DE4237180C1 - Lautsprecher, insbesondere Großlautsprecher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lautsprecher, insbesondere Großlautsprecher, mit einem elek­ trisch betriebenen Schwingungserreger, welcher in Wirkverbindung mit einer Membrane steht und diese in mechanische Schwingungen zur Abstrahlung akustischer Signale ver­ setzt wobei an dieser Membrane eine plattenförmige Großmembrane schwingungsfähig an­ geordnet ist.

Das besondere Anwendungsgebiet der Erfindung sind Großlautsprecher bzw. Großboxen für die Beschallung großer Hallen oder Stadien beispielsweise für Konzerte. Die Großboxen bestehen dabei üblicherweise aus einem Gehäuse sowie aus einer Schallwand, auf die ne­ beneinander ein oder mehrere Lautsprecher mit axial liegender Schwingspule montiert sind. Zwar werden die Lautsprecher der Großbox in der Regel über spezielle Frequenzweichen gemeinsam angesteuert, elektromechanisch arbeitet aber jeder Lautsprecher unabhängig von dem anderen. Dies gilt auch dann, wenn sie im selben Frequenzbereich arbeiten. Kon­ struktionsbedingt arbeitet jeweils immer nur ein Teil der Membrane der Lautsprecher als ak­ tive, d. h. schallabgebende Fläche. Beim Einbau in eine Schallwand wird das Verhältnis von aktivem zu passivem Anteil weiter verschlechtert. Der Rest von meist über 50% hat lediglich tragende Funktion und ist inaktiv. Der Wirkungsgrad der bekannten Lautsprecher ist somit nicht besonders gut. Werden für einen Frequenzbereich mehrere Lautsprecher eingebaut, was bei den bereits erwähnten Großboxen der Fall ist, so treten durch Interferenz weitere Abstrahlungsverluste hinzu. Um somit die gewünschte Gesamtschalleistung zu erhalten, ist eine große Anzahl dieser herkömmlichen, konventionellen Lautsprecherboxen notwendig.

In der JP 59-28 796 A ist ein Lautsprecher der eingangs angegebenen Art offenbart, wel­ cher einen elektrisch betriebenen Schwingungserreger in Form einer Schwingspule auf­ weist. Diese Schwingspule steht in Wirkverbindung mit einer konischen Membrane, so daß bei Erregung der Schwingspule diese Membrane in mechanische Schwingungen versetzt wird. An der Membrane ist schließlich eine flache, plattenförmige Großmembrane schwin­ gungsfähig angeordnet, so daß diese Großmembrane die Öffnung der konischen Membrane abdeckt.

In der DE-PS 28 50 956 ist ein Lautsprecher mit einer flachen Membrane offenbart. Zu die­ sem Zweck ist ein Rahmen vorgesehen, in dem vier magnetische Treiber angeordnet sind. Auf den vier Spulenkörpern dieser magnetischen Treiber ist die flache Membrane durch Klebstoff oder auf andere geeignete Weise befestigt. Durch Betätigen der vier magnetischen Treiber wird somit die Membrane in mechanische Schwingungen versetzt und strahlt die entsprechenden akustischen Signale ab. Nachteilig bei diesem bekannten Lautsprecher ist, daß hierfür spezielle Teile benötigt werden, insbesondere einzelne magnetische Treiber.

In der JP 56-56 095 A ist ein Lautsprecher mit einer flachen Membrane offenbart, welche in Wirkverbindung mit einer Schwingspule steht und durch diese in mechanische Schwingun­ gen zur Abstrahlung akustischer Signale versetzt wird. Die flache Membrane besteht dabei aus geschäumten Acrylplatten, welche beidseitig oberflächenbeschichtet sind.

In der Zeitschrift "News aus der Technik Nr. 2/3 vom 15. Juni 1982, Seite 2 - Membran für einen elektroakustischen Wandler" ist eine Membrane für einen elektroakustischen Wandler offenbart. Die Membrane enthält dabei einen Körper aus Polyurethanschaum.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher, ins­ besondere einen Großlautsprecher mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.

Als technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß wenigstens zwei, je­ weils aus einem Schwingungserreger sowie aus einer Membrane bestehende Einzellaut­ sprecher in einer Ebene nebeneinander angeordnet vorgesehen sind, wobei an den jeweili­ gen Membranen dieser Einzellautsprecher gemeinsam die plattenförmige Großmembrane aus einem Kunststoffhartschaum oder einem vergleichbaren Material angeordnet ist.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, für die Abstrahlung akustischer Signale nicht un­ mittelbar die jeweiligen Membranen der Einzellautsprecher zu verwenden, sondern mittels dieser Membrane eine für sämtliche Einzellautsprecher gemeinsame, plattenförmige Groß­ membrane anzutreiben, d. h. in Schwingungen zu versetzen. Der große Vorteil liegt dabei darin, daß hierfür nicht spezielle Einzellautsprecher benötigt werden, sondern daß konven­ tionelle, im Handel erhältliche Lautsprecher verwendet werden können, die nur entspre­ chend in der erfindungsgemäßen Weise umgerüstet, d. h. mit einer gemeinsamen Groß­ membrane ausgestattet werden müssen. Die Einzellautsprecher mit ihren Membranen verlieren somit ihren ursprünglichen Zweck und dienen als gemeinsamer Antrieb im Sinne eines Treibers für die Großmembrane. Die Schwingungserreger insbesondere in Form von Schwingspulen sind dabei nicht axial zueinander ausgerichtet, sondern sind parallel neben­ einander angeordnet und spannen eine Ebene auf, in der parallel hierzu sich die Ebene der plattenförmigen Großmembrane erstreckt. Die Befestigung der Großmembrane an den Membranen der Einzellautsprecher ist dabei derart flexibel, daß die Großmembrane ohne weiteres schwingen kann und die Schwingungsbewegungen der Membrane auf die Groß­ membrane übertragen werden. Durch die erfindungsgemäße Lautsprecherkonstruktion ist es möglich, auch große bis zu mehreren Quadratmetern sowie fast beliebig geformte Groß­ membrane als eigentliche Lautsprechermembrane anzutreiben. Der Schall eines Frequenz­ bandes, das man durch entsprechende Frequenzweichen meist als Hoch-, Mittel- und Baß­ bereich aus dem gesamten Frequenzspektrum auskoppelt, wird dabei annähernd über die ganze Großmembranfläche als homogene Schallfront abgestrahlt, so daß fast die gesamte Großmembranfläche als aktive Fläche genutzt werden kann. Dadurch lassen sich Lautspre­ cherboxen mit erheblich kleineren Abmessungen zur Abgabe gleicher oder sogar größerer Schalleistungen als bei den bisher bekannten Lautsprecherboxen realisieren. Weiterhin kön­ nen durch die große zusammenhängende Großmembranfläche auch sehr tiefe Frequenzbe­ reiche bis hin zum Infraschall (f < 16 Hz) abgestrahlt werden. Somit wird der Wirkungsgrad, nämlich das Verhältnis der aufgebrachten elektrischen Leistung zur abgestrahlten Schallei­ stung je nach Konstruktion und Betriebsbereich (Frequenzband), insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen wesentlich verbessert. Somit können die erfindungsgemäßen Lautspre­ cher in entsprechende Gehäuse eingebaut und als Lautsprecherboxen in der professionel­ len Beschallungstechnik bei Großveranstaltungen eingesetzt werden, wobei aufgrund des sehr guten Wirkungsgrades wegen der großen aktiven Membranfläche die Anzahl der sonst erforderlichen konventionellen Lautsprecherboxen erheblich reduziert werden kann.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lautsprechers wird vorge­ schlagen, daß vier Einzellautsprecher vorgesehen sind, die in den vier Eck­ bereichen einer rechteckigen, insbesondere quadratischen Großmembrane an­ geordnet sind. Selbstverständlich können auch mehr als vier Einzellautspre­ cher vorgesehen sein, wobei denkbar ist, daß der erfindungsgemäße Laut­ sprecher durch nahezu beliebig viele Einzellautsprecher gebildet wird, was vom jeweiligen Anwendungsfall abhängt.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die plattenförmige Großmembrane parallel zur durch die Einzellautsprecher aufgespannten Ebene ausgerichtet ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Schwingungsübertragung von den Mem­ branen der Einzellautsprecher auf die Großmembrane und in der Folge da­ von eine homogene Schallabstrahlung von der Großmembrane gewährleistet.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die plattenförmige Großmembrane rückseitig entsprechend der Anzahl und Anordnung der Einzellautsprecher Stützen aufweist, die mit ihren freien Enden an den jeweiligen Membranen befestigt sind. Diese Stützen dienen somit als Koppelelement zwischen den Membranen der Einzellautsprecher und der frei im Raum befindlichen plat­ tenförmigen Großmembrane. Die Stützen bestehen dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Großmembrane und sind weiterhin vorzugswei­ se einstückig mit der Großmembrane ausgebildet. Entsprechend der runden Form der Membrane sind die Stützen vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Dabei können die freien Enden der Stützen an die konusförmige Innenkon­ tur der Membrane angepaßt sein.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die plattenförmige Großmembrane bzw. gegebenenfalls ihre Stützen an den Membranen festgeklebt sind. Dies stellt eine technisch einfache Möglichkeit zur Anbringung der Großmembrane bzw. der Stützen dar, wobei die Schwingungseigenschaften der Membranen der Einzellautsprecher so wenig wie möglich beeinträchtigt werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die plattenförmige Großmembrane aus Polystyrol- oder Polyurethan-Hartschaum oder einem Material mit ver­ gleichbaren Eigenschaften besteht. Gefordert bei dem Hartschaum für die Großmembrane ist eine niedrige Dichte sowie eine hohe innere Stabilität.

Eine weitere Weiterbildung der plattenförmigen Großmembrane schlägt vor, daß diese mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist. Diese Oberflä­ chenbeschichtung beispielsweise aus wasserverdünnbaren Polyacrylaten dient der Stabilisierung der Membranoberfläche und schützt diese gegen Witterungseinflüsse und UV-Licht.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lautsprechers schlägt vor, daß die Einzellautsprecher auf einer Trägerplatte montiert sind. Dies stellt eine technisch einfache Möglichkeit zur konstruktiven Anordnung der Einzellautsprecher dar, ohne daß es hierzu eines großen technischen Auf­ wandes bedarf.

Eine Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß die Trägerplatte in einem sie umgreifenden Rahmen verwindungsfest stabil gelagert ist. Die einzelnen Komponenten des Lautsprechers sind somit konstruktiv als Ganzes oder als Teil in einer zusammenhängenden Einheit verwirklicht. So bilden der Rah­ men, die Trägerplatte sowie die auf der Trägerplatte montierten Einzellaut­ sprecher eine zusammenhängende Einheit aus einem Stück in Form eines tragenden Gehäuseteils.

Eine weitere Weiterbildung der Trägerplatte schlägt vor, daß diese Luft­ durchtrittsöffnungen aufweist. Diese Luftdurchtrittsöffnungen in der Trä­ gerplatte ermöglichen es, daß die Großmembrane und damit der vor und hin­ ter der Großmembrane bewegte Luftstrom ungehindert schwingen kann.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lautsprechers schlägt vor, daß der plattenförmigen Großmembrane eine vorzugsweise einstellbare Dämpfungseinrichtung zugeordnet ist. Dadurch kann das Ein- und Aus­ schwingverhalten der Großmembrankonstruktion variiert werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die plattenförmige Großmembrane zur Schallabstrahlseite hin profiliert ist. Mit der besonderen Formgebung der schallabstrahlenden Fläche kann die Abstrahlcharakteristik entsprechend beeinflußt werden. So kann diese schallabstrahlende Fläche eben sein, aber auch parabel-, kegel- oder halbkugelförmig oder eine andere Profilierung aufweisen.

Eine weitere Weiterbildung schlägt schließlich vor, daß die Schwingungserre­ ger der Einzellautsprecher elektrisch so geschaltet sind, daß alle Systeme im gleichphasigen Gleichtakt angesteuert sind. Dadurch wird eine Auslenkung der Großmembrane und dabei insbesondere der Stützen in die gleiche Rich­ tung gesichert.

Schließlich wird die Verwendung des zuvor beschriebenen Lautsprechers für eine Lautsprecherbox, beispielsweise auch für eine Mehrweglautsprecherbox vorgeschlagen. Bei derartigen Lautsprecherboxen läßt sich annähernd die gesamte Schallwandfläche als aktive Fläche nutzen. Dadurch können die Bo­ xenabmessungen bei gleicher Leistung bezüglich herkömmlicher Boxen ver­ ringert werden. Umgekehrt kann bei gleichen Abmessungen die Leistung so­ wie der Frequenzgang wesentlich verbessert werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lautsprechers wird nach­ folgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine Rückansicht des Lautsprechers;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Lautsprecherbox, in der ein Lautsprecher eingebaut ist, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, in einer rückseitigen Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 4;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Lautsprecherbox, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist;

Fig. 6a einen Schnitt durch eine Großmembrane für den Lautspre­ cher in einer ersten Ausführungsform, bei der die ab­ strahlende Fläche eben ist;

Fig. 6b eine entsprechende Darstellung wie in Fig. 6a, wobei al­ lerdings die abstrahlende Fläche kegelförmig ausgebildet ist;

Fig. 6c eine dritte Ausführungsform in der Profilierung der Groß­ membrane, wobei die schallabstrahlende Fläche kugelseg­ mentförmig ausgebildet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Lautsprecher 1 dargestellt, wie er für eine Lautsprecherbox 2 verwendet werden kann. Diese Lautsprecherbox 2 ist in den Fig. 3 bis 5 dargestellt.

Der Lautsprecher 1 besteht aus einem quadratischen Rahmen 3, innerhalb dem eine Trägerplatte 4 fest angeordnet ist. Auf dieser Trägerplatte 4 sind vier Einzellautsprecher 5 montiert, und zwar in den vier Eckbereichen der Trägerplatte 4. Diese Einzellautsprecher 5 weisen jeweils einen Schwin­ gungserzeuger 6 auf, bei dem es sich beispielsweise um eine Schwingspule, im einfachsten Fall aus einer in einem Permanentmagneten geführten Tauch­ schwingspule handelt. Dieser Schwingungserzeuger 6 steht in Wirkverbin­ dung mit einer trichterförmigen Membrane 7, welche als elektromagnetischer Schallwandler dient und aufgrund der Schwingungen des Schwingungser­ zeugers 6 in eine entsprechende Schwingung versetzt wird und dabei aku­ stische Signale abstrahlt. Bei diesen Einzellautsprechern 5 handelt es sich um Typen, wie sie Stand der Technik sind und frei im Handel erhältlich sind.

Bestandteil des Lautsprechers 1 ist weiterhin eine Großmembrane 8 aus einem Kunststoffhartschaum insbesondere aus Polystyrol- oder Polyurethan- Hartschaum. Statt des Kunststoffhartschaumes kann auch ein vergleichbares Material verwendet werden, welches eine entsprechende geringe Dichte sowie die notwendige Stabilität aufweist. Entsprechend der Anordnung der Einzel­ lautsprecher 5 weist die Großmembrane 8 rückseitige Stützen 9 aus dem gleichen Material auf. Diese Stützen 9 sind auf den entsprechenden Membra­ nen 7 der Einzellautsprecher 5 festgeklebt.

Zwischen der Großmembrane 8 und der Trägerplatte 4 ist eine Dämpfungs­ einrichtung 10 angeordnet. Schließlich weist die Trägerplatte 4 noch Luft­ durchtrittsöffnungen 11 auf.

Der Rahmen 3 mit der Trägerplatte 4 sowie mit den Einzellautsprechern 5 bilden eine zusammenhängende Einheit, welche verwindungsfest sowie stabil ausgebildet ist. Diese Einheit trägt die frei im Raum aufgehängte Großmem­ brane 8 mit ihren Stützen 9.

Der Lautsprecher 1 funktioniert wie folgt:

Die Einzellautsprecher 5 sind elektrisch so geschaltet, daß sie gleichphasig im Gleichtakt schwingen. Die Einzellautsprecher 5 mit ihren Membranen 7 ha­ ben ihren ursprünglichen Zweck zur Schallabgabe verloren und fungieren als reine Treiber. Dies bedeutet, daß die Schwingungen der Membranen 7 über die Stützen 9 auf die Großmembrane 8 übertragen werden, so daß diese die entsprechenden akustischen Signale abstrahlt. Die Luftdurchtrittsöff­ nungen 11 ermöglichen es dabei, daß die Großmembrane 8 und damit der vor und hinter dieser Großmembrane 8 bewegte Luftstrom ungehindert schwin­ gen kann. Durch die einstellbaren Dämpfungseinrichtungen 10 kann das Ein- und Ausschwingverhalten der Großmembrane 8 variiert werden.

Der Vorteil dieses Lautsprechers 1 liegt darin, daß der Wirkungsgrad, näm­ lich das Verhältnis von aufgebrachter elektrischer Leistung zu abgestrahlter Schalleistung je nach Konstruktion und Betriebsbereich (Frequenzband), insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen wesentlich verbessert ist.

Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Lautsprecherbox 2 ist der Laut­ sprecher 1 aus den Fig. 1 und 2 in ein entsprechendes Gehäuse 12 einge­ baut. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine reine Baßreflexbox, welche im unteren Bereich des Gehäuses 12 drei Baßreflexöffnungen 13 aufweist.

Bei der Ausführungsform des Lautsprechers 1, wie sie in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist, ist die schallabstrahlende Fläche der Großmembrane 8 eben ausgebildet. Diese Großmembrane 8 mit dieser ebenen Schallabstrahlfläche ist nochmals in Fig. 6a einzeln dargestellt. Es ist aber auch denkbar, die schallabstrahlende Fläche der Großmembrane 8 zur Beeinflussung der Ab­ strahlcharakteristik zu profilieren. So ist bei der Großmembrane 8 in Fig. 6b die schallabstrahlende Fläche kegelförmig, während sie in Fig. 6c kugelseg­ mentförmig ist. Selbstverständlich kann die schallabstrahlende Fläche noch weitere Profilformen aufweisen, die vom jeweiligen Anwendungsfall abhängen.

Bezugszeichenliste

 1 Lautsprecher
 2 Lautsprecherbox
 3 Rahmen
 4 Trägerplatte
 5 Einzellautsprecher
 6 Schwingungserzeuger
 7 Membrane
 8 Großmembrane
 9 Stütze
10 Dämpfungseinrichtung
11 Luftdurchtrittsöffnung
12 Gehäuse
13 Baßreflexöffnung

Claims (14)

1. Lautsprecher (1), insbesondere Großlautsprecher, mit einem elektrisch betriebenen Schwingungserreger (6), welcher in Wirkverbindung mit einer Membrane (7) steht und diese in mechanische Schwingungen zur Abstrahlung akustischer Signale versetzt, wobei an dieser Membrane (7) eine plattenförmige Groß­ membrane (8) schwingungsfähig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, jeweils aus einem Schwingungserreger (6) sowie aus einer Mem­ brane (7) bestehende Einzellautsprecher (5) in einer Ebene nebeneinander angeordnet vorgesehen sind, wobei an den jeweiligen Membranen (7) dieser Einzellautsprecher (5) gemeinsam die plattenförmige Großmembrane (8) aus einem Kunststoffhartschaum oder einem vergleichbaren Material angeordnet ist.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Einzellautsprecher (5) vorgesehen sind, die in den vier Eckbereichen einer rechteckigen, insbesondere quadratischen Großmembrane (8) an­ geordnet sind.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmige Großmembrane (8) parallel zur durch die Einzellautspre­ cher (5) aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.

4. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die plattenförmige Großmembrane (8) rückseitig entsprechend der Anzahl und Anordnung der Einzellautsprecher (5) Stützen (9) auf­ weist, die mit ihren freien Enden an den jeweiligen Membranen (7) befe­ stigt sind.

5. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die plattenförmige Großmembrane (8) bzw. gegebenenfalls ihre Stützen (9) an den Membranen (7) festgeklebt sind.

6. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die plattenförmige Großmembrane (8) aus Polystyrol- oder Po­ lyurethan-Hartschaum oder einem Material mit vergleichbaren Eigenschaf­ ten besteht.

7. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die plattenförmige Großmembrane (8) mit einer Oberflächenbe­ schichtung versehen ist.

8. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einzellautsprecher (5) auf einer Trägerplatte (4) montiert sind.

9. Lautsprecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ platte (4) in einem sie umgebenden Rahmen (3) verwindungsfest stabil gelagert ist.

10. Lautsprecher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (4) Luftdurchtrittsöffnungen (11) aufweist.

11. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der plattenförmigen Großmembrane (8) eine vorzugsweise ein­ stellbare Dämpfungseinrichtung (10) zugeordnet ist.

12. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die plattenförmige Großmembrane (8) zur Schallabstrahlseite hin profiliert ist.

13. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schwingungserzeuger (6) der Einzellautsprecher (5) elek­ trisch so geschaltet sind, daß alle Systeme im gleichphasigen Gleichtakt angesteuert sind.

14. Verwendung eines Lautsprechers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, für eine Lautsprecherbox (2), beispielsweise auch für eine Mehrweglaut­ sprecherbox.