DE2933425C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran für einen Lautsprecher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Lautsprechermembranen ist das Kernstück oftmals ein konisches Form­ teil aus einem geschäumten Kunstharzmaterial, beispielsweise geschäumten Polystyrol. Gewöhnlich haben solche Membranen die gleiche Masse wie herkömmliche Papiermem­ branen und dergleichen, die ebenso kegelstumpfartig geformt sind.

Bei solchen herkömmlichen Membranen kann es wegen deren geringer Steifigkeit dazu kommen, daß die Amplitude der Membranbewegung gegen den äußeren Rand der Mem­ bran hin auch bei weicher Lagerung des Randes abnimmt, wodurch Verzerrungen entste­ hen. Es ist daher bei solchen Membranen zur Erhöhung der Steifigkeit eine Schicht aus in eine zähflüssige Masse eingebetteten Polystyrolkugeln aufgebracht worden. (CH-PS 5 82 979).

Solche herkömmlichen Membranen sind auch schon zur Erhöhung der Dämpfung als Mehrschichtkörper ausgebildet worden, wobei die Mittelschicht aus viskoelastischem Material besteht (DE-OS 25 00 937).

Solche herkömmlichen Membranen sind die eingangs erwähnten Membranen mit einem eine Frontoberfläche aufweisenden konisch geformten Kernstück überlegen, weil sie beispielsweise die Ausbildung von Oberschwingungen behindern und die akustischen Kenndaten besser sind. Bedauerlicherweise haben sie aber eine geringe akustische Fort­ pflanzungsgeschwindigkeit und eine relativ niedrige natürliche Resonanzfrequenz wegen eines hohen Resonanzschärfewertes Q. Aus diesem Grund weist die akustische Ausgangs- Frequenzcharakteristik herkömmlicher geschäumter Membranen insbesondere im Hochtonbereich einen tiefenscharfen Einbruch auf, so daß kein ausreichend ausgeli­ chener Frequenzgang erzielbar ist.

Gewöhnlich ist an der Rückseite bzw. im kleinen Durchmesserbereich der geschäumten Membran ein Lautsprecher- bzw. Schwingspulenkörper als Membranantrieb befestigt. Da der Abstand zwischen dem kleinen rückseitigen Endabscnitt und der Mitte der ebe­ nen Frontoberfläche des Lautsprecherkegels kleiner als der Abstand zwischen dem rück­ seitigen Abschnitt und dem äußeren Rand der Frontoberfläche ist, kommt es zu einer Ver­ zerrung der Phasencharakteristik des akustischen Ausgangs. Da außerdem der Schwingspulenköprer direkt in das rückseitige Ende des geschäumten Kernstücks einge­ klebt ist, läßt sich der Spulenkörper nicht präzise genug fixieren, so daß er im Klebebe­ reich eine gewisse Bewegung ausführen kann, welche wiederum den Ausgangsfrequenz­ gang in höheren Tonbereichen negativ beeinflussen.

Bei einer bekannten Membran der oben erwähnten herkömmlichen Art sind durch Ver­ wendung eines das Ende der Membran abschließenden Flansches die aufgezeigten Pro­ bleme der Befestigung des Spulenkörpers weitgehend beseitigt (US-PS 26 62 606). Eine weitere günstige Beeinflussung der Frequenzcharakteristik wird hierdurch jedoch nicht erzielt.

Ein anderer Nachteil der Membranen mit einem konisch geformten, eine Frontoberflä­ che aufweisenden Kernstück besteht darin, daß das geschäumte Kunstharzmaterial im allgemeinen wenig hitzebeständig ist. Deshalb kann man solche Materialien nur schwer­ lich bei Lautsprechern mit größerer Ausgangsleistung verwenden, weil dort größere Wär­ memengen vom Schwingspulenkörper auf das Kernstück übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Membranen der eingangs genannten Art so aus­ zubilden, daß die erwähnten ungünstigen Verhältnisse bei der Frequenzcharakteristik vermieden werden und daß sich solche Membranen auch für Lautsprecher mit größerer Ausgangsleistung eignen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch den Stand der Technik berührt, näher er­ läutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen mit einer erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Membran bestückten Lautsprecher,

Fig. 2 einen maßstäblich vergrößerten Teilschnitt durch einen Umfangsbereich der Membran von Fig. 1 mit einem daran befestigten Randelement,

Fig. 3 einen maßstäblich vergrößerten Teilschnitt durch einen hinteren Endbe­ reich der Membran von Fig. 1, wo diese mit einem Schwingspulenkörper des Lautsprechers verbunden ist,

Fig. 4A eine graphische Darstellung der akustischen Ausgangs-Frequenzcharakte­ ristik einer herkömmlichen Membran im Hinblick auf die Wirkung der Ab­ strahlfläche,

Fig. 4B eine ähnliche graphische Darstellung einer Frequenzcharakteristik einer solchen herkömmlichen Membran, wenn diese mit einer äußeren Ab­ strahlschicht versehen worden ist,

Fig. 4C eine graphische Darstellung der akustischen Ausgangs-Frequenzcharakte­ ristik einer nach den Gesichtspunkten der Erfindung gestalteten Membran, und

Fig. 4D eine graphische Darstellung zum Vergleich der Frequenzcharakteristik ei­ ner herkömmlichen Membran ohne Abdeckelement mit der Charakteristik einer ähnlichen, mit einer Kappe versehenen Membran.

Die in Fig. 1 geschnitten dargestellte Membran 10 eines erfindungsgemäßen Lautsprecher-Ausführungsbeispiels enthält ein als im wesentlichen kegelstumpfförmiges Form­ teil aus einem geschäumten Kunstharzmaterial wie geschäum­ tem Polystyrol oder dergleichen ausgebildetes Kernstück 11, dessen ebene Stirnseite mit einer etwa 1 mm dicken Zwischen­ schicht 13 aus schaumigem Butylgummi, Schaumstoff oder einem ähnlichen Material überdeckt ist. Über der Zwischenschicht 13 liegt eine etwa 100 µm dicke äußere Abstrahlschicht 12 aus Polyester, Vinylchlorid oder dergleichen. Die Materialien und Dimensionen der Schichten 12 und 13 sind so gewählt, daß die äußere Abstrahlschicht 12 eine relativ hohe Reso­ nanzschärfe Q, und die zwischen dieser und dem Kernstück 11 liegende Zwischenschicht 13 eine geringere Resonanz­ schärfe Q besitzt. Gemäß Fig. 1 ist das Kernstück 11 in zwei Abschnitte unterteilt, nämlich in einen äußeren Um­ fangsabschnitt 11 a und einen Zentralabschnitt 11 b, der in eine Mittelausnehmung des Umfangsabschnitts 11 a einge­ paßt ist. Diese Unterteilung der Kernstücks 11 erleichtert dessen Herstellung. Beide Abschnitte 11 a und 11 b sind so ineinander integriert und eingepaßt, daß sie eine gemein­ same durchgehende ebene Frontoberfläche 11 c bilden, auf welche die Zwischenschicht 13 und die äußere Abstrahl­ schicht 12 auflaminiert sind. Beim vorliegenden Ausführungs­ beispiel ist ein äußeres Randelement 14 sandwichartig zwischen der Zwischenschicht 13 und der Frontoberfläche 11 c eingebettet und so mit dem Umfangsabschnitt 11 a verbunden; siehe Fig. 2.

Wie sich ferner aus Fig. 3 entnehmen läßt, hat der Umfangsabschnitt 11 a an seinem hinteren Ende 11 d einen um­ laufenden Innenflansch 11 e und der Zentralabschnitt 11 b an seinem hinteren Ende 11 f eine ringförmige umlaufende Ausnehmung 11 d, die an den inneren Hohlraum des Umfangs­ abschnitts 11 a angrenzt.

Aus Fig. 3 läßt sich ferner entnehmen, daß das hin­ tere Ende 11 d des Kernstücks 11 mit einer Kappe 15 bedeckt ist, die aus einem einschichtigen oder laminierten steifen Material mit geringem Gewicht hergestellt ist, beispiels­ weise aus gestanztem Metallblech- oder Siebmaterial wie Aluminium, Magnesium, Titan, Beryllium, Bor oder der­ gleichen. Ein Kegelabschnitt 15 a dieser Kappe 15 überdeckt einen Teil der konischen Außenoberfläche des Kernstücks 11 und ist mit dieser Oberfläche verklebt. Ein Zylinderab­ schnitt 15 b der Kappe 15 erstreckt sich nach innen durch das Loch, welches der Innenflansch 11 e bildet, und die freie Innenkante 15c des Zylinderabschnitts 15 b ist gemäß Fig. 3 in der Weise nach außen gedrückt, daß sie den Innen­ flansch 11 e umklammert und eine weitere sichere Verbindung für die Kappe 15 mit dem Kernstück 11 schafft. Gemäß Fig. 1 ist ein Abstand La zwischen der Außenkante 15 d des Kegel­ abschnitts 15 a und dem äußeren Rand einer Abstrahlfläche 10 a der Membran 10 auf der Oberfläche der äußeren Abstrahl­ schicht 12 etwa gleich dem Abstand Lb zwischen der Innen­ kante 15 c des Zylinderabschnitts 15 b und der durchgehenden ebenen Frontoberfläche 11 c des Kernstücks 11, gemessen an der Innenoberfläche des Umfangsabschnitts 11 a. Die Einhal­ tung dieser Relation führt bei der Membran zu einer befrie­ digenden Phasencharakteristik.

Die Membran 10 ist mit einem an sich herkömmlichen, eine Schwingspule 17 tragenden Schwingspulenkörper 16 ver­ bunden, der mit einem Ende in eine durch den Zylinderab­ schnitt 15 b der Kappe 15, die Innenoberfläche des Umfangs­ abschnitts 11 a und die ringförmige Ausnehmung 11 g des Zentralabschnitts 11 b gebildete Ausnehmung eingeschoben und bei 18 mittels eines geeigneten Klebers mit der Kappe 15 fest verbunden ist. Bei der Herstellung der Membran wird man zweckmäßigerweise zuerst den Schwingspulenkörper 16 an der Kappe 15 festkleben, bevor man den Zentralabschnitt 11 b in den Umfangsabschnitt 11 a des Kernstücks 11 einsetzt und mit diesem verbindet.

Gemäß Fig. 1 befindet sich die Schwingspule 17 in einem Luftspalt 19 a eines magnetischen Kreises 19 des Laut­ sprechers, um die Membran 10 durch zugeführte elektrische Eingangssignale anzutreiben. Der Zentrierung des Schwing­ spulenkörpers 16 im Luftspalt 19 a dient eine Zentrierspinne bzw. ein Dämpfungselement 20, welches an einem nicht dar­ gestellten Rahmen befestigt ist, der auch das Randelement 14 und den magnetischen Kreis 19 trägt.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich durch Aufbringen der eine hohe Reso­ nanzschärfe Q aufweisenden äußeren Abstrahlschicht 12 auf das Kernstück 11 die Spaltschwingungsfrequenz der Primär­ schwingung des Kernstücks 11 auf eine höhere Frequenz an­ heben. Ferner kann durch Einlegen der Zwischenschicht 13 zwischen der durchgehenden Frontoberfläche 11 c und der Ab­ strahlschicht 12 die Resonanzschärfe Q des Kernstücks 11 reduziert werden, weil diese Zwischenschicht 13 eine klei­ nere Resonanzschärfe Q als die Abstrahlschicht 12 hat und einen gewünschten inneren Verlust ergibt. Aufgrund dieser Verhältnisse wird eine relativ flache Kurve erzielt, spitze Einbrüche in der akustischen Ausgangs-Frequenz­ charakteristik werden vermieden, insbesondere im Hoch­ tonbereich.

In Fig. 4A ist die akustische Ausgangs-Frequenz­ charakteristik eines mit einer herkömmlichen Membran aus­ gerüsteten Lautsprechers graphisch dargestellt.

Wie sich aus Fig. 4B entnehmen läßt, erzielt man bei einer herkömmlichen Membran eine gewisse Verbesserung in der akustischen Ausgangs-Frequenzcharakteristik, wenn nur eine äußere Abstrahlschicht 12 aus einem Vinylchlorid­ material auf der Frontoberfläche 11 c des Kernstücks 11 aufgeklebt wird (die Zwischenschicht 13 fehlt). Auf diese Weise erzielt man eine gewisse Anhebung der Oberschwingungen in der Primärschwingung und eine leichte Reduzierung des scharfen Einbruchs in der Frequenzcharak­ teristik, siehe Fig. 4B. Jedoch läßt sich allein mit Hilfe einer äußeren Abstrahlschicht 12 noch keine ausgeglichene Frequenzcharakteristik erzielen. Ändert man die Dicke und/ oder die Materialart der äußeren Abstrahlschicht 12, dann können Nachteile in bezug auf die Klebeeigenschaften des Kernstücks auftreten, ohne die Ausgangs-Frequenzcharakte­ ristik wesentlich zu verbessern.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Membran 10 beträgt die Resonanzschärfe Q der aus Butylgummi herge­ stellten und zwischen der äußeren Abstrahlschicht 12 einer­ seits und dem Kernstück 11 andererseits eingelegten Zwischen­ schicht 13 nur ein Fünftel der Resonanzschärfe Q der Abstrahl­ schicht 12, und dadurch wird gemäß Fig. 4C eine wesentlich verbesserte bzw. geglättete Ausgangsfrequenzcharakteristik erzielt, insbesondere im Hochtonbereich zwischen 1 und 5 kHz. Es wurde gefunden, daß durch geeignete Aus­ wahl der Materialien und Eigenschaften von beiden Schich­ ten 12 und 13 die Ausgangsfrequenzcharakteristik über einen weiten Bereich gut kontrollierbar ist. Dabei hat sich ferner gezeigt, daß die Art des für die Verbindung zwischen der äußeren Abstrahlschicht 12, der Zwischenschicht 13 und dem Kernstück 11 verwendeten Klebers keinen größeren Einfluß auf die akustische Ausgangsfrequenzcharakteristik des Laut­ sprechers hat.

Die in Fig. 4A bis 4C dargestellten Charakteristiken beziehen sich sämtlich auf solche Membranen, an denen keine Kappe 15 befestigt war. Durch Festkleben des Schwingspulen­ körpers 16 an der Kappe 15 kann dieser besser an der Membran befestigt und ausgerichtet werden, und die dadurch erzielte Frequenzcharakteristik ist gleichförmiger, als wenn der Schwingspulenkörper 16 direkt am geschäumten Kunststoff des Kernstücks 11 befestigt wäre. Außerdem kann die in der Schwingspule 17 auftretende Verlustwärme von der Membran 10 besser über die an ihrem Kernstück 11 angeklebte Kappe 15 abgestrahlt werden, folglich ist die Membran unempfindlicher gegen Wärme und läßt sich für größere akustische Ausgangs­ leistungen verwenden. Da ferner das aus geschäumten Kunst­ stoff bestehende Kernstück 11 über die aus leichtem und steifem Material hergestellte Kappe 15 angetrieben wird, hat die Eigenschwingung des Kernstücks 11 keinen wesent­ lichen nachteiligen Einfluß auf die akustische Ausgangs­ frequenzcharakteristik. Da die zuvor erwähnten Strecken La und Lb etwa gleich sind, kann die Membran mit einer guten Phasencharakteristik ausgestattet werden.

Wie bereits erwähnt, führt die Anwendung der Kappe 15 an der Membran im höheren Tonfrequenzbereich bei etwa 3000 Hz zu einer wirksamen Anhebung der Resonanzfrequenz, während gleichzeitig der sonst übliche scharfe Einbruch im gleichen Frequenzbereich reduziert wird. Eine solche Aus­ gangsfrequenzcharakteristik ist in Fig. 4D mit einer durch­ gehenden Linie dargestellt, und vergleichsweise ist daneben mit einer unterbrochenen Linie die Frequenzcharakteristik einer herkömmlichen Lautsprechermembran aufgetragen, an deren aus geschäumten Polystyrol hergestelltem Kernstück 11 ein Schwingungsspulenkörper 16 direkt befestigt ist. Die zu der in Fig. 4D als durchgehende Linie gezeichneten Frequenzcharakteristik gehörige Membran ist von gleicher Bauart, sie trägt lediglich die erwähnte Kappe 15. Aus­ drücklich sei darauf hingewiesen, daß beide Membranen von Fig. 4D weder eine äußere Abstrahlschicht 12 noch eine darauf laminierte Zwischenschicht 13 tragen. Somit zeigt Fig. 4D lediglich die Auswirkungen der Kappe 15.

Claims (5)

1. Membran für einen Lautsprecher, mit einem eine Frontoberfläche aufwei­ senden konisch geformten Kernstück, gekennzeichnet durch eine die Frontober­ fläche (11 c) überdeckende äußere Abstrahlschicht (12) mit einer relativ hohen Re­ sonanzschärfe (Q) und eine zwischen der Frontoberfläche (11 c) und der Abstrahl­ schicht (12) angeordnete Zwischenschicht (13), deren Resonanzschärfe kleiner als die der Abstrahlschicht ist sowie mit einem den rückseitigen Abschnitt (11 d) des Kernstücks (11) überdeckenden Abdeckelement (15) mit dem ein Schwingspu­ lenkörper (16) des Lautsprechers verbunden ist.

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (11) einen Umfangsabschnitt (11 a) mit einer zentralen Ausnehmung sowie einer konischen Außenoberfläche und einen in die zentrale Ausnehmung passenden Zentralabschnitt (11 b) aufweist, die zu einer Einheit zusammengepaßt sind und die Frontoberfläche (11 c) bilden, und daß der Umfangsabschnitt (11 a) in seinem hinteren Abschnitt einen nach innen gerichteten Flansch (11 c) und der Zentral­ abschnitt (11 b) einen mit der zentralen Ausnehmung in Verbindung stehenden Ausschnitt (11 g) aufweist.

3. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingspu­ lenkörper (16) in einer Ausnehmung des Kernstücks (11) angeordnet ist, welche durch das Abdeckelement (15), die zentrale Ausnehmung und den Ausschnitt (11 g) gebildet ist.

4. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abdeckelement (15) eine mit dem nach innen gerichteten Flansch (11 c) in Verbindung stehende erste Kante (15 c) und eine sich über die koni­ sche Außenoberfläche des Kernstücks erstreckende zweite Kante (15 d) aufweist, und daß ein Abstand (Lb) von der ersten Kante zur Frontoberfläche (11 c) im wesent­ lichen gleich einem Abstand (La) von der zweiten Kante (15 d) zum Umfang der äu­ ßeren Abstrahlschicht (12) ist.

5. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenschicht (13) aus geschäumtem Butylgummi besteht.