DE3024730A1

DE3024730A1 - Lautsprechersystem mit koaxialen, planaren membranen

Info

Publication number: DE3024730A1
Application number: DE19803024730
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Shimada; Yukio Tsuchiya
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1981-01-08
Also published as: GB2055012A; GB2055012B; DE3024730C2; US4357498A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit planarer Membran, und insbesondere ein koaxiales Lautsprechersystem mit planarer Membran bei dem polygonale Membranen koaxial angeordnet sind. .

Bekanntlich hat eine planare Membran über ihren gesamten Frequenzbereich eine relativ, flache Schalldruck-Kennlinie, so daß sich eine sehr originalgetreue Tonwiedergabe (High Fidelity) ergibt. Es sind deshalb verschiedene Lautsprechersysteme vorgeschlagen worden-* die planare Membranen verwenden. Ein Vorteil eines solchen Laut-. Sprechersystems mit planarer Membran liegt darin, daß seine akustische Abbildung eine sehr geringe Verschiebung zeigt. Wenn ein Lautsprechersystem koaxiale, planare Membranen verwendet, läßt sich das Ausmaß der Verschiebung der akustischen Abbildung noch weiter verringern.

Bei der Konstruktion eines Lautsprechersystems mit koaxialen, planaren Membranen treten jedoch mehrere Probleme bei der Ausgestaltung und Montage verschiedener Komponenten auf, wie beispielsweise des Schwingspulenkörpers, der Schwingspule und der magnetischen Kreise. Beispielsweise wird für polygonale Membranen angestrebt, daß der Schwingspulenkörper die gleiche Fo.rm wie die polygonale Membran hat, damit die Antriebskräfte in geeigneter Weise auf die Membran übertragen werden können. Wenn bei der Bildung eines Dreiweg-Lautsprechersystems beispielsweise die drei planaren Membranen, die jeweils zugeordnete Schaltungen aufweisen, koaxial angeordnet werden, müssen Treibereinheiten für den Mitteltonbereich und für den Hochtonbereich im Inneren der Treibereinheit für den Tieftonbereich vorgesehen werden. Die Treibereinheit für den Tieftonbereich muß also zwangsläufig einen-

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großen Durchmesser haben, daß sie die beiden übrigen Treibereinheiten aufnehmen kann. Dadurch verringert sich jedoch der Herstellungswirkungsgrad eines solchen Lautsprechersystems. Eine Lösung dieses Problems würde darin liegen, mehrere Schwingspulen mit kleinem Durchmesser parallel zu schalten. Diese Ausführungsform ist jedoch insofern nachteilig, als ihre Herstellung extrem kompliziert ist; außerdem wird der Gegendruck in dem Lautsprechersystem aufgrund des Spaltes abgeschwächt, der in der hinteren Oberfläche der Membranen ausgebildet wird.

Eine weitere Schwierigkeit beim Aufbau von koaxialen Lautsprechersystemen liegt darin, daß die Antriebskraft nicht gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche der planaren Membran übertragen werden kann, da der -Schwingspulenkörper, der die Antriebskraft auf die Membran überträgt, nicht auf der gesamten Oberfläche an der Membran befestigt werden kann. Dies führt dazu, daß die Antriebskraft auf bestimmte Bereiche der Membran konzentriert wird. Außerdem muß der Schwingspulenkörper in der Nähe des äußeren Umfangsrandes der Membran vorgesehen werden, da dies durch strukturelle Einschränkungen vorgegeben wird. Als Ergebnis hiervon treten im Bereich in der Nähe des äußeren ümfangs der Membran einerseits und in dem Bereich des inneren ümfangs der Membran andererseits unterschiedliche Schwingungsmoden auf, so daß -eine hohe Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von sogenannten "gespaltenen Vibrationen" besteht.

Ein weiteres Problem bei der Konstruktion von koaxialen Lautsprechersystemen liegt darin, daß es schwierig wird, die magnetischen Kreise koaxial anzuordnen, wenn mehr

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als zwei äußere magnetische Kreise in einem einzigen Lautsprechersystem verwendet werden. Normalerweise wird ein äußerer magnetischer Kreis für die Tieftonmembran und ein innerer magnetischer Kreis für die Hochtonmembran verwendet. Aus diesem Grund wird der' äußere magnetische Kreis relativ groß gemacht, so daß es schwierig wird, einen zweiten äußeren magnetischen Kreis im Innern des ersten äußeren magnetischen Kreises " anzuordnen.

Es ist deshalb . ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein -Lautsprechersystem mit koaxialer, planarer Membran zu schaffen, bei der langgestreckt, Schwingspulenkörperrahmen parallel zu den Seiten der polygonalen Membran vorgesehen werden.

Weiterhin soll ein Lautsprechersystem mit koaxialer, planar.er Membran vorgeschlagen werden, bei dem keine "gespaltenen Vibrationen" auftreten können.

Und schließlich soll noch ein TJautsprechersystern mit koaxialer , planarer Membran vorgeschlagen werden, bei dem mehr als zwei äußere magnetische Kreise vorgesehen werden "könnenv

Zur Erreichung dieser und anderer Ziele wird ein Lautsprechersystem mit mehreren koaxial angeordneten, polygonalen , planaren Membranen und mit einem magnetischen Kreis für jede Membran vorgeschlagen, das einen Schwingspulenkörper, der an einem Ende mit der entsprechenden Membran gekoppelt ist, eine Schwingspule, die mit dem anderen Ende des Schwingspulenkörpers gekoppelt ist, und wenigstens einen Magneten enthält. Der magnetische Kreis bildet einen Spalt, in dem das Magnetfeld wirkt,

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wobei die Schwingspule beim Betrieb in dem Spalt angeordnet ist. Der Schwingspulenkörper besteht aus mehreren, langgestreckten Schwingspulenkörperrahmen, deren Zahl , gleich der Zahl der Seiten einer polygonalen Membran ist. Jeder Rahmen ist parallel zu einer Seite der polygonalen Membran angeordnet, wodurch eine Polygon-Form entsteht, die der Form der polygonalen Membran ähnelt. Nach einer Äusführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der magnetische Kreis zwei parallele Platten, die einander gegenüberliegendangeordnet sind, wobei der Magnet durch mehrere, dünne.Magnete gebildet wird, die längs eines oberen Randes an den Innenwänden der beiden Platten angeordnet sind; ein Joch verbindet die beiden Platten längs ihres unteren Randes. Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Joch selbst magnetisiert, wodurch ein Magnetfeld in dem Spalt zwischen den Platten entsteht. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Fläche oder die Masse der Membran in dem Schwingspulenkörper, d.h. die Fläche der Membran innerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper und der Membran, gleich der Fläche oder Masse der Membran außerhalb der Verbingungslinie gemacht. Dadurch läßt sich das Auftreten von "gespaltenen Vibrationen" verhindern.

Die Erfindung schafft also ein koaxiales- Lautsprechersystem, bei dem mehrere, koaxial angeordnete, polygonale, planare Membranen mit getrennten magnetischen Kreisen versehen werden. Jeder magnetische Kreis enthält zwei parallele Platten längs jeder Seite der Membran, wobei ein Schwingspulenkörper, der die gleiche Form wie die entsprechende polygonale Membran hat, damit gekoppelt ist; eine Schwingspule ist an dem gegenüberliegenden Ende angebracht und in einem Spalt angeordnet, der indem magnetischen Kreis ausgebildet ist. Die Fläche der

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Membran/ die in die Verbindungslinie zwischen dent Schwingspulenkörper und der Membran fällt, wird gleich der Fläche der Membran außerhalb der Verbindungslinie gemacht, um so das Auftreten von gespaltenen Vibrationen zu vermeiden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines koaxialen Vierweg-Lautsprechersystems mit planaren Membranen, das gemäß dem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Lautsprechersystems nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Lautsprechersystem nach Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Teils, der in Fig. 1 durch die Bezeichnung IV angedeutet ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Teil, der in Fig. T durch die Bezeichnung V angedeutet ist,

Fig. 6A und 6B Rückansichten der Lagebeziehung eines Schwingspulenkörpers in bezug auf eine quadratische Membran bei einer herkömmlichen- Ausführungsform,

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Fig. 6C eine Rückansicht der Lagebeziehung des Schwingspulenkörpers in bezug auf die Membran bei der Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 7A und 7B Querschnitte durch äußere bzw. innere magnetische Kreise, die jeweils bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1,2 und 3 zeigen jeweils eine Vorderansicht, eine schematische Rückansicht und eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III von Fig. 1 durch ein koaxiales Vierweglautsprechersystem mit planarer Membran. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 3A eine quadratische ,· planare Tief tonmembran. In der zentralen öffnung der quadratischen, planaren Tieftonmembran 3A sind in der angegebenen Reihenfolge eine planare Mitteltonmembran 3B, eine planare Hochtonmembran 3C und eine planare Superhochtonmembran 3D koaxial angeordnet. Ein äußerer ümfangs-Randbereich 3a der planaren Tieftonmembran 3A wird durch einen Schulterbereich 11a eines äußeren Rahmens 11 gehaltert, während ein innerer Umfangs-Randbereich 3a' durch ein Randtragteil 12a gehaltert wird, das an dem inneren Umfangsrahmen 12 einer Rahmenanordnung 1 in der Weise befestigt wird, daß die vordere Oberfläche des Randtragteils 12a in der gleichen Ebene wie die vordere Oberfläche des Schulterbereiches 11a liegt. Axial im Innern ist ein zentraler Rahmen 15 vorgesehen, der mit dem inneren Umfangsrahmen 12 durch acht Verbindungsglieder 16 gekoppelt ist. Darüber hinaus ist der innere

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Umfangsrahmen 12 mit einem kreisförmigen Vorsprung 18 versehen, mit dem eine Rückkammer 5 (die zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 2 nicht gezeigt ist) gekoppelt ist. Der äußere Rahmen 11 und der innere ümfangsrahmen 12 sind starr durch V-förmige Brücken 13 . verbunden.

Die Rückkammer 5 weist eine Oberfläche 5b auf, die zu dem inneren Umfangsrahmen 12 hin geneigt ist, um die Querschnittsfläche in bezug auf die planare Tieftonmembran 3A zu verringern, so daß eine Seitenwand 5a der Rückkammer 5 den akustischen Druck bzw. Schalldruck nicht nachteilig beeinflussen kann, der durch die Hin- und Herbewegung der planaren Tieftonmembran 3A verursacht wird; außerdem wird die öffnungsfläche auf der Rückseite der planaren Tieftonmembran 3A durch die Anwesenheit der Rückkammer 5 nicht reduziert, die im übrigen so ausgelegt ist, daß ihre innere Kapazität so groß wie möglich ist.

Die Tieftonmembran 3A und die Mitteltonmembran 3B werden mit äußeren magnetischen Kreisen erregt, wie in Fig. 7A zu erkennen ist, während die Hochtonmembran 3C und die Superhochtonmembran 3D innere magnetische Kreise haben, wie in Fig. 7B zu erkennen ist. Bei dem äußeren magnetischen Kreis sind mehrere Magnete M₁ an der inneren Oberfläche der Platte 21 angebracht. Die Magnete sind an einem Ende der Platte 22 vorgesehen, während das Joch 23 zwischen den anderen Endbereichen der Platte 22 vorgesehen ist. Die Schwingspule 32 wird in dem Luftspalt zwischen dem Magneten M.. angeordnet. Andererseits ist bei dem inneren Magnetkreis nach Fig. 7B ein einziger Magnet M zwischen den Platten 21' und der Schwingspule 31' vorgesehen, während sich die Schwingspule 31' in dem Spalt zwischen den Platten 21' befindet.

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Details des magnetischen Kreises für die Tieftonmembran sind in Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4 zeigt im vergrößerten Maßstab eine perspektivische Ansicht des Teils, der in Fig. 1 durch die Bezeichnung IV gekennzeichnet ist Fig. 5 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt durch den Teil, der in Fig. 1 durch die Bezeichnung V gekennzeichnet ist. Der magnetische Kreis besteht aus zwei Platten 21, einem Magneten 22 und einem Joch 23. Der magnetische Kreis bildet zusammen mit einem Schwingspulenkörper 31, einer Schwingspule 32, einem Dämpfungsglied 33 und einer Halterung 34 für das Dämpfungsglied 33. (sh. Fig. 3) eine Treibereinheit. Die Platten 21 sind parallel zueinander angeordnet, wobei zwischen ihnen der Luftspalt ausgebildet ist. Magnete, nach einer bevorzugten Ausführungsform Magnete aus Seltenen Erden, mit entgegengesetzter Polarität sind an den Innenwänden der jeweiligen, einander gegenüberliegenden Platten angebracht. Die Magnete sind relativ dünn. Ein Ende jeder Platte 21 ist mit dem Joch 23 gekoppelt.

Der Schwingspulenkörper 31 besteht aus vier langgestreckten Spulenkörperrahmenteilen. Jeder Spulenkörperrahmen ist an seinen beiden Lauen 31a und 31b im rechten Winkel umgebogen. Ein Ende 31a des Spulenkörperrahmens ist an der Membran angebracht, während an dem anderen Ende 31b die Schwingspule 32 befestigt ist. Die vier Schwingspulenkörperrahmen sind parallel zu den jeweiligen Seiten der quadratischen Membran an der Membran befestigt. Das heißt also, daß die vier Spulenkörperrahmen im wesentlichen ein Quadrat bilden. Die Querschnittsform der Schwingspule 32 ist ebenfalls quadratisch.

Die Lagebeziehung des Schwingspulenkörpers in bezug auf die planare Membran soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6C in Verbindung mit Fig. 6A und 6B- erläutert

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werden, die herkömmliche Techniken für die Anbringung des Schwingspulenkörpers an der Membran zeigen. Wenn der Schwingspulenkörper in Kreisform fest rund um eine quadratische öffnung an einer quadratischen, planaren Membran angebracht wird, wie es in Fig. 6A zu erkennen ist, so besteht eine relativ große Wahrscheinlichkeit für das Auftreten^von gespaltenen Vibrationen. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß das Ausmaß der gespaltenen Vibrationen in der angegebenen Reihenfolge in- den Bereichen a, b und c zunimmt, die in F±g. 6C angedeutet sind. Um das Auftreten von. gespaltenen Vibrationen zu vermeiden, ist bisher eine Membran verwendet worden, deren Ecken auf Bogenform geschnitten worden sind. Weiterhin wurde vorgeschlagen, da=ß der Schwingspulenkörper im wesentlichm.inderMitte zwischen den äußeren und inneren Rändern der Membran gehaltert werden sollte, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Da bei dieser Struktur die äußere Fläche der Membran, die durch den Schwingspulenkörper geteilt wird, größer als ihre innere Fläche ist, ist das Gewicht das äußeren Bereiches der Membran höher als das des inneren Bereiches. Als Ergebnis hiervon besteht die Gefahr, daß niedrigfrequente Schwingungen in dem äußeren Bereich der Membran auftreten können, während der innere Bereich der Membran praktisch gar nicht schwingt, wenn die angelegte Frequenz gering ist. Aus diesem Grunde können bei dieser Ausführungsform gespalte Vibrationen nicht vermieden werden.

In Anbetracht der oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Strukturen wurde die Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung entwickelt, bei der das Auftreten von gespaltenen Vibrationen vermieden wird. Wie man aus Fig. 6C erkennen kann, wird der Schwingspulenkörper 31

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mit quadratischer Form versehen, die der in Fig. 6B gezeigten Form ähnelt. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch von der bekannten Ausführungsform, daß die Fläche S₁ des äußeren Bereiches der Membran gleich der Fläche S₃ des inneren Bereiches der Membran ge- ' macht wird. Nimmt man an, daß die Membran über ihre gesamte Oberfläche eine gleichmäßige Dicke und Dichte hat, so ist das Gewicht des äußeren Bereiches der Membran gleich dem Gewicht ihres inneren Bereiches. Bringt man nun eine solche Membran auf die oben beschriebene Weise an dem Schwingspulenkörper an, so wird die Frequenz, bei der gespaltene Schwingungen auftreten könnten, auf einen so hohen Wert verschoben, daß auf der Oberfläche der Membran keine getrennten schwingenden bzw. nicht schwingenden Bereiche gemeinsam vorhanden sein können. Das heißt also, daß die Membran gleichmäßig über einen großen Frequenzbereich schwingen kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ■ eine koaxial angeordnete, quadratische Membran beschrieben worden ist, können selbstverständlich auch andere Formen von polygonalen Memranen koaxial angeordnet werden. In jedem Fall werden Schwingspulenkörperrahmen mit Seiten verwendet, deren Zahl gleich der Zahl der Seiten der Polygonform ist, wodurch entsprechende polygonale Schwingspulenkörperrahmen entstehen.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

302Λ730

A. GRUNECKER

H. KiNKEt-DEY

DR-ING

ΛΛ/. STOCKMAIR

DR-ING. · AeE (CALTECH

K. SCHUMANN

On RSt NAT,- DF*.-PHYS

P. H. JAKOB

HPL-ING.

G. BEZOLD

DR FSl HKT.-

PIONEER ELECTRONIC CORPORATION

No. 4—1, Meguro 1-chome, Meguro-ku,

Tokyo, Japan

"8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE «3

30. Juni 1980

24-1-4-0/dg

Lautsprechersystem mit koaxialen, pianaren

Membranen

Patentansprüche

1/ Lautsprechersystem mit mehreren, koaxial angeordneten, polygonalen Membranen und mit einem magnetischen Kreis für jede Membran, gekennzeichnet durch einen Schwingspulenkörper (31) , der an einem Ende mit der entsprechenden Membran (3A, 3B, 3C, 3D) gekoppelt ist, durch eine Schwingspule (31', 32), die mit dem anderen Ende des Schwingspulenkörpers (31) gekoppelt ist, und durch wenigstens einen Magneten (22),

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TELEFON (Ο8Θ) 22 28 32

TELEX O6-29 3BO

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTED

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wobei- der magnetische Kreis ^ inen ,die Schwingspule (31', 32) aufnehmenden Spalt bildet, in dem ein Magnetfeld wirkt, wobei-der Schwingspulenkörper Ϊ31) mehrere, langgestreckte Schwingspulenkörperrahmen aufweist, deren Zahl gleich der Zahl der Seifeen meiner polygonalen Membran (3A, 3B, ZC, 3DJ ist, und wobei jeder Rahmen parallel zu einer der Seiten der polygonalen Membranen (3A, 3B, 3C, 3D) angeordnet ist, wodurch eine Polygonform entsteht, die der der polygonalen Membran (3A, 3B, 3C, 3D)_ähnelt.
2. Lautsprechersystem mit koaxialen, planaren Membranen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis erste und zweite parallele Platten (21, 21') aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, daß der Magnet (22) wenigstens erste und zweite Magnete (M.., M₂) mit entgegengesetzter Polarität aufweist, die mit den Innenwänden der .parallelen Platten längs einer ersten Kante gekoppelt sind, und daß ein Joch (23) vorgesehen ist, welches die Platten (21, 21') an ihren unteren Kanten verbindet.
3. Lautsprechersystem mit koaxialen, planaren Membranen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis erste und zweite parallele Platten, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und ein Joch (23) aufweist, welches die ersten und zweiten parallelen Platten längs eines Randbereiches verbindet, und daß das Joch (23) magnetisiert ist.
4. .Lautsprechersystem mit koaxialen, planaren Membranen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Fläche der Membran (3A, 3B, 3C, 3Dl innerhalb

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einer Verbindungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper (31) und.der Membran (3A, 3B, 3C, 3D) gleich der Fläche der Membran (3A, 3B, 3C, 3D) außerhalb der Verbindungslinie ist.
5. Lautsprechersystem mit koaxialen,· planaren Membranen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Membran (3A, 3B,' 3C, 3DT innerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper (31) und der Membran (3A, 3B, 3C, 3D) gleich der Masse der Membran außerhalb der Verbindungslinie ist.

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