DE626465C - Elektrodynamischer Grossflaechenlautsprecher - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
27. FEBRUAR 1936

REICHSPATENTAMT

KLASSE 21a² GRUPPE

Elektrodynamischer Großflächenlautsprecher

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Mai 1929 ab

Wenn es sich darum handelt, einen Lautsprecher zu bauen, der einen großen Frequenzbereich einwandfrei wiedergeben soll, so kann die Aufgabe einmal so gelöst werden, daß ein Trichterlautsprecher mit einer großen Trichterlänge verwendet wird oder aber daß ein Großflächenlautsprecher genommen wird, der bis zu den höchsten Frequenzen als starres Ganzes schwingt. Die erste Lösung ist aus wirtschaftlichen Gründen nur in den seltensten Fällen zu wählen. Außerdem haben Trichterlautsprecher den wesentlichen Nachteil, daß die Wiedergabe der tiefen Frequenzen von der Trichterlänge abhängig ist und daß für eine Wiedergabe der Frequenzen von etwa 50 Hz. eine Trichterlänge von 6 bis 8 m erforderlich wird. Die hohen Frequenzen werden von dem Trichterlautsprecher sehr gut wiedergegeben, was auf die kleine und leichte Membran zurückzuführen ist, die für diese Zwecke Verwendung findet.

Demgegenüber hat der Großflächenlautsprecher den Vorteil, daß die tiefen Frequenzen auch ohne Trichter bei Verwendung einer Schallwand sehr gut wiedergegeben werden. Ein Nachteil ist im allgemeinen darin zu erblicken, daß die Membran, z. B. eine Konusmembran, für die hohen und höchsten Frequenzen sich unterteilt und Partialschwingungen ausführt, die zu Interferenzen und. Resonanzstellen im oberen Frequenzbereich führen können, insbesondere dann, wenn die antreibende Kraft an oder in der Nähe der Kegelspitze angreift. Diese Partialschwingungen sind darauf zurückzuführen, daß die Membran nicht steif genug ist. Die Störungsmöglichkeit wird dadurch erhöht, daß die bekannten Membranen, insbesondere die Metallmembranen, die für diese Großflächenlautsprecher überlicherweise verwendet werden, in sich zu wenig gedämpft sind.

Zur Vermeidung der Partialschwingungen hat man bereits die zu steuernde Membran an möglichst vielen Stellen erregt, indem das elektrodynamische Antriebsorgan in Form eines bandförmigen Leiters über die ganze Fläche der Membran hin und her gehend senkrecht zu einer wellenförmigen Profilierung geführt wurde. Durch diese Maßnahme erzielt man eine weitgehend kolbenförmige Bewegung der Membran unter Vermeidung von Partialschwingungen. Im Interesse eines hohen Wirkungsgrades ist es jedoch wünschenswert, das Verhältnis: Gewicht der ge-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Helmut Seil in Berlin-Siemensstadt.

steuerten Fläche -zum Gewicht des steuernden elektrodynamischen Antriebsorgans zu verkleinern. Die Aufgabe besteht daher darin, eine möglichst große und eine möglichst leichte Fläche als Ganzes frei von Eigenschwingungen durch ein geeignetes Antriebsorgan zu steuern.

Es ist weiter bereits bekannt; am Rand erregte und eingespannte, nichtebene Mem-ίο branen zu verwenden. Diese bekannten Membranen waren als Keinmembranen für Trichterlautsprecher oder als Kegelmembranen ausgebildet. Es war daher zu erwägen, ob nicht eine Änderung der Membranform und eine Änderung der Antriebsart gegenüber den im allgemeinen üblichen Großfiächenkegelmembranen zu einer größeren Steifheit des schwingenden Systems führen könnte.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Großflächenlautsprecher, der sich durch einen besonders guten Wirkungsgrad auszeichnet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß erstens der Kraftangriff in bei Konusmembranen bekannter Weise am Rand in der Nähe der Einspannstelle der Membran vorgenommen, zweitens die Membran in Form einer doppelt gekrümmten Fläche, die an sich wesentlich steifer ist als die übliche Kegelform, ausgebildet und drittens die Membran aus mindestens zwei verschiedenen Werkstoffen aufgebaut wird, so daß das Eigen>• gewicht der Membran herabgesetzt und die Innere Dämpfung dabei wesentlich erhöht wird.

"Die Kombination dieser an sich zum Teil bekannten Merkmale gibt die Möglichkeit, einen Lautsprecher zu schaffen, der die für die tiefen Frequenzen erforderliche größere Abstrahlfläche .und die für die hohen Frequenzen wichtige Steifheit besitzt, die das Auf-' treten von Partialschwingungen im Hörbereich unterdrückt. Diese Unterdrückung wird besonders durch den Aufbau der Membran aus Werkstoffen verschiedener Dämpfungseigenschaften erreicht.

Die doppelt gekrümmte Fläche ,ist zweckmäßig· eine feaigelkappenähnliclie Fläche; jedoch kann die Fläche auch in Form eines Ellipsoids oder Paraboloids oder auch eiförmig, ausgebildet sein. Hierbei ist wichtig, daß die am Rand angreifende Kraft in der Ebene der Fläche verläuft, um Biegungsschwingungen zu vermeiden. Die Fläche verläuft daher am Rande senkrecht zu ihrer Basis. Der Ausbildung des Erfmdungsgedänkens liegt, wie erwähnt, die Erkenntnis zugrunde, daß es nicht möglich, ist, mit sdhall^ßo gebenden Flächen aus einem homogenen Material zu arbeiten, da ein solches Material wegen der konstanten Fortpflanzungsgeschwindigkeit die Ausbildung von Partialschwingungen begünstigt. Es treten gewöhnlich amplitudenabhängige Eigenschwingungen "auf, die bei einer gewissen Mindestamplitude an irgendeiner Stelle der Flache auftreten, und sich über die Fläche ausbreiten. Diese Eigenschwingungen haben gewöhnlich keine definierte Eigenfrequenz, sondern verändern ihre Lage in Abhängigkeit von der Amplitude. Das Elastizitätsgesetz für solche Schwingungen ist auch derartig, daß Kombinationstöne begünstigt werden.

Es ist nicht möglich, diese Schwierigkeiten durch weitgehende Profilierung der Fläche . völlig zu überwinden. Sa z. B. ergeben AIuminiumflächen, die durch entsprechende Rippen .weitgehend versteift sind, keine guten Resultate. Es sind stets verhältnismäßig· ungedämpfte Eigenschwingungen in verschiedenen Frequenzgebieten vorhanden. _s Es ist nicht möglich, den. metallischen Charakter in der Wiedergabe von Sprache und Musik völlig zu unterdrücken. Die sich ausbildenden Wellen laufenden wegen der homogenen Fortpflanzungsgeschwindigkeit über die Versteifungsrippen hinweg.. Außerdem ist zu berücksichtigen, daßi sich für akustische Zwecke die Wirkung einer .Versteifung, die für statische Zwecke gut ist, schwer übersehen läßt. Die statische Steifigkeit gestattet keinen Schluß auf die dynamische Steifigkeit. Eine Profilgiebung bewirkt lediglich eine Verschiebung· der Eigenschwingungen von tiefen zu hohen Frequenzen.

In · an sich bekannter Weise werden diese Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß grundsätzlich kein homogenes Material benutzt wird. Die Membranfiäche wird aus mindestens· zwei Bestandteilen aufgebaut, einem mascnenartigen Gerüstkörper und einem Deckkörper. Der Gerüstkörper besteht zweckmäßig aus Aluminium oder einer Leichtmetallegierung. Die gewünschte Form kann auf die verschiedenste Weise hergestellt werden. Eine sehr zweckmäßige Herstellungsweise ist die, daß die doppelt gekrümmte Fläche aus einem perforierten Blech aus Aluminium oder einer Leichtmetallegierung gedruckt wird. Die durch die" Persorierung erzielte Gewichtsersparnis gegenüber massivem Blech wird zweckmäßig zwischen einem Verhältnis von 1 : 2 bis 1:3 gewählt. Man erhält auf diese Weise einen Gerüstkörper, der ausvrelativ starken Rippen besteht. Dieser Gerüstkörper wird durch einen geeigneten leichten Deckkörper überdeckt und mit demselben starr verbunden. Der Deckkörper kann aus den verschiedensten Materialien bestehen, beispielsweise aus dünner Metallfolie, Papier oder Stoff. Sehr zweckmäßig hat sich Stoff

erwiesen, da er infolge seiner Faserstruktur sich mühelos der Form des Gerüstkörpers anpaßt und durch Imprägnierung mit einem geeigneten Lack, welcher in die Fasern und zwischen die Fasern eindringt, sowohl gut gehärtet als auch fest mit dem Gerüstkörper verbunden werden kann. Eine Ausführungsform der Membran zeigt Abb. i.

Die Wirkung eines derartigen konstruktiven Aufbaues beruht im wesentlichen darauf, daß sehr viele reflektierende Grenzen auf der schallgebenden Fläche geschaffen werden, so daß Wellen, die sich ausbreiten wollen, nicht über die Stege hinüberlaufen können.

Gleichzeitig ergibt sich durch die Konstruktion eine im Verhältnis zum Gewicht ungewöhnliche Steifigkeit, da auch bei dünnstem Deckmaterial die durch die Maschen des Gerüstkörpers abgegrenzten Flächen so klein

ao sind, daß wegen der geringfügigen angreifenden Massenkräfte Eigenschwingungen nicht auftreten können. Überdies wurden die Eigenschwingungen dieser Partialfiächen außerordentlich hoch liegen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft derartiger Membranflächen ist ganz allgemein die Dämpfung der Eigenschwingung, die durch den Deckkörper in Verbindung mit dem Gerüstkörper erzielt wird. Das Dämpfungsdekrement möglicher Eigenschwingungen der Membranfläche ist so groß, daß sich keine merklichen Lautstärkeunterschiede in den betreffenden Gebieten gegenüber dem übrigen Frequenzbereich ergeben.

Die besondere konstruktive Durchbildung von Lautsprechern gemäß der Erfindung kann in der mannigfaltigsten Weise erfolgen. So können bei der Perforierung eckige oder runde Ausschnitte vorgesehen werden. Auch kann die Stegbreite im Vergleich zu der Fläche der Aussparung verschieden gewählt werden. Es ist auch möglich und zweckmäßig, die Perforierung von der Mitte nach außen hin zu ändern, und zwar derart, daß zur Verringerung der in der Mitte angreifenden Masse nach der Mitte zu mehr Material herausgenommen wird. Die Perforierung kann außerdem mit einer Profilierung verbunden werden, und zwar können sowohl die Rippen einzeln profiliert werden als auch eine begrenzte Zahl Radialrippen vorgesehen werden, zwischen denen die Perforierung erfolgt.

Der Gerüstkörper kann auch aus einzelnen Elementen aufgebaut werden. In diesem Fall kann ein Drahtnetz benutzt "werden, das über eine Form gebogen und mit dem Deckkörper überspannt wird. Bei Verwendung eines Drahtnetzes ist es zweckmäßig, dasselbe in ein genügend hartes und leichtes Material, beispielsweise Kunstharz (Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte), einzubetten, so daß die Stege von dem Material umflossen werden, wodurch selbsttätig eine Verbreiterung der Stege auftritt bei einem für die Versteifung besonders, günstigen Profil. Es ist auch möglich, von den Maschen als Einzelelementen auszugehen. In diesem Fall können einzelne geeignet geformte Ringe aus leichtem Material zu einem Netzwerk verbunden werden, das durch den Deckkörper überdeckt und mit diesem fest verbunden wird. Besonders zweckmäßig für diese Methode hat sich die Vereinigung der einzelnen Bestandteile des Gerüstkörpers und Deckkörpers in einem Herstellungsprozeß erwiesen, bei dem durch Erwärmung (Polymerisation und Kondensation) und Pressung bei entsprechender Temperatur ein einziger Körper erzeugt wird.

Dem Grundgedanken der Erfindung folgend kann die Versteifung der Fläche dadurch. noch vergrößert werden, daß der Deckkörper mit kleinsten Kristallen überzogen wird, welche in einem geeigneten Lack eingebettet sind. Ein derartiger Überzug kann die Stelle des Gerüsitkörp'ers einnehmen; jedoch kann er auch bei gleichzeitigem Vorhandensein eines Gerüstkörpers allein als Deckkörper bei genügend engen Maschen benutzt werden oder endlich auf einem vorhandenen Deckkörper aufgebracht werden. Die Verfestigung, die auf diese Weise erzielt wird, entspricht etwa dem Mechanismus, der bei Metallen durch kristalline Struktur auftretenden Verfestigung besonders bei einer Deformation.

Wichtig ist es in jedem Fall, die Membranfläche gegen Durchmesserschwingungen möglichst zu versteifen. Dies geschieht am besten durch einen Ring aus geeignetem leichten Meterial, der in der Ebene der Basisfläche liegt, d. h. senkrecht zu der Membranfläche an der Peripherie verläuft. Dieser Ringkörper wird zweckmäßig aus einer Reihe von dünneren miteinander verbundenen Ringen aufgebaut, und zwar derart, daß in diesem Ringkörper das Antriebsorgan verankert ist. Bei dem elektrodynamischen Antrieb wird in diesem Fall der ringförmige Leiter, der aus Kupfer oder Aluminium besteht, rechtwinklig längs seines ganzen Umfanges umgebogen. Dieser umgebogene Rand besitzt Aussparungen zwecks Verringerung des Gewichts und Vermeidung eines elektrischen Nebenschlusses, wie dies in Abb. 2 beispielsweise dargestellt ist. Die auf diese Weise längs der ganzen Peripherie verteilten, redhtwinklig zum Leiter verlaufenden Lappen werden gegen den umgebörtelten Membranrand gelegt und in den Ringkörper eingebettet, indem zu beiden Seiten eine Mehrzahl von zweckmäßig mit Lack getränkten Ringen aufgebracht werden, die in einem Erwärmungs- und Preßprozeß zu einem homogenen Hartpapier ähnlichen

Material vereinigt werden, in denen die Befestigungslappen des Leiters eingebettet sind. Eine derartige Ausführungsform zeigt Abb. 3. ;Die Gesamtanordnung eines Lautsprechers mit elektrodynamischem Randantrieb veranschaulicht Abb. 4. Die Membran 1 trägt am Rand "den aus "einer einzigen Windung bestehenden· Ringleiter 2, der zwischen die Pole eines Topfmagnetsystems 3 greift. Der Leiter

to mitsamt der Membran wird im Luftspalt gehalten mittels zwischengelegter Filzstreifen 4, Gummistreifen o.dgl. oder mittels Fadens, die an den Leiter und den Polschuhen befestigt sind. Der mittlere Teil des Magneten 3 ist zweckmäßig durchlöchert und ausgespart, damit eine Schallabstrahlung nach beiden Seiten der Membran möglich ist und das Eigengewicht des Magneten herabgesetzt wird. ' "

Claims (17)

1. . ,. Patentansprüche:

   ' i. Elektrodynamischer Großfläc'henlautsprecher, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ganzes schwingende, am Rande er- :regte und eingespannte' Membran, deren schallgebende Fläche als doppelt ge·* -.- krümmte Fläche·, mit vorzugsweise kreisförmiger Basis ausgebildet ist, zwecks - - ;' Versteifung bei möglichst großer Dämp- - fung der Eigenschwingungen aus min-" desteris zwei Werkstoffen züsammen- -": gesetzt ist, von denen der eine einen Gerüstkörper bildet, während der andere vorzugsweise pro Flächeneinheit leichtere - -Werkstoff diesen Gerüstkörper überdeckt -■ . und mit demselben starr verbunden ist.
2. 2. Großflächehlautsprecher nach ' An-

   • spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die -.:" Membran gegen Schwingungen, die die ' ' Basisfläche verändern, an ihrem Rande durch einen Ring aus steifem Material, der in der Ebene der Basisfläche verläuft, versteift ist.

   . '
3. 3. Großflächenlautsprecher nach An- : sptuch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran an ihrem Rande mit einem ringförmigen Leiter bzw. ringförmiger Kappe als elektrodynamisches Antriebsorgan starr verbunden ist.
4. 4. Großflächenlautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerüstkörper aus einem perforierten Material besteht, derart, daß durch ein System ■ . 'von Rippen eine große 'Anzahl kleiner . Flächen abgegrenzt sind, die durch das .Deckmaterial überdeckt werden,
5. .5· Großflächenlautsprecher nach An-' spruch i, dadurch gekennzeichnet", daß der Gerüstkörper, der vorzugsweise aus einem perforierten Material besteht, durch Profilierung von Rippen versteift ist.
6. 6. Großflächenlautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerüstkörper aus einem zu einer doppelt gekrümmten Fläche gebogenen Drahtnetz besteht.- ■"■".";
7. 7. ^Großflächenlautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Drahtnetz bildenden Einzeldrähte ein Versteifungsprofil aufweisen.
8. 8." Großflächenlautsprecher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckmaterial mittels Lackes (Schellack, Kunstharz 0. dgl.) rnit dem Gerüstmaterial auf der ganzen Fläche derart in einem Herstellungsprozeß verbunden· ist, daß das Gerüstmaterial in dem gehärteten Lack eingebettet ist.
9. 9. Großflächenlautsprecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckmaterial porös ist, so daß durch den Lack eine Härtung erfolgt.
10. 10. Großflächenlautsprecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckmaterial aus dünnem Stoff von vorzugsweise wenig saugfähiger Faser besteht.
11. 11. Großflächenlautsprecher nach Anspruch 12, dadurdhgtekeimzeichnet, daß der Gerüstkörper aus einzelnen vorzugsweise ringförmigen Elementen aufgebaut ist, die durch den Deckkörper begrenzt und untereinander durch einen geeigneten Zwischenkörper (Lack) verbunden sind.
12. 12. Großflächenlautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerüstkörper aus einer großen Zahl starrer, unregelmäßiger Teile besteht, die durch eine geeignete Zwischensubstanz untereinander und mit dem Deckkörper verbunden sind.
13. 13.' Großflächenlautsprecher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerüstkörper aus kleinen einzelnen starren kristallähnlichen Blättchen aus Kohle, Glas usw. besteht, die in großer Menge in eine geeignete Substanz, wie Schellack, Kunstharz usw_v eingebettet sind.
14. 14. Großflächenlautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus drei Bestandteilen besteht, einem. Gerüstkörper, einem Deckkörper und einem beim Herstellungsprozeß vorzugsweise flüssigen, lackähnlichen Körper, der einerseits den Gerüstkörper umgibt und versteift-und andererseits die Verbindung mit dem Deckkörper bewirkt.
15. 15. Großflächenlautsprecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Flächeneinheit bezogene Masse iao des Membrankörpers vom Rande nach der Mitte abnimmt.
16. i6. Großflächenlautsprecher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Verminderung der zentral angreifenden Masse der mittlere Teil der Membran ausgespart ist.
17. 17. Großflächenlautsprecher nach Anspruch 16, dadurch, gekennzeichnet, daß der ausgesparte mittlere Teil der Membran durch ein Häutchen aus Gummi, Gewebe, Papier o.dgl. akustisch abgeschlossen ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen