DE2709374B2 - Elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler ge.näß der Gattung des Patentanspruches 1.

Ein elektroakustischer Wandler dieser Art ist aus der FR-PS 8 62 867 bekannt Bei diesem ist das innerhalb des Membrankörpers 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 hindurchtreten 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 nichtlineare als auch lineare Verzerrungen, insbesondere tiefe Frequenzen. Darüber hinaus 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 gemäß der Gattung des Patentanspruches 1 zu schaffen, dessen Membrankörper verzerrungsfrei schwingen kann, so daß eine eindeutige radiale Abstrahlung phasengleicher Schwingungen erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1. Von diesen ist das Merkmal einer aus mehreren, fest miteinander verbundenen Schichten bestehenden Lautsprechermembran an sich aus der DE-OS 9 05 378 bekannt.

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 Amplituden der Membransegmente aus ihrer Mittellage heraus kompensiert.

Die unmittelbare Verlegung des Drehpunktes der

Membransegmente an die Enden des Membrankörpers hält gcgenphasig schwingende Membransegmentteile s,o klein, dall diese nicht zu Auslöschungen oder Verzerrungen von Schwingungen führen können und somit auch Flächenverluste des Membrankörpers ausschließen.

Unter Drehpunkt wird bei dem erfindungsgemäßen (tfembrankörper derjenige Punkt verstanden, um den iiine Änderung der Schwingrichtung eintritt, nämlich von der axia.en, gleichphasig mit der Schwingspule schwingenden Richtung in die radiale Richtung, in der die Membransegmente schwingen sollen.

Die erfindungsgemäße Verlagerung des Drehpunktes an den Rand bzw. an die Enden des Membrankörpers erbringt 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 Membranflachen, die beim Gegenstand der Erfindung genutzt v/erden können, die Amplituden der Schwingspuien auOerordentlich klein gehalten werden können, z. B. 0,5 bis 1,5 mm. Damit können auch die geometrischen Abmessungen des magnetischen Feldes kleingehalten v/erden.

Dies hat zur Folge, daß sich aufgrund der quadratischen Beziehung der magnetischen Feldstärke zur F'olflächengröße ein stark konzentriertes homogenes Magnetfeld aufbauen läßt, welches zusätzlich eine hohe Eledämpfung der Schwingspule in mechanischer und elektrischer Art ermöglicht.

Erfindungsgemäß 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 Überschwingen der Membransegmente entgegenwirkt und in gleicher Weise Verzerrungen tiefer Frequenzen vermeidet.

Die erfindungsgemäße Drehpunktlage unmittelbar an den Enden des Membrankörpers kann nur für einen begrenzten Frequenzabschnitt erfüllt werden, so daß erfindungsgemäß für einen großen Frequenzbereich mehrere, in der Größe unterschiedliche und vorteilhafterweise übereinander axial angeordnete Membrankörper verwendet werden.

Die Lange und Krümmung der Membransegmente wird um so kleiner, je höher der abgestrahlte Frequenzbereich des entsprechenden Membrankörpers isit. Dies führt bei extrem hohen Frequenzen zu einem nur wenig in der Mitte erweiterten kurzen Rohr von geringer Länge (nur wenige Zentimeter). Größere Abstrahlieistungen werden erfindungsgemäß unter Einhaltung der Drehpunktlage der Membransegmente durch größere Schwingspulendurchmesser erreicht, was mit größeren Membranflächen gleichbedeutend ist, wobei die Amplituden und das Rundstrahlverhalten jedoch gleich bleiben.

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

Die Abstrahlung des erfindungsgemäßen Wandlers erfolgt daher weniger kugelförmig als 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 diesem Phänomen und eier richtwirkungsfreien Schallabstrahlung zeigt der erfin-

dungsgemäße Wandler ein bisher nicht bekanntes Schallphänomen, das darin besteht, daß bei Annäherung an den Wandler keine Zunahme der Schallintensität wahrnehmbar ist, diese jedoch in größerer Entfernung vom Wandler wieder als stärker empfunden wird.

ίο 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 Größe 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 aufgefaßt werden, denn die axial gerichteten Schwingungen kommen durch die erfindungsgerr \3e Ausführung nicht zur Auswirkung und werden nur dr^rch 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, wo· bei das letzte, größere System über die starre Verbindungsachse mit dem Antriebsmagneten bzw. 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 Membransegmente vom größeren Membrankörper fern.

Die tieferen Frequenzen werden axial weitergeleitet und so durch die entsprechenden Membrankö:per zur Aufteilung und damit zur Abstrahlung gebracht

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wurden 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

so möglich, da die Biegeelemente des piezoelektrischen Schwingers weitgehend gleichwertig mit den Schwingungen der Membransegmente sind und nur dort zur Wirkung kommen, wo die Verzerrungen entstehen. Dies steh* im Gegensatz zu bekannten Wandlern, bei denen meist Gegenkopplungsspannungen an der Schwingspule erzeugt werden, die absolut nicht identisch mit den freischwingenden, unkontrollierten Partialschwinguiigen ihrer Membranen sind.

Die Verbindung der einzelnen Membransegmeme

wi erfolgt durch Sicken bildende Streifen. Bei kleinen Membrankörpern können die Membransegmente direkt verbunden sein, da sie ihre Querelastiziiät durch geprägte Längs-Hohlkehlen erhalten.

innerhalb der Membrankörper ist elastisches Dämp-

.· ι fungsmaterial angeordnet, das den gesamten Innenraum der Membrankörper ausfüllt und mit den Membransegmenten durch einen verketteten Berührungskontakt verbunden ist und diesen eine VorsDannune nach außen

erteilt. Als Füll- bzw. Dämpfungsmateria! 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 zeigt

Fig. I eine Ansicht eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers aus zwei Membrankörpern unterschiedlicher Größe für eine Frequenzaufteilung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den kleinen Membrankörper und

Fig. 3 einen Querschnitt durch den großen Membrankörper.

Der elektroakustisch^ Wandler besteht aus zwei fvieiiibratiikörpern i,2, von denen der iviembrankorper i 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 eine 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 de,- Grundplatte 7 eines Schwingungserzeugers fest verschraubt ist. Die Schwingspule 8 des Schwingungserzeugers ist mit dem kleinen Membrankörper 2 verbunden, welcher unmittelbar über der Angriffslinie der Schwingspule 8 von einer als Rückstellkraft 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

to innere Schicht 14 ist mit einer inneren Füllung 15 des Membrankörpers 1,2, die aus Glasfaser, Witte oder dgl. bestehen kann, verkettet und erteilt somit den Membransegmenten 10, 11 eine nach außen radial gerichtete Vorzugsspannung bzw. Vorspannung. Die Membransegmente 10, 11 sind mit längsseitig durchgehenden geprägten Hohlkehlen H (F ig. 2, 3) versehen, die zu einer Erhöhung der Steifigkeit und zur Massearmut beitragen. Ferner dienen diese Hohlkehlen H fur eine verlangte Elastizität quer zu den Membran-Segmenten 10, 11 also tangential zur Peripherie des Membrankörpers I, 2. Die Verbindung der Membransegmente 10, 11 untereinander erfolgt durch Sicken (F ig. 3).

Der kleine Membrankörper 2 wird durch ein kegelstumpfartiges, 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 Erleichterung beim Hin- und Herbewegen des Wandlers, welche bei herkömmlichen Wandlern oft zum Problem geworden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler für die Tonwiedergabe, aus einem von mehreren konvex vorgekrümmten bisgefähigen, durch Sicken bildende elastische Streifen untereinander verbundenen Membransegmenten gebildeten, im wesentlichen olivenförmigen Membrankörper, aus innerhalb desselben angeordneten 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 is einzelnen Membransegmente (10, 11) aus mindestens zwei Schichten (12, 13, 14) unterschiedlich harter Materialien gebildet sind, deren äußere Schicht (12) zur Schallabstrahlung auf hartem Material und deren innere Schicht oder Schichten (13, 14) λjs weichen Materialien bestehen, deren Weichheit nach innen hin zunimmt, 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 (1, 2) liegt, womit die DrehpunkL'age so definiert ist, daß die Auslenkungen der Membransegmente (10,11) an der Peripherie der Membrankörper (I₁ 2) immer größer sind ils die axial gerichteten Auslenkungen der Schwingspule (8), und daß das innerhalb der Membrankörper (1, 2) angeordnete und diese ausfüllende Dampfungsrruterial (15) den Membran-Segmenten (10, U) eine radial rutch außen gerichtete Vorspannung erteilt.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membransegmente (10,11) zur größeren Längsstabilität und größeren Querelastizität mit längsseitig durchgehenden Hohlkehlen (H) versehen sind, so daß die Möglichkeit gegeben ist, bei kleineren Membrankörpern (2) die Membranelemente (11) an ihren Kanten ohne Verwendung von elastischen Sicken (S) direkt zu verbinden.

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Frequenzaufteilung zwei oder mehr in der Grüße unterschiedliche Membrankörper (1,2) entlang ihrer Achse (5) unmittelbar aneinander gesetzt sind, daß jeder Membrankörper (1, 2) mit dem nächst größeren durch einen radial nicht dehnungsfähigen Ring oder eine starre Scheibe (3) verbunden ist, und daß an dem einen freien Ende des kleinen 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 m> (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 Größe unterschiedliche Membrankörper (1,2) 1-, entlang ihrer Achse (5) unmittelbar aneinandergesetzt und durch radial nicht dehnungsfähige Ringe oder Scheiben (3) miteinander verbunden sind und daß die Membrankörper (1, 2) durch separate Schwingungserzeuger angetrieben sind, von denen je einer einem Mebrankörper (1,2) zugeordnet ist

5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb des Membrankörpers (1,2) angeordnete Dämpfungsmaterial (15) den gesamten Innenraum des Membrankörpers (1, 2) bis an die Innenfläche der inneren Schicht (14) ausfüllt und frei von Lufteinscblüssen isL

6. 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 Membransegmente (10,11) piezoelektrische Biegeelemente angebracht sind, deren Spannungsabgabe beim Schwingen der Membransegmente (10,11) zu einer Gegenkopplung innerhalb eines Verstärkers verwendet sind.