DE3507708C2

DE3507708C2 -

Info

Publication number: DE3507708C2
Application number: DE3507708A
Authority: DE
Inventors: Masanori Hino; Toshiji Kato; Tatsuya Neyagawa Osaka Jp Omori
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1985-03-05
Publication date: 1988-01-14
Also published as: DE3507708A1; US4591667A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalottenlautsprecher mit einer kalottenförmigen, aus relativ steifem Material bestehenden Lautsprechermembran, sowie mit einem Schwing spulenkörper, der die Schwingspule trägt und an seinem oberen Ende mit dem Membranrand verbunden ist, wobei an dem Lautsprecher Mittel vorgesehen sind, die die Reso nanzbedingungen teilweise, d. h. abschnittsweise ändern.

Ein Kalottenlautsprecher der genannten Art ist aus der DE-PS 8 35 757 bekannt. Bei diesem Lautsprecher ist die kalottenförmige Membran vorzugsweise durch Sicken oder Stege versteift, um die Klangqualität vermindernde Par tialschwingungen zu vermeiden. Bevorzugt sind dabei die Sicken oder Stege auf der Membranseite angebracht, die der Lautsprecheröffnung abgewandt ist, und radial verlau fend angeordnet.

Zwar werden bei diesem Lautsprecher Partialschwingungen der Membran zumindest vermindert, jedoch ist als Nachteil aufzuführen, daß der Herstellungsaufwand für diesen Laut sprecher relativ hoch ist. Dies beruht darauf, daß die Membran zum einen aus einem möglichst harten Material besteht und zum anderen eine relativ komplizierte Form besitzt. Die Herstellung und Bearbeitung einer solchen Membran ist relativ schwierig und aufwendig und erfordert eine hohe Genauigkeit, um gleichbleibende Eigenschaften der Lautsprecherexemplare zu gewährleisten. Dies führt zu hohen Herstellungskosten des Lautsprechers. Weiterhin kann es bei diesem Lautsprecher zu Resonanz- und Anti- Resonanz-Erscheinungen durch Überlagerung von am Membran rand reflektierten Membranschwingungen kommen, die sich in Form von parallel zum Membranrand verlaufenden Schwin gungsknoten- oder Schwingungsbauchlinien äußern. Diese führen zu einer Qualitätsminderung der Schallerzeugung, da im Frequenzgang des Lautsprechers Überhöhungen und Einbrüche auftreten.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Kalottenlautspre cher der eingangs genannten Art zu schaffen, der die aufgeführten Nachteile vermeidet und der insbesondere zugleich einen möglichst linearen Frequenzgang und einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist und der relativ einfach und damit kostengünstig herstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Kalottenlautsprecher der eingangs genannten Art, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zur Änderung der Resonanzbedingungen der Membran im Bereich des oberen Endes des Schwingspulenkörpers angeordnet sind.

Bei dem neuen Lautsprecher sind die Mittel zur Änderung der Resonanzbedingungen vergleichsweise einfach herstell bar bzw. anbringbar, weil sie nicht an oder in der har ten, gewölbten Membran, sondern an dem hierzu vergleichs weise enfach geformten und weniger harten Schwingspulen körper angeordnet sind. Hierdurch wird die Herstellung des Lautsprechers vereinfacht und der Lautsprecher wird kostengünstiger. Zugleich werden störende Resonanzen und Anti-Resonanzen der Membran sicher vermieden, da die Bedingungen für Membranschwingungen am Rand der Membran teilweise, d. h. abschnittsweise verändert sind. Eine Ausbildung von Schwingungsknoten- oder Schwingungsbauch linien in der Membran wird so vermieden, ohne daß an der Membran selbst Manipulationen erforderlich sind. Die Membran kann deshalb relativ einfach und mit gleichblei benden Eigenschaften gefertigt werden. Der neue Lautspre cher besitzt einen annähernd linearen Frequenzgang und der Wirkungsgrad des Lautsprechers ist sehr hoch, da die Membran aus einem harten Material besteht und vollflächig für die Schallabstrahlung nutzbar ist. Wegen ihrer glat ten Oberfläche sind außerdem die Abstrahleigenschaften der Membran und damit des Lautsprechers sehr gut.

Vorzugsweise ist der Schwingspulenkörper im Bereich seines oberen Endes mit Ausschnitten versehen. Die Teile der Membran, die mit dem Spulenkörper verbunden sind, haben so eine größere Steifigkeit, da der Körper dort als Versteifung für die Membran wirkt, während die den Aus schnitten im Körper gegenüberliegenden Teile der Membran freie Enden oder ähnliche Strukturen geringerer Steifig keit bilden, die keine Versteifung oder Verstärkung auf weisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Lautsprechers gehen aus den Unteransprüchen 3 bis 9 hervor.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 eine Seitenansicht in vertikalem Schnitt eines wesentli chen Teils eines Lautsprechers in einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionszeichnung einer Membran und eines Schwingspulenkörpers aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Membran und des Schwingspulenkörpers,

Fig. 4 ein Diagramm des Frequenzganges des Lautsprechers in der ersten Ausführungsform,

Fig. 5 eine perspektivische Explosionszeichnung eines wesentli chen Teils eines Lautsprechers in einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Seitenansicht des wesentlichen Teils des Lautspre chers aus Fig. 5,

Fig. 7 ein Diagramm des Frequenzganges des Lautsprechers in der zweiten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen wesentlichen Teil eines Lautsprechers in einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Seitenansicht im Vertikalschnitt entlang der Linie A-B der Fig. 8,

Fig. 10 eine perspektivische Explosionszeichnung des Lautspre chers in der dritten Ausführungsform und

Fig. 11 ein Diagramm des Frequenzganges des Lautsprechers in der dritten Ausführungsform.

Wie Fig. 1 zeigt, weist ein Kalottenlautsprecher entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung folgendes auf:
einen Ringmagneten 11, einen zentral im Ringmagneten 11 angeordne ten Mittelpol 12, eine auf der Oberseite des Magneten 11 ange brachte Frontplatte 13, eine mit dem Mittelpol 12 einstückige und entlang der Unterseite des Magneten 11 angeordnete Fußplatte 14, eine kalottenförmige Duraluminium-Membran 15 und eine mit dem äußeren Rand der Membran 15 verbundene und in einem Spalt zwischen dem Mittelpol 12 und der Frontplatte 13 angeordnete Schwingspule 1. Die Membran 15 wird von einem Tragring 5 unterstützt. Die im Vorhergehenden beschriebene Anordnung an sich ist dieselbe wie die Anordnung bei einem bekannten Kalottenlautsprecher. Der Lautsprecher in der ersten Ausführungsform unter scheidet sich von dem bekannten Lautsprecher dadurch, daß er im oberen Bereich des Schwingspulenkörpers 1 a Ausschnitte 2 aufweist, die als Mittel zur Änderung der Schwingungsfrequenz dienen.

Wie in den Fig. 2 und 3 genauer gezeigt, weist der Körper 1 a für die Schwingspule 1 an zwei Stellen in seinem oberen Bereich Ausschnitte 2 auf. Die Ausschnitte 2 haben eine Breite d in der Größenordnung von 7-50% der gesamten Umfangslänge des Körpers 1 a. Die verbleibenden Randabschnitte 3 des Körpers 1 a sind im Übergangsbereich 6 zwischen der Membran 15 und dem als Aufhängung für die Membran 15 wirkenden Tragring 5 mit diesen verbunden. Somit ist der Schwingspulenkörper 1 a im Bereich der Ausschnitte 2 nicht mit der Membran 15 verbunden.

Diese Konstruktion, bei der der Schwingspulenkörper 1 a abschnitts weise mit der Membran verbunden ist, führt zu unterschiedlichen Schwingungen in der Mitte und am äußeren Rand der Membran 15. Damit wirken die Ausschnitte 2 als Mittel zur stellen- bzw. teil weisen Veränderung der Schwingungen der Membran 15.

Die Ausschnitte 2 können natürlich auch nur an einer Stelle oder an mehr als zwei Stellen am Körper 1 a angebracht werden. Die Breite d und die Tiefe der Ausschnitte 2 sind den Erfordernissen und Wünschen im Einzelfall entsprechend variabel.

Weiterhin können die Membran 15 und der Tragring 5 einstückig sein und aus einem Material bestehen oder auch aus zwei miteinander verbundenen Teilen aus unterschiedlichem Material bestehen.

Obwohl in den Figuren nicht im einzelnen gezeigt, kann auch die Verbindung zwischen der Membran 15 und dem Tragring 5 unterschied lich sein; z. B. kann der Tragring 5 an seinem inneren Rand einen oder mehrere aufragende Teile aufweisen, an denen der äußere Rand der Membran angebracht ist. Auch können sowohl der äußere Rand der Membran 15 als auch der innere Rand des Tragringes 5 flache oder horizontale, aneinander haftende oder miteinander verbundene Teile aufweisen.

Fig. 4 zeigt den Frequenzgang des Lautsprechers in der vorher be schriebenen Ausführung gemäß Fig. 1 bis 3 (ausgezogene Linie) im Vergleich zu dem eines herkömmlichen Lautsprechers (gestrichelte Linie).

Wie Fig. 5 und 6 zeigen, bestehen bei der zweiten Ausführungs form der Erfindung die Mittel zur Veränderung der Schwingungen aus Ausschnitten 2 an zwei Stellen im oberen Bereich des Spulenkörpers 1 a der Schwingspule 1. Die Ausschnitte 2 haben eine Breite d in der Größenordnung von 7-50% des Umfangs des Körpers 1 a. Die Ausschnitte 2 sind von Streifen bzw. Plättchen 7 verschlossen, die aus einem Material bestehen, das weicher ist als das des Körpers 1 a. Der Körper 1 a ist an seinem oberen Ende 3 ringsum im Über gangsbereich zwischen der Duraluminium-Membran 15 und dem als Aufhän gung wirkenden Tragring 5 mit diesen verbunden. Somit besteht im Bereich der Ausschnitte 2 eine weiche Verbindung des Körpers 1 a mit der Membran 15.

Fig. 7 zeigt ein Frequenzgang-Diagramm der beschriebenen Kon struktion (durchgehende Linie). Wie dort zu sehen ist, zeigt die Konstruktion gemäß dieser Erfindung einen glatteren Frequenzgang als eine herkömmliche Konstruktion (punktierte Linie). Dies bedeutet eine deutlich verbesserte akustische Qualität. Speziell bewirkt die Anordnung der Streifen 7 eine Unterdrückung von Anti- Resonanzen im Bereich der Ausschnitte 2.

Entsprechend den Fig. 8-10 besteht bei einer dritten Ausfüh rungsform der Schwingspulenkörper 1 a aus einem zylindrischen Körper aus einem leichten und sehr steifen Material wie Papier oder Gewebe mit einer metallischen oder anderen harten Aussteifung oder aus mit einem harten Füllstoff verstärktem Kunstharz, um hohe Beschleunigungskräfte mit einem guten Wirkungsgrad übertragen zu können. Der Körper 1 a weist eine auf sein unteres Ende aufge wickelte Schwingspule und Fortsätze 21 an seinem oberen Ende auf. Die Fortsätze 21 haben eine gleiche Biegung wie die Membran 15 und weisen zwei Ausschnitte 22 auf. Wie aus den Fig. 8-10 zu ersehen, bestehen diese Fortsätze 21 aus Spulenkörper-Material und sind durch Einschneiden und Biegen erzeugt. Die Fortsätze 21 können aber auch auf andere geeignete Weise hergestellt bzw. angeformt werden.

Die Membran 15 besteht ebenso wie der Körper 1 a aus einem leichten und sehr steifen Material, wie oben beschrieben, und besitzt einen geringeren Durchmesser als die Schwingspule 1. Die Membran 15 ist an den Fortsätzen 21 des Schwingspulenkörpes 1 a befestigt. Somit sind Membran 15 und Körper 1 a über die Fortsätze 21 verbunden, wobei aber an den Ausschnitten 22 Zwischenräume 4 verbleiben. Hier wirken die Ausschnitte 22 zwischen den Fortsätzen 21 als Mittel zur Veränderung der Schwingungsfrequenz.

Gute Testergebnisse wurden erreicht bei Zwischenraum-Tiefen d zwischen Körper 1 a und Membran 15 im Bereich von einem Minimal abstand zur Beibehaltung eines freien äußeren Membranrandes bis zu einem etwa dem halben Radius der Schwingspule 1 entsprechenden Abstand und bei Breiten w der Ausschnitte 22 in der Größenordnung von 3-50% des Umfanges des Spulenkörpers.

Fig. 11 zeigt in einem Diagramm den Frequenzgang des Kalotten lautsprechers in der vorhergehend beschriebenen Ausführung (ausgezogene Linie) im Ver gleich zu dem eines herkömmlichen Lautsprechers (gestrichelte Linie). In der konkreten Ausgestaltung besteht die Membran aus Titan und hat einen Durch messer von 60 mm, der Schwingspulendurchmesser beträgt 65 mm, die Breite w der Ausschnitte beträgt etwa 46 mm, die Zwischenraum- Tiefe d ist 2,5 mm und die inneren Ränder eines Gewebe-Tragringes wirken als ein visko-elastisches Medium. Der Frequenzgang dieses Kalottenlautsprechers ist in einer durchgehenden Linie darge stellt, der des herkömmlichen Lautsprechers in einer punktierten Linie.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, erscheinen beim herkömmlichen Laut sprecher in der Umgebung von 5-10 kHz eine scharfe Spitze und ein Einbruch, die offenbar auf Resonanz und Anti-Resonanz beruhen. Bei dem Lautsprecher in der beschriebenen Ausführungsform sind diese Spitze und der Einbruch mit dem Resultat eines geglätteten Frequenzganges ausgemerzt. Somit ist es offensichtlich, daß die Konstruktion des Schwingungssystems entsprechend dieser Ausfüh rungsform sehr wirkungsvoll für einen hervorragenden Frequenzgang des Kalottenlautsprechers ist.

Besonders ist noch zu erwähnen, daß dadurch, daß die gebogenen Fortsätze 21 flexibel, genauer visko-elastisch sind, die Beschleu nigungskräfte vom Spulenkörper 1 a bei hohen Frequenzen nicht zur Membran 15 weitergeführt werden. Somit wird, wie Fig. 11 zeigt, eine unnötige Schallabstrahlung im Bereich von 13 kHz und höher unterbunden. Diese Grenzfrequenz kann durch Variation des Bie gungsgrades der Fortsätze 21 und Auswahl einer passenden Flexibi lität nach Wunsch festgelegt werden.

Bevorzugt wird als Material für die Membran 15 Titan bzw. Titan-Legierung verwendet. Eine Titan-Legierung hat einen noch höheren Elastizitäts-Modul (Young's modulus) als Titan selbst und ergibt deshalb eine höhere Membransteifigkeit. Diese wiederum erhöht die Partialschwingungs frequenz zum Bereich hoher Frequenz oberhalb des Bereiches von Kolbenschwingungen (im Fall einer Ti-6 Al-4V-Legierung steigt die Zugfestigkeit etwa um 90%).

Im Fall von Titan mit nitrierten Oberflächen haben die Ober flächenschichten einen sehr hohen Elastizitäts-Modul (Young's modulus), was eine sehr steife Membran ergibt und damit den Be reich der Kolbenschwingung zum Bereich hoher Frequenzen erweitert. Weiterhin werden Partialresonanzen durch innere Verluste in den inneren Schichten der Membran vermindert, wodurch der Wiedergabe- Frequenzgang breit und flach wird.

Bei Verwendung von Titan-Legierung mit nitrierten Oberflächen wird die Membran noch steifer als in den beiden vorangehenden Fällen, wodurch der Wiedergabebereich zu hohen Frequenzen erweitert und der Frequenzgang noch flacher wird.

Claims

1. Kalottenlautsprecher mit einer kalottenförmigen, aus relativ steifem Material bestehenden Lautsprechermem bran, sowie mit einem Schwingspulenkörper, der die Schwingspule trägt und an seinem oberen Ende mit dem Membranrand verbunden ist, wobei an dem Lautsprecher Mittel vorgesehen sind, die die Resonanzbedingungen teilweise, d. h. abschnittsweise ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (2, 7, 22) zur Änderung der Resonanzbedingungen der Membran (15) im Bereich des oberen Endes des Schwingspulenkörpers (1 a) angeordnet sind.

2. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingspulenkörper (1 a) mit Ausschnitten (2) im Be reich seines oberen Endes versehen ist.

3. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (2) mit Streifen oder Plättchen (7) verschlossen sind.

4. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) mit einem Tragring (5) versehen ist.

5. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) aus einer Titan-Legierung besteht.

6. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) aus Titan besteht.

7. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) aus Titan-Legierung nitriert ist.

8. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) aus Titan nitriert ist.

9. Kalottenlautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen oder Plättchen (7) aus einem weicheren Mate rial bestehen als der Schwingspulenkörper (1 a).