwirkt und in gleicher Weise Verzerrungen tiefer Frequenzen vermeidet.

Die erfindungsgemässe Drehpunktlage unmittelbar an den Enden des Membrankörperskann nur für einen begrenzten Frequenzabschnitt erfüllt werden, so dass erfindungegemäss für einen grossen Frequenzbereich mehrere, in der Grosse unterschiedliche und vorteilhafterweise über-

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einander axial angeordnete Membrankörper verwendet werden.

Die Länge und Krümmung der Membransegmente wird um so kleiner, je höher der abgestrahlte Frequenzbereich des entsprechenden Membrankörpers ist. Dies führt bei extrem hohen Frequenzen zu einem nur wenig in der Mitte erweiterten kurzen Rohr von geringer Länge (nur wenige Zentimeter). Grössere Abstrahlleistungen werden erfindungsgemäss unter Einhaltung der Drehpunktlage der Membransegmente durch grössere Schwingspulendurchmesser erreicht, was mit grösseren Membranflächen gleichbedeutend ist, wobei de Amplituden und das

♦ Rundstrahlverhalten jedoch gleich bleiben.

Im Gegensatz hierzu werden bei bekannten herkömmlichen Wandlern die Abstrahlverhältnisse durch eine Vergrösserung der Membran -verschlechtert, insbesondere auferund der lästigen Richtwirkung höherer Frequenzanteile, so z. B. bei Wandlern mit parallel schwingenden Flächen.

Die Abstrahlung des erfindungsgemässen Wandlers erfolgt daher weniger kugelförmig ab mehr in der Ausbreitung ebener, nach allen Seiten gerichteter Schallwellen, deren Energie nicht so stark abnimmt, wie die Energie einer Kugelwelle, die sich mit wachsender Entfernung auf immer grössere Kugelschalen verteilen muss. Im Zusammenhang mit dies ent Phänomen und der richtwirkungsfreien Schallab strahlung zeigt der erfindungsgemässe Wandler ein bisher nicht bekanntes Schallphänomen, das darin besteht, dass bei Annäherung an den Wandler keine Zunahme der Schallintensität wahrnehmbar ist, jedoch in grösserer Entfernung vom Wandler wieder als stärker empfunden wird.

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Der erfindungsgemässe Wandler ist daher nicht ortsgebunden und kann sowohl in nächster Nähe als auch in grosser Entfernung ohne Beeinträchtigung der Schallintensität, z. B. beim Stereoeffekt, gehört werden.

Die einzelnen, in der Grosse unterschiedlichen Membrankörper können sowohl durch separate Magnetsysteme als auch in bevorzugter Weise unmittelbar aneinander gesetzt und durch einen einzigen Schwingungserzeuger betrieben werden. Diese Anordnung kann äquivalent einem elektrischen Filter aufefasst werden, denn die axial gerichteten * Schwingungen kommen durch die erfindungsgemässe Ausführung nicht zur Auswirkung und werden nur durch den für den entsprechenden Frequenzbereich ausgelegten Membrankörper radial abgestrahlt.

Bei dieser Ausführungsform bildet jeder einzelne Membrankörper durch die Unterteilung und Verbindung mittels eines radial nicht dehnungsfähigen Körpers, z. B. eines Ringes oder einer Scheibe, ein in sich abgeschlossenes, schwingungsfähiges System, wobei das letzte, grössere System über die starre Verbindungsachse mit dem Antriebsmagneteifjzw'. dem Gehäuse verbunden ist.

Die Schwingspule ist mit dem kleineren Membrankörper für die höheren Frequenzen verbunden und hält so die höheren Frequenzanteile durch radiale Auslenkung seiner Membrane egmente vom grösseren Membrankörper fern.

Die tieferen Frequenzen werden axial weitergeleitet und so durch die

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entsprechenden Memhrankörper zur Aufteilung und damit ?ur Abstrahlung gebracht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden den Membransegmenten auf ihrer Oberfläche oder innerhalb der einzelnen Membranschichten weiche piezoelektrische Folien in Form von Streifen aufgeklebt, deren Spannungsabgabe beim Schwingen der Membransegmente für eine Gegenkopplung innerhalb des Verstärkerteils genutzt werden und so Verzerrungen auf ein Minimum vermindern.

Dieses ist bei der Erfindung im besonderen Masse möglich, da die Biege elemente des piezoelektrischen Schwingers weitgehend gleichwertig mit den Schwingungen der Membransegmente sind und nur dort zur Wirkung kommen, wo die Verzerrungen entstehen. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Wandlern, bei denen meist Gegenkopplungsspannungen an der Schwing^spule erzeugt werden, die absolut nicht identisch mit den freischwingenden, unkontrollierten Partialschwingungen ihrer Membranen sind.

Die Verbindung der einzelnen Membransegmente erfolgt durch Sicken bildende Streifen. "Bei kleinen Membrankörpern können die Membransegmente direkt verbunden sein, da sie ihre Querelastizität durch geprägte Längs-Hohlkehlen erhalten.

Innerhalb der Membrankörper ist elastisches Dämpfungsmaterial angeordnet, das den gesamten Innenraum der Membrankörper ausfüllt und

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mit den Membransegmenten durch einen verketteten Berührungskontakt verbunden ist und diesen eine Vorspannung nach aussen erteilt. Als

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Füll-bzw. Dämpfungsmaterial kommen insbesondere Schaumgummi, Schaumstoff, Glasfaser, Watte und dgl. zur Anwendung. Das Füllgut unterliegt gewissermassen dem Schwingungsprozess und der Verformung des Membrankörpers. Die einzelnen Schichten der Membransegmente sind miteinander insbesondere durch elastische Kleber verbunden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen elektroakustischen Wandlers aus zwei Membrankörpern unterschiedlichen* Grosse für eine Frequenzaufteilung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den kleinen Membrankörper und Fig. 3 einen Querschnitt durch den grossen Membrankörper.

Der elektroakustische Wandler besteht aus zwei Membrankörpern 1, 2 , von denen der Membrankörper 1 tiefe Frequenzen und der Membrankörper 2 hohe Frequenzen abstrahlt. Die beiden im wesentlichen olivenförmig ausgebildeten Membrankörper 1, 2 sind in ihrer Verbindungsebene durch einen scheibenförmigen starren Körper 3 miteinander verbunden, der aus einem radial nicht dehnungsfähigen Ring oder einer Scheibe besteht. Der Membrankörper 1 ist an seinem oberen Ende mit einer starren Gegenplatte 4 verbunden, die mittels einer starren Verbindungsstange 5 mit dem Magnet 6 und der Grundplatte 7 eines Schwingungs- erzeugers festverschraubt ist. Die Schwingspule 8 des Schwirigungserzeugers ist mit dem kleinen Membrankörper 2 verbunden, welcher

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unmittelbar über der Angriffslinie der Schwingspule 8 von einer als Bückstellkraft wirkenden und zentrierenden Gummimasse 9, die membranartig ausgebildet sein kann, umschlossen ist.

Die einzelnen Membransegmente 10,11 jedes Membrankörpers 1, 2 sind aus mehreren Schichten 12,13,14 unterschiedlich harter Materialien gebildet, deren äussere Schicht 12 zur Schallabstrahlung aus hartem Material, insbesondere aus Aluminium oder Kunststoffolie, und deren innere Schichten 13, 14 aus weichem Material, insbesondere Schaumkunststoff bestehen. Die innere Schicht 14 ist mit einer inneren Füllung 15 des Membrankörpers 1, 2 , die aus Glasfaser, Watte oder dgl. «bestehen kann,verkettet und erteilt somit den Membransegmenten 10,11 eine nach aussen radial gerichtete Verzugs spannung bzw. Vorspannung. Die Membransegmente 10,11 sind mit längsseitig durchgehenden geprägten Hohlkehlen H (Fig. 2, 3) versehen, die zu einer Erhöhung der Steifigkeit und zur Massearmut beitragen. Ferner dienen diese Hohlkehlen H für eine verlangte Elastizität quer zu den Membransegmenten 10,11 also tangential zur Ffapherie des Membrankörpers 1, 2. Die Verbindung der Membransegmente 10,11 untereinander erfolgt durch Sicken S (Fig. 3).

Der kleine Membrankörper 2 wird durch ein kegelstumpf artiges, schalldurchlässiges perforiertes Mantelblech 16 gegen Beschädigung geschützt. Der grössere Membrankörper 1 für die mittleren und tiefen Frequenzen bedarf eines Schutzes weniger, da dieser aus stärkerem Material besteht.

Der obere Abschluss durch einen Halteknopf 17 bringt eine wesentliche

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Erleichterung beim Hin- und Herbewegen des Wandlers, welche bei herkömmlichen Wandlern oft zum Problem geworden ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Elektroakustischer Wandler für die Tonwiedergabe, aus einem von mehreren konvex vorgekrümmten biegefähigen Membransegmenten gebildeten, im wesentlichen olivenförmigen Membrankörper, aus innerhalb des Membrankörpers angeordnetem Dämpfungsmaterial, aus mindestens einem an einem Ende des Membrankörpers angeordneten Schwingungserzeuger, dessen Schwingspule mit dem Membrankörper verbunden ist, und aus einer starren Verbindung des anderen Endes des Membrankörpers mit dem Gehäuse des Schwingungserzeugers, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Membransegmente (10,11) aus mindestens zwei Schichten (12,13,14) unterschiedlich harter Materialien gebildet sind, deren äussere Schicht (12) zur Schallabstrahlung aus hartem Material und deren innere Schicht oder Schichten (13,14) aus weicheren Materialien bestehen, deren Weichheit nach innen hin zunimmt, dass die einzelnen mehrschichtigen Membransegmente (10,11) durch Sicken(S)bildende elastische Streifen untereinander verbunden sind, dass die Länge und Krümmung der einzelnen Membransegmente (10,11) entsprechend ihrem wiederzugebenden Frequenzbereich so bemessen ist, dass der Drehpunkt der Membransegmente (10,11) unmittelbar an den von den axial gerichteten Schwingkräften beaufschlagten Enden der Membrankörper.(l, 2) liopt, womit die Drehpunktlage so definiert ist, duss die AuHlcnkunj^n der Membransegmente (10,11) an der Peripherie der Membrankörper (1, 2)

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immer grosser sind als die axial gerichteten Auslenkungen, der Schwingspule (8), und dass das innerhalb der Membrankörper (1, 2) angeordnete und diese ausfüllende Dämpfungsmaterial (15) den Membran Segmenten (10,11) eine radial nach aussen gerichtete Vorspannung erteilt.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Membransegmente (10,11) zur grösseren Längsstabilität und iininRorcti Qui'rt'l;inti'/.it;it mit liiii/jUMciti/J durrli/j<!lu:ridini HoIiI-kehlen(Ip versehen sind, so dass die Möglichkeit gegeben ist, bei kleineren Membrankörpern (2) die Membranelemente (11) an ihren Kanten ohne Verwendung von elastischen SickenfSjdirekt zu verbinden.

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Frequenzaufteilung zwei oder mehr in der Grosse unterschiedliche Membrankörper (1, 2) entlang ihrer Achse (5) unmittelbar aneinander gesetzt sind, dass jeder Meinbrankötpor (1,2) mit dem nächst grösacren durch einen radial nicht dehnungsfähigen Ring oder eine starre Scheibe (3) verbunden ist, und dass an dem einen freien Ende des Meinen Membrankörpers (2) die Schwingspule (8) eines Schwingungserzeugers angeordnet ist, wohingegen am entgegengesetzten freien Ende des grossen Membrankörpers (1) eine Gegenplatte (4) angebracht ist, welche über die starre Verbindungsachse (5) mit dem Magneten (6) bzw. der Bodenplatte (7) des Schwingungserzeugers verbunden ist.

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr in der Grosse unterschiedliche Membrankörper (1, 2) entlang ihrer Achse (5) unmittelbar aneinandergesetzt

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und durch radial nicht dchnungefiihjge Ringe oder Scheibcn\(3) miteinander verbunden sind und dass die Membrankörper (1, 2) durch separate Schwingungserzeuger angetrieben sind, von denen je einer einem Membrankörper (1,2) zugeordnet ist.

5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das innerhalb des Membrankörpers (1, 2) angeordnete Dämpfung s mate rial (15) den gesamten Innenraum des Membrankörpers (1, 2) bis an die Innenfläche der inneren Schicht (14) ausfüllt und frei von Lufteinschlüssen ist.

β. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Höchsttöner der Membrankörper (1,2) nur aus einer in der Mitte wenig erweiterten, massearmen rohrförmigen, kurzen Membran besteht.

7.Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Oberflächen oder innerhalb der einzelnen Schichten der Munibransegmcntc (10,11) piezoelektrische Bicgeelcmcnte angebracht sind, deren Spannungsabgabe beim Schwingen der Membransegmente (10,11) zu einer Gegenkopplung innerhalb eines Verstärkers verwendet sind.

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