DE3838853C1

DE3838853C1 -

Info

Publication number: DE3838853C1
Application number: DE19883838853
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 3340 Wolfenbuettel De Krueger
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Krueger Helmut Dipl-Ing 61191 Rosbach De
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1989-11-30
Also published as: JPH04503739A; WO1990003709A1; EP0436615A1; EP0361487A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Membransystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a membrane system according to the Preamble of claim 1.

Eine solches System ist bekannt aus der US-PS 45 32 838. Außerdem sei hingewiesen auf die DE 30 36 030 C2, DE 36 22 526 A1 und die veröffentlichte internationale (PCT-) Anmeldung WO 87/00 275.Such a system is known from US-PS 45 32 838. In addition, it should be noted to DE 30 36 030 C2, DE 36 22 526 A1 and published international (PCT) application WO 87/00 275.

Die Erfindung ist anwendbar für eine Membran oder ein Membranteil von Membransystemen für Schallwandler, insbesondere Lautsprecher aller Art, z. B. für Kalottenstrahler, für Druckkammersysteme, für ein Mittelteil eines Lautsprecherkonus oder einer -platte. Bei solchen Anwendungen führen unerwünschte Partialschwingungen zu Verzerrungen bei den abgestrahlten Schallschwingungen.The invention is applicable to a membrane or a Membrane part of membrane systems for sound transducers, in particular loudspeakers of all kinds, e.g. B. for Dome heater, for pressure chamber systems, for one Midsection of a speaker cone or plate. At such applications cause undesirable partial vibrations to distortions in the radiated sound vibrations.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Membransystem anzugeben, bei welchem die Verzerrungen abgestrahlter Schallschwingungen gering sind gegenüber den Schwingungen seines Antriebes.The object of the invention is to provide a membrane system where the distortion is more radiated Sound vibrations are low compared to the vibrations of his drive.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Membransystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved by the membrane system with the Features of claim 1. Advantageous Further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf Berechnungen und Versuchen, die ergeben haben, daß mit der gefundenen Bemessungsvorschrift gute mechanische Eigenschaften einer Membran mit der Folge erzielt werden können, daß störende Partialschwingungen weitgehend vermieden werden. Um solche Partialschwingungen einzudämmen, muß bei der Membran von innen nach außen ein bestimmter Verlauf der Biegesteifigkeit und des Flächenträgheitsmomentes eingehalten oder angenähert werden.The invention is based on calculations and tests that have shown that with the design specification found good mechanical properties of a membrane with the consequence can be achieved that disturbing partial vibrations largely avoided. About such partial vibrations To contain, the membrane must be from the inside out certain course of the bending stiffness and the Area moment of inertia are maintained or approximated.

Vorzugsweise wird dabei auf versteifende Streben oder Fachwerke verzichtet und statt dessen eine bevorzugt massive Gestalt gewählt, zu der allerdings auch geschäumte Varianten zu rechnen sind.Preferably stiffening struts or Trusses dispensed with and instead a massive one Shape chosen, but also foamed variants are to be expected.

An der im Patentanspruch 1 genannten Befestigungszone am Rand für die Befestigung des Antriebes der Membran kann auch ein Randring vorgesehen sein, welchen die Membran an ihrem Rand aufweist und der seinerseits ortsfest eingespannt ist, damit eine Führung der Membran in Axialrichtung gewährleistet ist. Es kann sich bei der Befestigungszone aber auch um die Zone handeln, wo die Membran mit einer Konusmembran eines Lautsprechers verbunden ist, wobei die Membran den Innenrand oder das Zentrum der Konusmembran überdeckt oder überbrückt.At the attachment zone mentioned in claim 1 Edge for attaching the actuator to the membrane can an edge ring can also be provided, to which the membrane is attached has its edge and which in turn clamped stationary is thus a guide of the membrane in the axial direction is guaranteed. It can be in the attachment zone but also act around the zone where the membrane with a Cone membrane of a speaker is connected, the Membrane the inner edge or the center of the cone membrane covered or bridged.

Auch bei der Ausführungsform, bei welcher die Membran das Zentrum einer Konusmembran koaxial überbrückt, kann sich die Befestigungszone, wo die Membran mit der Konusmembran verbunden ist, und der Antrieb beim selben Radialkoordinatenwert befinden.Also in the embodiment in which the membrane The center of a cone membrane can be bridged coaxially Fastening zone where the membrane with the cone membrane is connected, and the drive at the same Radial coordinate value.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Based on the drawings, embodiments of the Invention explained.

Fig. 1 zeigt eine Hälfte eines Schnittes entlang eines Durchmessers eines Membransystems für einen Lautsprecher, Fig. 1 shows one half of a section along a diameter of a membrane system for a loudspeaker,

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Lautsprechers im Schnitt, Fig. 2 shows the basic structure of a loudspeaker in section,

Fig. 3 stellt eine Hälfte eines Schnittes eines weiteren Membransystems im Prinzip dar. Fig. 3 shows a half of a section of another membrane system in principle.

Fig. 1 zeigt eine Hälfte eines Radialschnittes durch eine Konusmembran M, die an ihrem inneren Rand mit einer Radialführung R _f (nicht zwingend) und einem elektromagnetischen Antrieb E versehen ist, der in Richtung der Membranachse 1 wirkt. Die Konusmembran ist biegesteif, ringförmig, rotationssymmetrisch und konisch. Der Antrieb ist zugleich Membran- und Konusmembranantrieb. Fig. 1 shows one half of a radial section through a cone diaphragm M, the (non-mandatory) at its inner edge with a radial guide R _f and an electromagnetic drive E is provided, which acts in the direction of the membrane axis 1. The cone membrane is rigid, ring-shaped, rotationally symmetrical and conical. The drive is diaphragm and cone diaphragm drive at the same time.

Die in Richtung der Membranachse 1 gemessene Wandstärke H der Konusmembran M verändert sich in Abhängigkeit von einer Radialkoordinate r, die im Zentrum der Membran P mit dem Wert r = 0 beginnt, am inneren Rand den Wert r = r _i aufweist und am äußeren Rand der Konusmembran ihren Maximalwert r = R erreicht. Dort geht die Konusmembran M in einen Randring Rr über, der biegeelastisch und ringförmig ist sowie die Gestalt einer Sicke aufweist. (Es kann auch ein Randring mit mehreren Sicken zur Anwendung gelangen.) Die ebenfalls in Richtung der Membranachse 1 gemessene Wandstärke S des Randringes verringert sich in Richtung einer Abstandskoordinate s von s = 0 ausgehend bis zum Außenrand. Der Randring Rr weist an seinem Außenrand einen ringförmigen Fortsatz F auf, der zur Einspannung des Randringes und damit indirekt auch der Membran M dient.The wall thickness H of the cone membrane M measured in the direction of the membrane axis 1 changes as a function of a radial coordinate r , which begins in the center of the membrane P with the value r = 0, has the value r = r _i on the inner edge and the value on the outer edge Cone membrane reaches its maximum value r = R. There the cone membrane M merges into an edge ring Rr , which is flexible and ring-shaped and has the shape of a bead. (An edge ring with several beads can also be used.) The wall thickness S of the edge ring, likewise measured in the direction of the membrane axis 1, decreases in the direction of a distance coordinate s from s = 0 to the outer edge. The edge ring Rr has an annular extension F on its outer edge, which serves to clamp the edge ring and thus indirectly also the membrane M.

Innerhalb des inneren Randes der Konusmembran M befindet sich nun eingeklebt einer rotationssymmetrische, biegesteife Membran P, die als Kalottenschwinger und als Staubschutz für den Antrieb E dient. Die Wandstärke h dieser Membran P verändert sich in Abhängigkeit von der Radialkoordinate r, die in der Membranachse 1 mit dem Wert r = 0 beginnt und für die Membran P bis zu dem Grenzwert r = R ₀ am Plattenrand läuft.A rotationally symmetrical, rigid diaphragm P is now glued inside the inner edge of the cone membrane M , which serves as a dome oscillator and as dust protection for the drive E. The wall thickness h of this membrane P changes depending on the radial coordinate r , which begins in the membrane axis 1 with the value r = 0 and runs for the membrane P up to the limit value r = R ₀ at the edge of the plate.

Bei r = R ₀ sind die Konusmembran M und die Membran P miteinander in nicht näher dargestellter Weise verklebt. Die Klebestelle wird Befestigungszone genannt. Ihre radiale Ausdehnung ist in der schematischen Fig. 1 als vernachlässigbar klein angenommen worden. Die Membran P und die Konusmembran M können auch einstückig hergestellt sein. Dann weichen die Verläufe der Wandstärken h und H in der Umgebung des Radialkoordinatenwertes r = R ₀ (x = r/R ₀ = 1) von den aufgrund theoretischer Überlegungen errechenbaren Werten in der Praxis ab; denn theoretisch ist die Wandstärke bei r = R ₀ verschwindend klein, was natürlich in der Praxis nicht realisierbar ist.At r = R ₀ , the cone membrane M and the membrane P are glued to one another in a manner not shown. The glue point is called the fastening zone. Their radial extent has been assumed to be negligibly small in the schematic FIG. 1. The membrane P and the cone membrane M can also be made in one piece. Then the profiles of the wall thicknesses h and H in the vicinity of the radial coordinate value r = R ₀ (x = r / R ₀ = 1) deviate from the values that can be calculated in practice on the basis of theoretical considerations; because theoretically the wall thickness at r = R _{0 is} vanishingly small, which of course is not feasible in practice.

Die Membran P, angetrieben durch den Antrieb E in Gestalt einer Schwingspule, wirkt als Kolbenschwinger. Ihre Wandstärke h nimmt in einem mittleren Ringbereich um R ₀/2 herum mit sinkenden Werten der Radialkoordinate r zu. Der Minimalwert der Wandstärke h wird bei r = R ₀ erreicht und der Maximalwert bei (oder in der Praxis nahe) r = 0. Ausgehend vom mittleren Ringbereich fällt die Wandstärke h - immer gemessen in Achsrichtung - in Richtung zum Membranrand (r = R) zunehmend steiler ab, während sie in Richtung zur Membranscheibe 1 zunehmend steiler zunimmt. Die Wandstärke h folgt mit zulässigen Toleranzen von ± 5% bevorzugt der Beziehung h = c · (1 - x ²)^m · x ⁿ mit x = r/R ₀, c = Konstante, m = 0,1 . . . 0,4, n = -0,05 . . . -0,2 (bevorzugt: m = 0,2, n = -0,1). Zwischen dem Maximum und dem Minimum verläuft die Wandstärke h selbst, aber auch deren Zu- bzw. deren Abnahme (also der Differentialquerschnitt dh/dr) stetig oder wenigstens stückweise angenähert stetig (quasistetig). Dies trifft jedenfalls in einem Bereich zu, der sich von r =0,05 R ₀ bis an die Befestigungszone um r = R ₀ erstreckt; denn die Befestigungszone am Rand muß aus den oben angegebenen Gründen unter Umständen bei Aussagen über den Wandstärkeverlauf ausgenommen werden, und ähnliches gilt für einen kleinen Mittenbereich um die Membranachse 1 herum, wo die Wandstärke theoretisch unendlich groß sein müßte, was aber in der Praxis nicht möglich ist. The membrane P , driven by the drive E in the form of a voice coil, acts as a piston oscillator. Their wall thickness decreases h in a middle annular area to R _0/2 around with decreasing values of the radial coordinate r. The minimum value of the wall thickness h is reached at r = R ₀ and the maximum value at (or in practice close to) r = 0. Starting from the central ring area, the wall thickness h - always measured in the axial direction - falls in the direction of the membrane edge (r = R) progressively steeper, while it increases steeper in the direction of the membrane disk 1 . With permissible tolerances of ± 5%, the wall thickness h preferably follows the relationship h = c * (1 - x ² ) ^m * x ⁿ with x = r / R ₀ , c = constant, m = 0.1. . . 0.4, n = -0.05. . . -0.2 (preferably: m = 0.2, n = -0.1). Between the maximum and the minimum, the wall thickness h itself, but also its increase or decrease (ie the differential cross section ie / dr) runs continuously or at least approximately continuously (quasi-continuously). In any case, this applies in an area that extends from r = 0.05 R ₀ to the fastening zone around r = R ₀ ; because the fastening zone at the edge may have to be excluded for the reasons given above for statements about the wall thickness curve, and the same applies to a small central area around the membrane axis 1 , where the wall thickness should theoretically be infinitely large, but this is not possible in practice is.

Der Betrag der Konstanten c und damit der Mittelwert der Wandstärke der Membran, wird in bekannter Weise entweder aufgrund von Erfahrungswerten mit Sicherheitszuschlägen oder aufgrund von Berechnungen oder Versuchen festgelegt. Dabei ist die Festigkeit des gewählten Materials zu berücksichtigen und auch dessen Dichte (spezifisches Gewicht), denn von den bewegten Massen hängt die untere Grenzfrequenz eines Schallwandlers ab. An sich würde man die Wandstärke gerne möglichst klein wählen, muß aber mit Rücksicht auf die Gefahr von Ermüdungsbrüchen und auf die Gefahr von Klirrerscheinungen (z. B. aufgrund von Membranverformungen) Mindestwandstärken einhalten. Die Wandstärke muß also in Übereinstimmung mit der bisherigen Praxis so gewählt sein, daß bei der maximalen Auslenkung (die abhängig ist von der vorgegebenen maximalen Belastbarkeit des Schallwandlers) der Membran weder Ermüdungsbrüche noch unzulässiges Klirren auftreten.The amount of the constant c and thus the mean value of the wall thickness of the membrane is determined in a known manner either on the basis of empirical values with safety supplements or on the basis of calculations or tests. The strength of the selected material and its density (specific weight) must be taken into account, because the lower limit frequency of a sound transducer depends on the moving masses. In itself, one would like to choose the wall thickness as small as possible, but must consider minimum wall thicknesses with regard to the risk of fatigue fractures and the risk of distortion (e.g. due to membrane deformations). The wall thickness must therefore be chosen in accordance with previous practice so that at the maximum deflection (which is dependent on the predetermined maximum load capacity of the sound transducer) the membrane does not experience fatigue fractures or inadmissible clinking.

Die Membran besteht bevorzugt aus homogenem oder geschäumtem Material mit glatter Oberfläche; wenn ein höherer Aufwand und damit höherer Preis zugelassen ist, werden Sandwich-Formen bevorzugt.The membrane preferably consists of homogeneous or foamed Material with smooth surface; if a higher effort and thus higher price is allowed Sandwich forms preferred.

Der schematisch im Schnitt in Fig. 2 gezeigte Lautsprecher weist einen permanentmagnetischen Ringmagneten 2 mit weichmagnetischem Kern 3 und mit einer Polplatte 4 auf. Im Luftspalt des damit gebildeten magnetischen Kreises befindet sich ein Membranantrieb E′ an einem Hohlzylinder Z, der durch eine Radialführung Rf geführt ist und über den eine Konusmembran M angetrieben ist. Dabei handelt es sich um eine sogenannte Nawi-Membran (nicht abwickelbare Membran) die von der Konusform (Fig. 1) abweicht, aber dennoch ein der Fig. 1 entsprechenden Wandstärkeprofil aufweist. Die Konusmembran ähnelt einem Exponentialtrichter. The loudspeaker shown schematically in section in FIG. 2 has a permanent magnetic ring magnet 2 with a soft magnetic core 3 and with a pole plate 4 . In the air gap of the magnetic circuit thus formed is a diaphragm drive E ' on a hollow cylinder Z , which is guided by a radial guide Rf and via which a cone membrane M is driven. This is a so-called Nawi membrane (membrane that cannot be unwound) that deviates from the cone shape ( FIG. 1), but nevertheless has a wall thickness profile corresponding to FIG. 1. The cone membrane resembles an exponential funnel.

Bei dieser Gelegenheit sei darauf verwiesen, daß die Vorschriften für die Ausführungsformen der Erfindung mit Membran auch auf andere Membran-Grundformen anwendbar sind, z. B. auf glockenförmig gewölbt.On this occasion, it should be noted that the Rules for the embodiments of the invention Membrane can also be applied to other basic membrane forms, e.g. B. domed on bell-shaped.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 fällt die Radialkoordinate für den Membranantrieb E′ nicht mit der Radialkoordinate für den Rand der Membran P zusammen. Betrachtet man allerdings nur die Membran P, so wird diese tatsächlich an ihrem Rand von der Konusmembran M unmittelbar angetrieben, die Konusmembran ist also "Antrieb" für die Membran.In the example of FIG. 2, the radial coordinate falls for the diaphragm actuator E 'not with the radial coordinate for the edge of the membrane P together. However, if one only looks at the membrane P , it is actually directly driven at its edge by the cone membrane M , so the cone membrane is the "drive" for the membrane.

Die Konusmembran M geht an ihrem Außenrand über in einen Randring R _r, dessen Fortsatz F an einem Lautsprecherkorb 5 befestigt ist, der seinerseits mit der Polplatte 4 verbunden ist. Für den Randring gilt das im Zusammenhang mit Fig. 1 Gesagte.The cone membrane M merges at its outer edge into an edge ring R _r , the extension F of which is attached to a loudspeaker basket 5 , which in turn is connected to the pole plate 4 . The statements made in connection with FIG. 1 apply to the edge ring.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer anderen Membran P′, wobei der Verlauf der Wandstärke h aber wieder derselbe wie in Fig. 1 ist. In der Mitte ist die Membran mit einem Gewicht belastet, bestehend aus einem stabförmigen Verbindungsglied G und einem daran befestigten Körper K, der wiederum mit einer Zentriermembran Z verbunden ist, welche am Rand in einem ortsfesten Lager L gelagert ist. Die durch das Verbindungsglied G, den Körper K und teilweise auch durch die Zentriermembran Z gebildete Masse bildet einen Ersatz für diejenige Masse, welche die Membran P dadurch in der Mitte nicht aufweist, daß die Wandstärke h hier nicht gegen Unendlich geht, wie es eigentlich entsprechend der Formel h = c · (1 - x²)^m · x ⁿ der Fall sein müßte. Fig. 3 shows a cross section of another membrane P ' , but the course of the wall thickness h is again the same as in Fig. 1. In the middle, the membrane is loaded with a weight, consisting of a rod-shaped connecting member G and a body K attached to it, which in turn is connected to a centering membrane Z, which is mounted at the edge in a fixed bearing L. The mass formed by the connecting member G , the body K and partly also by the centering membrane Z is a substitute for that mass which the membrane P does not have in the middle in that the wall thickness h does not approach infinity here, as is actually the case of the formula h = c · (1 - x ²) ^m · x ^{n should be} the case.

Claims

1. Membrane system with a rotationally symmetrical membrane of a sound transducer closed in the middle, which is driven near its edge via an annular fastening zone for a drive and in a central ring area between the membrane edge (R ₀) and axis ( 1 ) a course in the direction of the membrane axis ( 1 ) measured wall thickness (h) , which rises towards the membrane axis ( 1 ), the course between the fastening zone at the membrane edge (R ₀) and a central region which is less than 5% of the membrane diameter around the membrane axis ( 1 ) extends, is steady or quasi-steady and falls increasingly steeper starting from the middle ring area to the fastening zone at the membrane edge (R ₀), characterized in that the course increases increasingly steeper starting from the middle ring area towards the middle area.

2. Membrane system according to claim 1, characterized in that an inflection point of the wall thickness profile lies in an annular area of 20% to 70% of the membrane radius (R ₀).

3. Membrane system according to claim 2, characterized in that the turning point is in a range from 30% to 60% of the membrane radius (R ₀).

4. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (P) at 5% of its membrane radius (R ₀) is approximately twice as thick or thicker than at 95% of the membrane radius (R ₀).

5. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that a weight (G, K, Z) is arranged at the central region, which consists of a different material than the membrane (P) .

6. Membrane system according to claim 5, characterized in that a connecting member (G) between the central region and a centering membrane (Z) is part of the weight.

7. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness profile within a value range of x = 5% to x = 90% follows the relationship h = c · (1 - x ² ) ^m · x ⁿ , where x is the the membrane radius (R ₀ ) is the normalized radial coordinate which is perpendicular to the membrane axis ( 1 ), c is a constant, h is the wall thickness measured in the direction of the membrane axis ( 1 ) and m = 0.1. . . 0.4, n = -0.05. . . -0.2 and tolerance deviations of ± 5% are permitted.

8. Membrane system according to claim 7, characterized in that m = 0.2 and n = -0.1.

9. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that the material density and / or the modulus of elasticity of the membrane material regardless of the radial coordinate (r) which is perpendicular to the membrane axis ( 1 ), as far as constant, as achieved with conventional manufacturing methods becomes.

10. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that the material density increases from a core area in both axial directions (A, B) .

11. Membrane system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the membrane of homogeneous or quasi-homogeneous, especially foamed material consists.

12. Membrane system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the membrane (P) is rotationally symmetrical only with respect to its envelope and consists of a foamed or a truss or honeycomb-shaped core between two firmer cover layers.

13. Membrane system according to one of the preceding claims, characterized in that the features (P ) bridges the region near the axis of an annular second membrane (M) which forms the drive for the first-mentioned membrane (P) .