DE3603537C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Alle elektrodynamischen Lautsprecher sind mechanische Schwingungssysteme, die durch Eigenwerte wie Federkonstante, Masse und Dämpfung gekennzeichnet sind, deren Membranen durch den Strom eines Verstärkers z. B. mit Hilfe einer Schwingspule zu erzwungenen Schwingungen angeregt werden.

Die sich aus diesem Konstruktionsprinzip des elektrodyna­ mischen Wandlers ergebenden prinzipiellen Fehler im Ampli­ tuden- und Phasenfrequenzgang können mit dem Verfahren und der Schaltungsanordnung zur Entzerrung von elektrodynamischen, insbesondere elektroakustischen Wandlern nach DE-OS 34 18 047 verhindert werden.

Während die Entzerrung bei Mehrwegelautsprechern im Tief-, Mittel- und Hochtonbereich meßtechnisch und auch nach dem subjek­ tiven Empfinden hervorragende Ergebnisse liefert, treten bei Breitbandlautsprechern im Hochtonbereich wegen der für die Tiefton- oder Baßabstrahlung benötigten Größe der Membranfläche unerwünschte Richtwirkungen in der Schallabstrahlung ein, außer­ dem wird die Wiedergabequalität durch einen hohen Anteil an Verzerrungen beeinträchtigt.

Besonders ungünstig für eine breitbandige Schallabstrahlung sind die ebenen, flachen Membranscheiben, bei denen die Kraftein­ leitung senkrecht zur Membranfläche erfolgt (Fig. 1A). Hier werden neben den durch die Schwingspule eingeleiteten Grundschwingungen durch die Art und Weise der Krafteinleitung gleichzeitig auch Biegeschwingungen erzeugt, deren Energie sich weitgehend in der ganzen Membranfläche verteilt und neben der Grundschwingung immer auch einen Teil Störschall zur Gesamt­ schallabstrahlung beifügt. Die Normalkraftbeanspruchung ebener Membranen ist meistens sehr klein (Fig. 1B, 1C).

Ist die ebene, flache Breitbandmembran leicht und steif z. B. als Waben- oder Schaumstoffscheibe ausgebildet, erhält man die be­ reits erwähnte ausgeprägte Richtwirkung in den Höhen. Außerdem entstehen höherfrequente Biegeschwingungen nicht nur bei höher­ frequenter Grundschwingung in der ganzen Membranfläche; sie entstehen auch bei niederfrequenter Grundschwingung und ver­ fälschen den Klang durch Interferenzen.

Aber auch wenn die ebene, flache Breitbandmembran "weich" (visko­ elastisch) ausgebildet ist, z. B. nach DE-PS 31 23 098, wan­ dern bei tieffrequenter Anregung im Membranzentrum höherfrequente Biegewellen bis zur Randeinspannung und teilweise von dort wieder zurück, und sogar bei hochfrequenter Anregung im Zentrum lassen sich die Biegewellen nicht allein auf das Zentrum begrenzen. Sie verteilen sich, vor allem bei höheren Pegeln mit größeren Schwingspulenauslenkungen, auf eine größere Fläche in der weichen Membran, so daß sich auch hier eine akustische Richtwirkung, die zudem noch pegelabhängig ist, nicht ausschließen läßt. Bei soge­ nannten "weichen" Membranen ergibt sich für die Breitbandübertra­ gungssysteme als zusätzlicher Nachteil, daß praktisch keine tie­ fen Baßtöne übertragen werden können. Für einen wirksamen, tiefen Baß müßten sehr große Schwingspulenauslenkungen erfolgen, die neben erhöhten mechanischen Verzerrungen auch wieder unkontrol­ lierte Membranbiegeschwingungen ergeben würden.

Bei den heute in der Praxis am weitesten verbreiteten Papier- oder Pappmembranen wird durch die räumliche, konusförmige Scha­ lenform bei dynamischer Schwingungsbelastung die Biegemoment­ beanspruchung geringer, dafür steigt die Normalkraftbeanspruchung an (Fig. 2A, B, C). Bei den ebenfalls bekannten räumlichen, gewölbt geformten sogenannten NAWI-Membranen (NAWI = nicht abwickelbar) verstärkt sich diese Tendenz nochmals, so daß hier die Biege­ momentbeanspruchung noch kleiner und die Normalkraftbeanspruchung noch größer werden (Fig. 3A, B, C).

Trotzdem gilt auch hier wie bei allen bekannten Breitbandlaut­ sprechern, daß das gesamte Membrangewicht mit dem großen Luftpol­ ster davor der Membranbewegung als Massenträgheit entgegensteht, weil bei allen Frequenzen die Gesamtmembranfläche zum Schwingen erregt werden muß.

Wenn die Membrane leicht und steif genug ist, um die Baßwieder­ gabe ohne allzu große Verformungen zu ermöglichen, führt dies bei den höheren Frequenzen immer dazu, daß die Gesamtfläche im Viel­ fachen der anregenden Wellenlänge aufgeteilt schwingt. Bei den Höhen entstehen dann auf der ganzen Membranfläche Partialschwin­ gungen (Biegeschwingungen), mit dem Nachteil von Interferenzen und der Richtwirkung. Die bekannten Breitbandlautsprecher mit ebener Membranform (nach Fig. 1A) und konusförmiger Membranform (nach Fig. 2A) sind hier noch schlechter als die mit NAWI-Membran­ form nach Fig. 3A. Für die genannten Membrantypen ist die Schall­ druckverteilung über die Membranoberfläche im Baß, in den Mitten und in den Höhen sowie die Partialschwingungen in Fig. 9 darge­ stellt sind.

Da bei den bekannten Breitbandlautsprechern nach Fig. 2A und Fig. 3A der Übergang von der dünnen Membrane auf den ebenfalls dünnen Schwingspulenträger fest und starr ist, werden hier bei dynami­ scher Beanspruchung immer auch Biegemomente (Partialschwingungen) auf den Schwingspulenträger und die über der Schwingspule sitzen­ de Kalotte geleitet. Die auf den Schwingspulenträger geleiteten Biegeschwingungen verzerren bereits die entstehende mechanische Membrangrundschwingung, die ihrerseits dann nochmals von in der Membranfläche zusätzlich entstehenden Partialschwingungen über­ lagert wird. Insgesamt entsteht ein hoher Anteil an technischen Verzerrungen im Übertragungssignal.

Stand der Technik ist es, die Schallabstrahlung der verschiedenen Frequenzbereiche mit Hilfe von Frequenzweichen auf unterschiedlich großen Membranflächen zu verteilen, um die Richt­ wirkung im jeweiligen Frequenzbereich zu vermeiden. Die Einzel­ systeme für spezielle Frequenzbereiche werden außerdem vom Ge­ wicht und der Steifigkeit her so optimiert, daß auch die Partial­ schwingungen klein bleiben im Verhältnis zur Anregungsfrequenz. Solche Einzelsysteme für den Baß-, Mittel- und Hochtonbereich haben durch die Randeinspannung immer eine gewisse freie Ver­ schiebbarkeit mit einer zugehörigen Wegbegrenzung, die im Hoch­ tonbereich kleine, im Mitteltonbereich größere und für den Baß­ bereich noch größere Membranauslenkungen zuläßt.

Durch die DE-OS 27 51 700 oder DE-P 29 27 848 ist es außerdem bekannt, eine ebene oder leicht gewölbte Flächenmembran mit nur einem Schwingspulenantrieb in mehrere konzentrische Membranteil­ flächen für die verschiedenen Frequenzbereiche aufzuteilen. Es ist jedoch nicht möglich, damit die vorstehend beschriebenen akustischen sowie technischen Nachteile zu umgehen.

Werden Frequenzgemische übertragen, überlagern sich die hoch­ frequenten Biegeschwingungen der großflächigen Randzone mit den hochfrequenten Grundschwingungen des kleinen Zentrums und ergeben Interferenzen. Auch wenn die Biegemomente in der äußeren Randzone durch konstruktive Maßnahmen klein gehalten werden, in ebenen, flache Membranen können sie nicht verhindert werden. Durch die große Abstrahlfläche wird ein erheblicher Schallpegel erreicht, und es entsteht doch wieder die akustische Richtwirkung in der Höhenabstrahlung sowie ein hoher Anteil an technischen Verzerrun­ gen im übertragenen Signal.

Je flacher eine Membrane ausgeführt wird, umso biegesteifer muß sie sein. Wenn sie flach ausgeführt wird mit Gelenken, wird sie instabil. Im äußeren Randteil der innen und außen auf Federn gelagerten steifen Scheibe treten deshalb bei dynamischer Beanspruchung zudem noch Kippschwingungen auf, die zusätzliche unkontrollierbare Klangverfälschungen und Verzerrungen erzeugen (Fig. 4A, B).

Werden Dämpfungsglieder mittig an den einzelnen Scheiben in der Weise angeordnet, wie in der DE-PS 29 27 848 vorgeschlagen wird, so steigt durch die Krafteinleitung am Rand der Scheibe die Kippneigung noch an (Fig. 5, 6).

Wird, wie in der gleichen Patentschrift vorgeschlagen, für kleine Auslenkungen z. B. im Hochtonbereich eine freie Beweglichkeit zugelassen, die nach einer gewissen Wegstrecke endet, ergeben sich bei größeren Auslenkungen innerhalb der Bewegung Stoßbelastungen (vergl. Abb. 4 der DE-PS 29 27 848).

Auch ein Lautsprechersystem, bei dem wie bei der europäischen Anmeldung 00 39 740 der Pappkonus auch für tiefe Frequenzen beweglich mit der Schwingspule verbunden wird und der Antrieb der Membrane im Wesentlichen über ein Luftpolster erfolgt, das über der Schwingspulenabdeckung angeordnet ist, kann nicht die ge­ wünschte Wirkung erzielen. Es ist nur geeignet, die Hochton­ abstrahlung z. B. bei einem Baßlautsprecher zu verhindern, ist prinzipiell aber kein Breitbandübertragungssystem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Breitbandübertra­ gungssystem zu schaffen, das im Tieftonbereich weitgehend ohne Biegeschwingungen kolbenförmig als Ganzes und im Hochtonbereich weitgehend nur über dem Zentrum der kalottenförmigen Schwing­ spulenabdeckung schwingt bei gleichzeitiger Reduzierung der Par­ tialschwingungen im äußeren Membranteil, in der Kalotte und in dem Schwingspulenträger.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Für einen Breitbandlautsprecher nach der Erfindung wird keine Frequenzweiche mehr benötigt, die selbst oft schon Verfälschungen des elektrischen Signals erzeugt.

Während sich bei Mehrwegsystemen in Mehrwegelautsprecherboxen Klangverfärbungen ergeben, da sich wegen der räumlichen Trennung der Einzellautsprecher bei einer Veränderung der Hörerposition vor allem in vertikaler Richtung andere Winkel für die Überlagerung der hohen Töne mit den Bässen ergeben, entsteht mit dem erfindungsgemäßen Breitbandlautsprecher ein von der Position des Hörers zum Lautsprecher unabhängiges Klangbild.

Die erfindungsgemäße Verbindung des mit einer kalottenförmigen Abdeckung versehenen Schwingspulenträgers mit dem äußeren Membranteil wirkt wie ein Gelenk, das bei hohen Frequenzen kleine gegenseitige Verschiebungen zuläßt (Fig. 8A), aber bei tiefen Frequenzen praktisch starr ist (Fig. 8C). Bei mittleren Frequenzen ergibt sich ein frequenzabhängiger fließender Übergang zwischen den beiden Extremwerten.

Dadurch wird erreicht, daß bei hohen Frequenzen nur das kleine Zentrum der Gesamtmembranfläche, die Kalotte, ohne den Nachteil der akustischen Richtwirkung Schall abstrahlt, der äußere Membranteil schwingt nicht mit. Bei tiefen Frequenzen schwingt die Gesamtmembran aus innerem und äußerem Teil gleichartig und kolbenförmig.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Verbindung zwischen dem Schwingspulenträger und dem äußeren als Konus- oder NAWI-Membran ausgebildeten Membranteil wird im ganzen zu übertragenden Frequenzbereich nicht nur die Übertragung von Partialschwingungen erzeugenden Biegemomenten aus dem äußeren Membranbereich in den Schwingungsspulenträger und in die Kalotte, sondern schon ihre Entstehung verhindert. Daraus ergibt sich eine ganz erhebliche Reduzierung von Verzerrungen der Wiedergabe bei elektro­ dynamischen Breitbandlautsprechern.

Es ist noch zu erwähnen, daß der erfindungsgemäße Breitbandlaut­ sprecher mit Hilfe aller gängigen Fertigungseinrichtungen leicht herstellbar ist.

Auch die Vorteile der Lautsprecherentzerrung nach DE-OS 34 18 047 werden in Verbindung mit dem von der Frequenz abhängenden wirk­ samen Massesystem des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers deutlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen und eines konkreten Ausführungsbeispiels für einen Breitband­ lautsprecher näher beschrieben.

Fig. 1A zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Flachmem­ branwandlers,

Fig. 1B das statische System und die Belastung,

Fig. 1C die Beanspruchungsart.

Fig. 2A zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Wandlers mit konusförmiger Membran,

Fig. 2B das statische System und die Belastung,

Fig. 2C die Beanspruchungsart.

Fig. 3A zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Wandlers mit NAWI-Membran,

Fig. 3B das statische System und die Belastung,

Fig. 3C die Beanspruchungsart.

Fig. 4A zeigt einen Breitbandlautsprecher nach DE-OS 27 51 700,

Fig. 4B das statische System, die Belastung, die Verformung und die Beanspruchungsart.

Fig. 5 zeigt einen Breitbandlautsprecher nach DE-OS 29 27 848,

Fig. 6 dessen statisches System, Belastung, Verformung und Beanspruchungsart.

Fig. 7A zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers mit Konusmembrane.

Fig. 7B zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers mit NAWI-Membrane.

Fig. 7C zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers mit konusförmigem Formteil.

Fig. 7D zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers mit räumlich gewölbtem Formteil.

Fig. 8A zeigt das statische System des erfindungsgemäßen Breit­ bandlautsprechers in der Ausführung mit NAWI-Membran bei Hochton­ belastung,

Fig. 8B die Beanspruchungsart bei Hochtonbelastung.

Fig. 8C zeigt das statische System des erfindungsgemäßen Breit­ bandlautsprechers in der Ausführung mit NAWI-Membran bei Tiefton­ belastung,

Fig. 8D die Beanspruchungsart bei Tieftonbelastung.

Fig. 9 zeigt schematisch die Schalldruckverteilung an der Membran­ oberfläche über den Querschnitt des Membrandurchmessers bei einem bekannten Wandler nach Fig. 3A bei tiefen, mittleren und hohen Frequenzen. In dieser Kurve sind die Größe und die Verteilung der Grundschwingung als ausgezogene Linie dargestellt, die Maxima und Minima der Partialschwingungen als gestrichelte Linie.

Fig. 10 zeigt schematisch die Schalldruckverteilung an der Mem­ branoberfläche über den Querschnitt des Membrandurchmessers bei dem erfindungsgemäßen Wandler nach Fig. 7B bei tiefen, mittleren und hohen Frequenzen. In dieser Kurve sind die Größe und die Verteilung der Grundschwingung als ausgezogene Linie dargestellt, die Maxima und Minima der Partialschwingungen als gestrichelte Linie.

Fig. 11 zeigt den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Fre­ quenzgang an einem bekannten Breitbandlautsprecher nach Fig. 3A.

Fig. 12 zeigt den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Frequenzgang eines erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers, der im übrigen wie der dem Kurvenverlauf nach Fig. 11 zugrunde liegende Lautsprecher aufgebaut ist.

Fig. 13 zeigt schematisch den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Frequenzgang eines erfindungsgemäßen Wandlers nach Fig. 7B in Verbindung mit der elektronischen Entzerrung nach DE-OS 34 18 047.

Fig. 14 zeigt schematisch die mittig gemessenen Frequenzgänge an zwei erfindungsgemäßen Wandlern nach Fig. 7B mit gleichen Außen­ durchmessern, aber einmal mit Schwingspulendurchmesser 19 mm und einmal mit Schwingspulendurchmesser 25 mm und der entsprechenden Abdeckkalotte.

Fig. 15 zeigt, wie sich im Hochtonbereich die erfindungsgemäße Verbidung zwischen äußerem Membranteil und Schwingspulenträger verformt.

Fig. 16 zeigt verschiedene Ausführungen der erfindungs­ gemäßen Verbindung zwischen dem äußeren Membranteil und dem Schwingspulenträger.

In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende, an sich bekannte Elemente oder Größen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Bezeichnungen bedeuten:
1 Schwingspulenträger, 2 Abdeckung des Schwingspulenträgers vor­ zugsweise in Kalottenform, 3 NAWI-Membranform, 4 Konusmembran­ form, 5 Randsicke, 6 Verbindung zwischen Schwingspulenträger und Membran, 7 elektrische Zuleitung zur Schwingspule, 8 Polplatte, 9 Schwingspule, 10 Magnet, 11 Lautsprecherkorb, 12 Zentrierspinne, 13 räumlich gewölbtes Formteil, 14 räumlich ko­ nusförmiges Formteil, P durch die Schwingspule und den Erreger­ strom erzeugte Kraft auf den Schwingspulenträger, p der Bewegung entgegengerichtete Massenträgheit, F federnde Einspannung, N Normalkraft in Querschnittsrichtung, Q Querkraft senkrecht zur Querschnittsrichtung, M Biegemoment senkrecht zur Quer­ schnittsrichtung, SD Schwingungsdämpfungselement, V Verschieb­ lichkeit über Verformung, D äußerer Membrandurchmesser, H räumli­ che Bauhöhe des äußeren Membranteils.

In den Fig. 7A und 7B sind zwei Hälften von Lautsprechern jeweils im Schnitt durch die Symmetrieachse schematisch dargestellt, welche die Verbindung 6 zwischen dem Schwingspulenträger 1 und dem äußeren Membranteil 3 bzw. 4 aufweisen. Dabei besteht der äußere Membranteil 4 nach Fig. 7A aus einer Konusmembrane und der äußere Membranteil 3 nach Fig. 7B aus einer NAWI-Membrane. Das Magnetsystem, der Schwingspulenträger mit Schwingspule, Kalotte und Zentrierspinne sowie der Lautsprecherkorb sind in konventioneller Weise ausgebildet und bedürfen keiner weiteren Erwähnung.

Das Verbindungs- oder Koppelelement 6 zwischen dem durch die Kalotte 2 abgedeckten Schwingspulenträger 1 und dem äußeren Membranteil 3 bzw. 4 besteht aus einem elastischen Material mit hoher innerer Reibung. Spezielle Ausführungsbeispiele werden noch anhand der Fig. 16 vorgestellt. Hohe Tonfrequenzen, die nur über die Kalotte abgestrahlt werden, werden praktisch überhaupt nicht auf den äußeren Membranteil übertragen und können dort folglich auch keine Partialschwingungen auslösen. Sollten jedoch bei extrem dynamischer Belastung trotzdem Partialschwingungen angeregt werden, dann wirkt die innere Reibung des Verbindungs­ elements 6 als Dämpfung für diese Schwingungen. Das Verbindungs­ element 6 wirkt aber auch als Dämpfung für Biegeschwingungen im Schwingspulenträger 1 und in der Kalotte 2.

Bei tiefen Frequenzen im Baßteil verhält sich das Verbindungs­ element 6 wie eine starre Verbindung zwischen dem Schwingspulen­ träger 1 und dem äußeren Membranteil 3 bzw. 4. Die niederfrequen­ ten Schwingungen werden daher voll vom Schwingspulenträger 1 auf den äußeren Membranteil 3 bzw. 4 übertragen, ohne Biegemomente zu erzeugen.

Die Verbindung 6 des Schwingspulenträgers mit dem äußeren Membranteil wirkt wie ein Gelenk, das bei hohen Frequen­ zen kleine Verschiebungen zuläßt (Fig. 8A), aber bei tiefen Fre­ quenzen unverschieblich ist (Fig. 8C). Bei mittleren Frequenzen ergibt sich ein frequenzabhängiger, fließender Übergang zwischen beiden Extremzuständen.

Analog zu den Darstellungen in den Fig. 7A und 7B zeigen die Fig. 7C und 7D als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei Hälften von Breitbandlautsprechern im Schnitt. Die Ausführungsformen nach Fig. 7C und Fig. 7D weisen einen vergleichsweise langen Schwingspulenträger 1 auf, dessen Übergang in die abschließende Kalotte 2 schon beinahe die durch die Randsicke 5 aufgespannte Ebene erreicht. Entsprechend verlängert ist auch das Verbindungselement 6. Der durch den äußeren Umfang des Verbindungselements, die Membran und die genannte Ebene begrenzte Raum ist durch einen Formkörper 13 bzw. 14 ausgefüllt, der aus einem leichten, aber möglichst steifen Material wie beispielsweise aufgeschäumtem Polystyrol oder einer Wabenkonstruktion besteht.

Wenn man mit einem kleinen Ohrsonden-Elektret-Mikrofon an der Oberfläche der schwingenden Membrane entlangfährt, kann man sehr schnell und genau das Schwingungsverhalten der Gesamtmembran sowie innerhalb der schwingenden Membran die Verteilung der Maxima und Minima der Partialschwingungen darstellen.

Dies ist in Fig. 9 für einen bekannten Wandler nach Fig. 3A darge­ stellt, und man kann sehen, daß sich nicht nur bei den tiefen, sondern auch bei den mittleren und hohen Frequenzen die Schallab­ strahlung über die ganze Fläche verteilt und die Partialschwin­ gungen (durch Biegemomente) außerdem einen hohen Anteil an der Schallabstrahlung haben.

In Fig. 10 ist diese Schalldruckverteilung für einen erfindungsge­ mäßen Wandler mit NAWI-Membrane dargestellt, und es ergibt sich nicht nur bei den tiefen, mittleren und hohen Frequenzen die richtige, der Frequenz entsprechende Abstrahlfläche, die die unerwünschten akustischen Richtwirkungen vermeidet, auch die Partialschwingungen sind über die gesamte Membranfläche stark reduziert. Sinngemäß gilt das auch für die anderen Ausführungs­ formen des Breitbandlautsprechers nach Fig. 7A, C, D.

Durch die Verbindung 6 zwischen Schwingspulen­ träger und dem äußeren Membranteil werden ausschließlich Normal­ kräfte in den äußeren Membranteil eingeleitet. Das Membran­ material selbst kann durch den Elastizitätsmodul sowie durch die innere Dämpfung Normalkräfte gut verarbeiten.

Außerdem sind frequenzabhängige Normalkraftbelastungen innerhalb des Membranmaterials bedeutungslos, während Biegeschwingungen in der Membran beträchtlich zur akustischen Schallabstrahlung bei­ tragen und das Signal verfälschen.

Im Gegensatz zu ebenen, flachen Breitbandmembranen, die von An­ fang an auf Biegung beansprucht werden und, durch den Elasti­ zitätsmodul des Materials und das Trägheitsmoment des Quer­ schnitts bedingt, immer Biegeschwingungen zulassen müssen, werden bei der Verbindung 6 nur Normalkräfte in den Querschnitt des äußeren Membranteils eingeleitet, die zudem nur bis zu dem Punkt wirksam werden, wo die eingeleitete Energie in Wärme umgesetzt wird.

Durch die trichterförmige Ausbildung des äußeren Membranteils (dargestellt in Fig. 8A und Fig. 8C) als Konus- oder NAWI-Membran mit der Bauhöhe H vom unteren Übergang in den Schwingspulenträger und den oberen Übergang über die Sicke in den Lautsprecherkorb wird ein auf Kippen unempfindliches räumliches Schalen- oder Formtragwerk erhalten, im Gegensatz zur ebenen, flachen Breit­ bandmembran nach Fig. 4A, B und Fig. 5, 6 mit geringer Bauhöhe und großer Kippneigung der Membranteile.

Auch bei den üblichen Frequenzgangmessungen 1 m vor dem Laut­ sprecher in Achse und 30 Grad außermittig lassen sich die Verbes­ serungen durch die Verbindung 6 der Membranteile aufzeigen.

Während sich bei einem konventionellen Lautsprecher nach Fig. 3A der Schalldruck mittig und außermittig deutlich in den Höhen unterscheidet (Fig. 11), verschwindet dieser Unterschied bei einem Lautsprecher, der bei sonst gleicher Ausführung die Verbindung 6 zwischen dem Schwingspulenträger und dem äußeren Membranteil aufweist (Fig. 12).

Zwar wird der Schalldruck in den Höhen durch diese Maßnahme in der Achse geringer, was man bei oberflächlicher Betrachtung als einen geringeren Wirkungsgrad bezeichnen könnte, doch bei genaue­ rer Untersuchung kann nachgewiesen werden, daß damit nur die Partialschwingungen im äußeren Membranteil keinen Anteil mehr zur Schallabstrahlung beitragen können, wodurch die technische Über­ tragungsqualität zunimmt und durch die begrenzte Flächen­ abstrahlung im Hochtonbereich die Richtwirkung verschwindet. Wenn der partialschwingungsfreie, verminderte Pegel in Höhen durch vermehrte elektrische Leistungsführung wieder ausgeglichen wird, steigt auch der außermittige Pegel mit auf das richtige Maß, und man bekommt obendrein noch die räumlich richtige Ver­ teilung der akustischen Schallenergie.

In Fig. 14 wird gezeigt, wie auch durch konstruktive Maßnahmen wie die Flächenveränderungen der direkt auf der Schwingspule sitzen­ den kalottenförmigen Abdeckung im Verhältnis zu einem gleichblei­ benden Gesamtmembrandurchmesser der Frequenzgang beeinflußt wer­ den kann.

Während die größere Kalotte im unteren Hochtonbereich lauter und im oberen Hochtonbereich leiser ist und schon wieder etwas bün­ delt, ist die kleinere Kalotte im unteren Hochtonbereich leiser, aber im oberen Hochtonbereich lauter und bündelt auch weniger.

Die Breite und Dicke der frequenzabhängig nach­ giebigen Verbindung 6 wirkt im Hochtonbereich als Randeinspannung V für Kalotte und Schwingspulenträger sowie im Frequenzbereich darunter als frequenzabhängiger Übertrager von Schwingungen auf den äußeren Membranteil. Zwischen einer großen Dicke der Verbin­ dung, was einer weichen Kalotteneinspannung entspricht, die erst bei ganz tiefen Frequenzen zu einer starren Verbindung mit dem äußeren Membranteil wird, und einer kleinen Dicke der Verbindung, was einer relativ harten Kalotteneinspannung entspricht, die schon bei mittleren Frequenzen zu einer festen Verbindung mit dem äußeren Membranteil führt, ist ein Kompromiß anzustreben. Auch bei gleicher Dicke, aber größerer Breite in der Ausführung der Verbindung zwischen Kalotte und dem äußeren Membranteil verändern sich die Übertragungseigenschaften entsprechend.

Aber auch die Eigenschaften als Dämpfer für die Partialschwin­ gungen in der Kalotte, in dem äußeren Membranteil und in dem Schwingspulenträger hängen von der Breite und der Dicke der Verbindung ab. Auch eine eventuelle Vordehnung des Materials kann berücksichtigt werden.

Wenn die Verbindung 6 zwischen dem Schwingspulen­ träger und dem äußeren Membranteil rein elastisch ausgeführt werden würde, würden sich von der Frequenz abhängige Schwingungs­ zustände ergeben, in denen die beiden Membranteile je nach Massenverteilung einmal in gleicher Phase, aber auch gegenphasig zueinander schwingen könnten.

Um dies zu vermeiden, muß die Verbindung so gestaltet werden, daß sie nur im Hochtonbereich nachgiebig ist und auch nur kleine Auslenkungen der beiden Membranteile ohne freie Verschieblichkeit V gegeneinander zuläßt. Bei niedrigeren Frequenzen muß die Ver­ bindung ohne Verschieblichkeit sein. Dies kann durch die Wahl der Materialien und die Ausführungsform der Verbindung erreicht wer­ den.

Auch eine elektronische Entzerrung nach dem DE-OS 34 18 047 kann zu der erwünschten Wirkungsweise der Verbindung einen Beitrag leisten. Die z. B. im Hochtonbereich erhöhte elektrische Lei­ stungszuführung kann die für die kleinen Auslenkungen V erfor­ derliche Verformungsenergie liefern.

Diese Energie wird durch die Konstruktionsform der Verbindung 6 aber nicht in den äußeren Membranteil geleitet, sondern innerhalb der Verbindung aufgearbeitet, in Wärme umge­ setzt. Diese erhöhte Energiezuführung fällt im Mitteltonbereich bereits stark ab und ist im Baßbereich nicht mehr wirksam.

Alle konstruktiven Maßnahmen wie das Verändern der Steifigkeit der elastischen Randeinspannung des äußeren Membranteils am Laut­ sprecherkorb, der Verbindung 6 zwischen dem äuße­ ren Membranteil und dem Schwingspulenträger, die Gesamtsteifig­ keit des äußeren Membranteils sowie seines Gewichts stellen kon­ struktive Mittel zur Entzerrung des Breitbandlautsprechers dar, die soweit wie möglich genutzt werden sollten, um einen linearen Frequenzgang zu erzielen.

Die Verbindung 6 soll überwiegend Normalkräfte aus dem Schwingspulenträger als Normalkräfte in den äußeren Membran­ teil einleiten. Für die erfindungsgemäße Verbindung wirken die Normalkräfte aus dem Schwingspulenträger als Querkraftbean­ spruchung. Diese Beanspruchung auf Scherfestigkeit (Fig. 15) ist langzeitbeständiger als eine Beanspruchung auf Zug und Druck.

Vorzugsweise soll eine Verbindung mit rechteckigem Querschnitt Verwendung finden, die entweder direkt am Schwingspulenträger befestigt wird oder an einer wärmeisolierenden Schicht, die ihrerseits wieder auf dem wärmeleitenden Schwingspulenträger festgemacht ist. Die Verbindung kann zusätzlich auch an dem äußeren Membranteil festgeklebt oder sogar aufvulkanisiert wer­ den. Die Fig. 16 zeigt eine Reihe von Möglichkeiten für die Ausbildung des Verbindungselements 6.

Eine Alternative ist, die Verbindung über dem Schwingspulenträger schon stark vorgedehnt aufzubringen, um Resonanzen durch den Anpreßdruck noch wirksamer zu verhindern. Es ist auch möglich, über den unteren Rand des äußeren Membranteils ein elastisches Band zu spannen, um die Membran an die erfindungsgemäße Verbin­ dung zu drücken (Fig. 16).

Auch andere Ausführungen statt rechteckiger Querschnitte sind möglich, z. B. runde oder ovale Querschnitte oder eine Nut-und- Feder-Ausführung. Die Verbindung kann in einem Stück oder in zwei getrennten Teilstücken ausgebildet werden, wobei die getrennten Teilstücke auch für unterschiedliche Kennwerte wie z. B. optimale Normalkraftübertragung und optimale Schwingungsdämpfung ausgebil­ det sein können. Die Verbindung kann aufgeklebt oder auch nur aufgezogen sein. Ebenso können nachgiebig bleibende Klebemassen zur Herstellung der Verbindung 6 benutzt werden.

Als Material für die Verbindung 6 kann Gummi, Chloropren-Kautschuk, PVC, Silikon oder ähnliches Verwendung finden. Auch Mischprodukte mit teilweise elastischem, teilweise plastischem Material mit oder ohne Armierung durch Fasern sind denkbar. Auch Schläuche mit plastisch verformbarem Inhalt sind möglich. Auch Balsaholz oder Schaumstoffe haben die Eigenschaft, hochfrequente Schwingungen gut zu absorbieren und tieffrequente Schwingungen ohne Verluste weiterzuleiten. Es kann Material Verwendung finden, das in allen drei Achsen gleiche, aber auch unterschiedliche Kennwerte für Dehnung, Steifigkeit, Verformbarkeit und Dämpfung hat.

Die Verbindung des Schwingspulenträgers mit der kalottenförmigen Abdeckung ist fest und starr auszubilden, die Kalotte selbst vorzugsweise aus Metall zur besseren Wärmeableitung. Der Kleber zwischen Kalotte und Schwingspulenträger ist ebenfalls vor­ zugsweise gut wärmeleitend.

Der äußere Membranteil kann am Außenrand rund oder oval sein, der Übergang zum Schwingspulenträger am Innenrand ist aber rund.

Claims (7)

1. Breitbandlautsprecher mit in Teilflächen für verschiedene Frequenzbereiche aufgeteilter Membranfläche, bei dem der innere Membranteil aus einer mit dem Schwingspulenträger fest verbundenen Schwingspulenabdeckung besteht und der äußere Membranteil über eine frequenzabhängig nachgiebige Verbindung mit dem inneren Membranteil gekoppelt ist, wobei die Elastizi­ tät der Verbindung so gewählt ist, daß bei hohen Tonfrequenzen der äußere Membranteil zumindest annähernd in Ruhe bleibt, während bei tiefen Tonfrequenzen die frequenzabhängig nach­ giebige Verbindung den äußeren Membranteil zumindst nahezu fest mit dem inneren Membranteil verbindet und bei mittleren Tonfrequenzen ein stetiger Übergang erfolgt, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß der äußere Membranteil (3, 4, 13, 14) über die frequenz­ abhängig nachgiebige Verbindung (6) am Schwingspulenträger (1) befestigt ist und das Material der Verbindung (6) neben elastischen auch schwingungsdämpfende Eigenschaften, d. h. eine innere Reibung aufweist und
• - daß der äußere Membranteil (63, 4, 13, 14) als Konusmembran (4), als NAWI-Membran (3) oder als vorne ebener Formkörper (13, 14) ausgebildet ist, dessen hintere Begrenzung die Form einer Konus- oder NAWI-Membran aufweist, wobei der äußere Membranteil (3, 4, 13, 14) im Verhältnis zum Durchmesser eine gewisse Mindesthöhe (H) besitzt, die sicherstellt, daß der äußere Membranteil (3, 4, 13, 14) als räumliches Schalen­ tragwerk oder als räumliches Formteil nicht auf Biegemomente oder Kippen, sondern auf Normalkraft beansprucht wird.

2. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwingspulenabdeckung (2) kalottenförmig ausgebildet ist.

3. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängig nach­ giebige Verbindung (6) aus einem homogenen Material besteht.

4. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht.

5. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) in den drei räumlichen Achsen unterschiedliche Kennwerte besitzt.

6. Breitbandlautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) auf dem Schwingspulenträger (1) unter Vorspannung aufgebracht ist.

7. Breitbandlautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) durch den äußeren Membranteil (3, 4, 13, 14) an den Schwingspulenträger (1) angepreßt wird.