DE3024730C2 - Lautsprechersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit mehreren, koaxial angeordneten, polygonalen Planarmembranen.

Bekanntlich weist eine Planarmembran d.h. ebene Membran über ihren gesamten Frequenzbereich eine relativ flache SchaHdruck-Kennlinie auf, so daß eine sehr originalgetreue Tonwiedergabe (High Fidelity) erreicht wird. Es sind deshalb verschiedene Lautsprechersysteme vorgeschlagen worden, die Planarmembranen verwenden. Ein Vorteil eines solchen Lautsprechersystems mit Planarmembranen liegt darin, daß seine akustische Abbildung eine sehr geringe Verschiebung zeigt Wenn bei einem Lautsprechersystern koaxiale angeordnete, Plariarmembranen verwendet werden, läßt sich das Ausmaß der Verschiebung der akustischen Abbildung noch weiter verringern.

Bei der Konstruktion eines Lautsprechersystems mit koaxial angeordneten Planarmembranen treten jedoch ίο mehrere Probleme bei der Ausbildung 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 Form 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 Planarmembranen, die jeweils zugeordnete Schaltung aufweisen, koaxial angeordnet werden, müssen Treibereinheiten für den Mitteltonbereich und für den Hochtonbereich im Inneren der Treibereinheit für den Tieftonbereich vorgesehen werden. Die Treibereirheit für den Tieftonbereich muß also zwangsläufig einen großen Durchmesser haben, damit sie die beiden übrigen Treibereinheiten aufnehmen kann. Dadurch vei ringen sich jedoch der Wirkungsgrad bezüglich der Herstellung eines solchen Lautsprechersystemi,. Eine Lösung dieses Problems würde darin liegen, mehrere Schwingspulen mit kleinem Durchmesser parallel zu schalten. Diese Ausführungsform ist jedoch insofern nachteilig, als ihre Herstellung äußerst 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 Lautsprechersystemen mit koaxial angeordneten Planarmembranen liegt darin, daß die Antriebskraft nicht -to gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche der Planarmembranen 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 so hiervon treten im Bereich in der Nähe des äußeren Umfangs der Membran einerseits und in dem Bereich des inneren Umfangs der Membran andererseits unterschiedliche Schwingungsmoden auf, so daß eine hohe Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von sogenannten »geteilten Schwingungen« besteht. Solche geteilten Schwingungen können auftreten, wenn die innerhalb und außerhalb der Schwingspule liegenden Membranflächen sehr unterschiedlich sind, denn dann sind die Massen und damit die Trägheit der Membranteilflächen voneinander sehr verschieden.

Ein weiteres Problem bei der Konstruktion von koaxialen Lautsprechersystemen liegt darin, daß es schwierig ist, die magnetischen Kreise koaxial anzuordnen, wenn in einem einzigen Lautsprechersystem mehr als zwei äußere magnetische Kreise verwendet werden, bei denen Permanentmagnete durch ein Joch miteinander verbunden sind. Normalerweise wird ein 'jußerer magnetischer Kreis für die Tieftonmembran und für die

Hochtonmembran ein innerer magnetischer Kreis, bei dem ein Permanentmagnet von einem Joch umschlossen wird, verwendet Aus diesem Grund wird der äußere magnetische Kreis relativ groß gemacht, so daß es schwierig wird, einen zweiten, äußereu magnetischen Kreis im Inneren des ersten, äußeren magnetischen Kreises anzuordnen.

Aus der DE-AS 19 61 018 ist ein Lautsprecher mit einer einzigen Planarmembrane bekannt. Zum Treiben der Membran sind ein an der Membran befestigter Schwingrpulenkörper, mit dem die Schwingspule gekoppelt ist, und ein magnetischer Kreis vorgesehen, in dem die Schwingspule bewegbar ist. Der Schwingspulenkörper ist als ein U-förmiges Element ausgebildet, welches mit dem Verbindungsabschnitt der beiden U-Schenkel an der Planarmembran befestigt ist. Um die Außenflächen der U-Schenkel herumgewickelter Draht bildet die Schwingspule. Ein U-förmiges Joch, welches sich mit seinen U-Schenkeln in den Raum zwischen den U-Schenkeln des Spulenkörpers erstrecLt, ist auf einem Permanentmagnet angeordnet. Der Permanentmagnet wiederum ist auf einem zweiten U-förmigen Joch angeordnet, dessen Schenkel sich parallel zu und außerhalb der Schenkel des Spulenkörpers erstrecken. Die Schenkel des Spulenkörpers mit der an ihnen angeordneten Schwingspule können sich in dem zwischen den Schenkeln der beiden Joche gebildeten Luftraum bewegen.

Der Schwingspulenkörper ist bei diesem Lautsprecher im mittleren Bereich der Planarmembran an dieser befestigt.

Ein anderer Lautsprecher mit Planarmembran ist in der DE-OS 28 50 956 beschrieben und dargestellt. Dieser Lautsprecher weist für seine einzige Planarmembran mehrere Treibereinheiten auf, von denen eine jede einen zylinderförmigen Spulenkörper und einen Magnetkreis mit kreisringförmigen Luftspalt aufweist, in dem sich die um den zylinderförmigen Schwingspulenkörper gewickelte Schwingspule zusammen mit jenem bewegt. Der in dieser Druckschrift dargestellte Lautsprecher weist eine quadratische Planarmembran auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lautsprechersystem mit mehreren, koaxial angeordneten, polygonalen, Planarmembranen anzugeben, bei dem die Magnetkreise wenig Raum beanspruchen und der Gesamtaufbau des Lautsprechersystems einfach ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Das erfinaungsgemäße Lautsprechersystem weist eine äußerst einfache Bauweise auf, so daß es mit relativ wenig Zeitaufwand und damit kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner sind die Magnetkreisabschnitte, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem vorgesehen sind, raumsparend, so daß es möglich ist. eine Vielzahl von koaxialen Planarmemoranen anzuordnen.

Bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem ist es ferner in vorteilhafter Weise möglich, den Schwingspulenkörper dort an der jeweiligen Planarmembrane zu befestigen, wo die günstigste Tonwiedergabe erhalten wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Planarmembran innerhalb einer Befestigungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper und der Planarmembran gleich der Fläche der Planarmembran außerhalb der Befestigungslinie ist. Durch diese Aufteilung der Fläche wird insbesondere dann, wenn die Planarmembran eine konstante Dickenabmessuiig und eine konstante Dichte aufweist, vermieden, daß geteilte Schwingungen auftreten können, durch die die Qualität aer Tonwiedergabe verschlechtert wird.

Eine andere, vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Planarmembran innerhalb einer Befestigungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper und der Planarmembran gleich der Masse der Planarmpmbran außerhalb der Befestigungslinie ist Wenn die Masse der Planarmembran derart verteilt ist, so ist die Trägheit in den beiden Bereichen im wesentlichen gleich groß, wodurch das Auftreten von geteilten Schwingungen verringert wird, welche die Tonwiedergabequalität verschlechtern.

Andere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines koaxialen Vierweg-Lautsprechersystems mit planaren Membranen, gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Lautsprechersystems nach F i g. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das Lautsprechersystem nach F ig. 1,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht des Teils, der in F i g. 1 durch die Bezeichnung IV angedeutet ist,
F i g. 5 einen Querschnitt durch den Teil, der in F i g. 1 durch die Bezeichnung V angedeutet ist,

Fig.6A und 6B Rückansichten der Lagebeziehung eines Schwingspulenkörpers in bezug auf eine quadratische Membran bei einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik,

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

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

Die F i g. 1,2 und 3 zeigen jeweils eine Vorderansicht, eine schematische Rückansicht und eine Querschnittsansicht längs der Linie IH-IIT von Fig. 1 durch ein koaxiales Vierweglautsprechersystem mit Planarmembranen. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 3/4 eine quadratische, planare Tieftonmembran. In der zentralen öffnung der quadratischen, planaren Tieftonmembran 3Λ sind in der angegebenen Reihenfolge eine planare Mitteltonmembran 3B, eine planare Hochtonmembran 3 C und eine planare Superhochtonmembran 3D koaxial angeordnet. Ein äußerer Umfangs-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 Umfangsrahmen 12 mit einem kreisförmigen Vorsprung 18 versehen, mit dem eine Rückkammer 5 (die zur Vereinfachung der Darstellung in F i g. 2 nicht gezeigt ist) gekoppelt ist. Der äußere Rahmen 11 und der innere Umfangsrahmen

• 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 3Λ 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 3Λ 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 3Λ und die Mitteltonmembran 35 werden mit äußeren magnetischen Kreisen in der Form von äußeren Magnetkreisabschnitten erregt, wie in Fig. 7A zu erkennen ist, während die Hochtonmembran 3 C und die Superhochtonmembran 3D innere magnetische Kreise in der Form von inneren Magnetkreisabschnitten haben, wie in Fig. 7B zu erkennen ist. Bei dem äußeren magnetischen Kreis sind mehrere Magnete M\ an den inneren Oberflächen der Platten 21 angebracht. Die Magnete sind an einem Ende jeder Platte 21 vorgesehen, während das Joch 23 zwischen den anderen Endbereichen der Platten 21 vorgesehen ist. Die Schwingspule 32 wird in dem Luftspalt zwischen den Magneten M\ angeordnet. Andererseits ist bei dem inneren Magnetkreis nach F i g. 7B ein einziger Magnet M2 zwischen den Platten 2V vorgesehen, während sich die Schwingspule 32' in dem Spalt zwischen den Platten 2t'befindet.

Details des Magnetkreisabschnittes für die Tieftonmembran sind in F i g. 4 und 5 dargestellt. F i g. 4 zeigt im vergrößerten Maßstab eine perspektivische Ansicht des Teils, der in F i g. 1 durch die Bezeichnung IV gekennzeichnet ist. F i g. 5 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt durch den Teil, der in F i g. 1 durch die Bezeichnung V gekennzeichnet ist. Der Magnetkreisabschnitt bildet zusammen mit einem Schwingspulenkörper 31, einer Schwingspule 32, einem Dämpfungsglied 33 und einer Halterung 34 für das Dämpfungsglied 33 (s. F i g. 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 Enden 31a und 310 im rechten Winkel umgebogen. Ein Ende 31a des Spulenkörperrahmens ist an der Membran angebracht, während an dem anderen Ende 31 b 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 werden, die herkömmliche Techniken für die Anbringung des Schwingspulenkörpers an der Membran zeigen. Wenn der Schwingspulenkörper 31 in Kreisform fest rund um eine quadratische öffnung an einer quadratischen, planaren Membran angebracht wird, wie es in F i g. 6A zu erkennen ist, so besteht eine relativ große Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von geteilten Schwingungen. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß das Ausmaß der geteilten Schwingungen in der angegebenen Reihenfolge in den Bereichen a, b und c zunimmt, die in Fig.6A angedeutet sind. Um das Auftreten von geteilten Schwingungen zu vermeiden, ist bisher eine Membran verwendet worden, deren Ecken auf Bogenform geschnitten worden sind. Weiterhin wurde vorgeschlagen, daß der Schwingspulenkörper 31 im wesentlichen in der Mitte zwischen den äußeren und inneren Rändern der Membran gehaltert werden sollte, so daß /1 = h gilt wie es Fig.6B zeigt Da bei dieser Struktur die äußere Fläche der Membran, die durch den Schwingspulenkörper geteilt wird, größer als ihre innere Fläche ist, ist das Gewicht des 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 geteilte Schwingungen 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 geteilten Schwingungen vermieden wird. Wie man aus F i g. 6C erkennen kann, wird der Schwingspulenkörper 31 mit quadratischer Form ausgebildet, die der in Fig.6B gezeigten Form ähnelt. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch von der bekannten Ausführungsform, daß die Fläche S\ des äußeren Bereiches der Membran gleich der Fläche S2 des inneren Bereiches der Membran gemacht 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 geteilte 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 Membranen koaxial angeordnet werden. In jedem Fall werden Schwingspulenkörperrahmen mit Seiten verwendet deren Zahl gleich der Zahl der Seiten der Polygonform ist, wodurch entsprechende polygonale Schwingspulenkorperrahmen entstehen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lautsprechersystem mit mehreren, koaxial angeordneten, polygonalen Planarmembranen, dadurch gekennzeichnet, daß längs einer jeden Seite einer jeden Planarmembran (3Λ, 35, 3 C, 3D) ein Magnetkreisabschnitt, der wenigstens einen Magneten (22; My, M₂) und einen ein Magnetfeld aufweisenden Luftspalt umfaßt, vorgesehen ist, daß jeweils ein Schwingspulenkörper (3t; 31') mit einem Ende mit der jeweiligen Planarmembran, (3Λ, 35,3 C 3D) und mit einem anderen Ende mit einer Schwingspule (32; 32') gekoppelt ist, die von dem Luftspalt eines zugeordneten Magnetkreisabschnittes aufgenommen ist, und daß jeder Schwingspulenkörper (3i; 3Γ) soviele langgestreckte Schwingspulenkörperrahmen wie die Anzahl der Seiten der Planarmenbran (3A 35,3G 3D) aufweist, mit der er gekoppelt ist, wobei jeder Schwingspulenkörperrahmen parallel zu einer der Seiten der Planarmembran (3A, 35, 3C, 3D) angeordnet ist, wodurch sich eine der Polygonform der Planarmembran {3A, 35, 3C, 3D) ähnliche Polygonanordnung der Schwingspulenkörperrahmen ergibt.

2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreisabschnitt erste und zweite parallele Platten (21; 2Γ) aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, daß der Magnet wenigstens erste und zweite Magnete (M\) mit entgegengesetzter Polarität aufweist, die mit den Innenwänden der parallelen Platten längs einer ersten Kante gekoppelt sind, und daß die Platten (21) an ihren unteren Kanten durch ein Joch (23) verbunden sind.

3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis erste und zweite parallele Platten (21'), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und ein die ersten und zweiten parallelen Platten (2Γ) längs eines Randbereiches verbindendes Joch (23) aufweist, welches magnetisiert ist.

4. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Planarmembran (3Λ35,3Q3D)innerhalb einer Befestigungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper (31) und der Planarmembran (3Λ, 35, 3C, 3D) gleich der Fläche der Planarmembran (3A, 35, 3C, 3D) außerhalb der Befestigungslinie ist.

5. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Planarmembran (3A, 35,3C, 3D) innerhalb einer Befestigungslinie zwischen dem Schwingspulenkörper (31) und der Planarmembran (3A, 35, 3C, 3D) gleich der Masse der Planarmembran außerhalb der Befestigungslinie ist.