DE69608351T2

DE69608351T2 - Hochfrequenzlautsprecher

Info

Publication number: DE69608351T2
Application number: DE69608351T
Authority: DE
Inventors: Philippe Lesage
Original assignee: P H L Audio S A
Current assignee: P H L Audio S A
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: ATE193174T1; FR2735646B1; FR2735646A1; EP0749265B1; CA2178532A1; US5875252A; EP0749265A1; DE69608351D1; JPH099390A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzlautsprecher.
Es ist bekannt, daß ein Lautsprecher eine Töne erzeugende schwingungsfähige Membran aufweist, wobei die Membran zu diesem Zweck mit einer beweglichen elektromagnetischen Spule verbunden ist, die im von den Polteilen eines Permanentmagneten ausgebildeten Luftspalt aufgehängt ist und mit elektrischem Strom versorgt wird, der für die wiederzugebenden Töne repräsentativ ist.
Wenn auch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Kompressionskammerlautsprecher. Es ist bekannt, daß im Gegensatz zu Lautsprechern mit direkten Abstrahlungen die Kompressionskammerlautsprecher nicht direkt in die Luftumgebung, sondern mittels eines Schalltrichters abstrahlen. Solche Lautsprecher umfassen somit einen im allgemeinen abnehmbaren Schalltrichter und einen Kompressionskammermotor.
Was den Kompressionskammermotor betrifft, gibt es im wesentlichen zwei verschiedene Ausführungsformen, die bekannt und im Handel erhältlich sind.
Bei einer bereits sehr alten ersten Ausführungsform ist die Membran des Lautsprechers in Form einer steifen Kugelkappe ausgeführt, die oft aus Metall und mittels einer geschmeidigen Umfangsaufhängung an der Aufbauplatte des Lautsprechers befestigt ist. Die bewegliche elektromagnetische Spule ist zwischen der Membran und der Aufhängung mit dem Umfang der Membran verbunden, und bei einer Bewegung verschiebt sie die Kappe als Ganzes nach Art eines unendlich steifen Kolbens. Es wird bemerkt, daß die Aufhängung durch ihre Geschmeidigkeit die Funktion hat, die Verschiebung und die Führung des beweglichen Teils des Lautsprechers sicherzustellen.
Diese Ausführungsform weist zahlreiche Nachteile auf, insbesondere:
- muß die bewegliche Spule die gesamte Masse des beweglichen Teils des Lautsprechers verschieben, was die Abgabe von Tönen bei hohen Frequenzen begrenzt und insbesondere die Verwendung von schweren und teuren Magneten voraussetzt, um diesen Mangel auszugleichen;
- aus Gründen der Leistung der Lautsprecher müssen die verwendeten Materialien so leicht wie möglich sein, wobei sie äußerst steif bleiben. Es wird beispielsweise zur Herstellung der Membran Beryllium verwendet, was selbstverständlich die Kosten dieser Lautsprecher erhöht;
- und es ist notwendig, ein in Konzeption und Ausführung äußerst komplexes Synchronisierungsteil vorzusehen, da es ja notwendig ist, an der Öffnung des Trichters die elementare Abstrahlung jedes Teils der Oberfläche der Membran in Phase konvergieren zu lassen.
Bei einer zweiten Ausführungsform, die einem Kompressionskammer-Hochtonlautsprecher entspricht, umfaßt die Membran einen steifen mittleren ringförmigen Teil und einen ebenfalls steifen ringförmigen Umfangsteil, die entlang einer ringförmigen Verbindungsstelle miteinander verbunden sind, die sich dem Trichter des Lautsprechers gegenüber befindet. Die ringförmigen Teile sind außerdem über elastische Aufhängungen mit der Aufbauplatte des Lautsprechers verbunden, wobei diese elastischen Aufhängungen von linienförmigen Bereichen zum Geschmeidigmachen gebildet werden, die zu den ringförmigen Teilen konzentrisch und im allgemeinen in diesen letzteren angebracht sind. Bei dieser Ausführungsform verschiebt sich die Membran ebenfalls nach der Art eines äußerst steifen Kolbens.
Der so ausgeführte Lautsprecher gestattet insbesondere:
- Töne mit hohen Frequenzen abzugeben;
- ein einfaches und wenig kostspieliges Synchronisierungsteil zu verwenden; und
- die schallerzeugende Druckänderung gegenüber der elektromagnetischen Spule hervorzubringen, was für die Erzeugung hoher Frequenzen vorteilhaft ist.
Diese Ausführungsform weist jedoch den Hauptnachteil auf, daß die Membran, die eine zu geringe Oberfläche hat und deren Aufhängung zu steif ist, diesem Lautsprecher nicht gestattet, schon ab 500 Hz zu arbeiten.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diesen Nachteilen abzuhelfen. Sie betrifft einen Hochfrequenzlautsprecher, der bei äquivalenter Leistung wie die Lautsprecher aus dem Stand der Technik leichter ist und geeignet ist, leicht und mit verringerten Kosten hergestellt zu werden, wobei gestattet wird, Schallwellen entsprechend einer vor allem zu den hohen Frequenzen hin sehr ausgedehnten Bandbreite mit einer verbesserten Leistung abzugeben.
Zu diesem Zweck zeichnet sich erfindungsgemäße der Hochfrequenzlautsprecher, der eine schwingungsfähige Membran aufweist, die einen mittleren ringförmigen Teil und einen ringförmigen Umfangsteil umfaßt, die entlang einer ringförmigen Verbindungsstelle, die sich dem Wellenleiter des Lautsprechers gegenüber befindet, miteinander verbunden sind, wobei die Membran in Höhe der ringförmigen Verbindung mit einer beweglichen elektromagnetischen Spule verbunden ist, die im Luftspalt der Polteile eines Permanentmagneten aufgehängt ist und mit einem elektrischen Strom versorgt wird, der für die wiederzugebenden Töne repräsentativ ist, dadurch aus, daß die Membran aus einem geschmeidigen und elastischen Material derart ausgeführt ist, daß sie bei Bewegungen der elektromagnetischen Spule eine definierte Verformung zeigt, und daß die ringförmigen Teile gewölbt und mit ihrem freien Ende mit einem festen Aufbau des Lautsprechers direkt verbunden sind, wobei die konvexe Seite der ringförmigen Teile dem Wellenleiter gegenüber angeordnet ist.
So ist dank der Erfindung nur ein Teil der Masse der Membran von der beweglichen Spule anzutreiben, da ja eine Verschiebung dieser ausgehend von der ringförmigen Verbindungsstelle eine fortschreitende Verformung der geschmeidigen und elastischen ringförmigen Teile hervorruft. Folglich sind die Leistungen, in Effektivität und Bandbreite ausgedrückt, stark verbessert. Außerdem erfordert die vorliegende Erfindung nicht die Anbringung spezieller Aufhängungen, da sie ja ein integraler und untrennbarer Bestandteil der Membran sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter geschmeidiger und elastischer Membran eine Membran, die fähig ist, sich zu verformen, und fähig ist, nach Aufhören der Belastung, die auf sie ausgeübt wird, ihre Ausgangsstellung wieder einzunehmen.
Der erfindungsgemäße Lautsprecher weist außerdem zahlreiche weitere Vorteile auf, insbesondere:
- er kann Töne mit hohen Frequenzen abgeben, für bestimmte Ausführungsformen wenigstens bis zu 16 kHz;
- er kann ebenso wie das zugehörige Synchronisierungsteil einfach und mit verringerten Kosten hergestellt sein, da ja sein Aufbau vom ringförmigen Typ ist;
- er weist für einen bestimmten Durchmesser der Spule eine beträchtliche abstrahlende Oberfläche auf; und
- die Membran kann aus einem Material, beispielsweise einem Verbundwerkstoff oder einem Polymer mit hohem Elastizitätsmodul, hergestellt werden, das weniger kostspielig ist, als das, das bei den oben genannten bekannten Ausführungsformen verwendet wird, da ja von ihm nicht mehr gefordert wird, daß es quasi unendlich steif ist.
Es wird außerdem bemerkt, daß bereits ein Lautsprecher bekannt ist, dessen Membran geschmeidig und elastisch ist und in ihrer Mitte gehalten wird. Eine solche Membran ist in Form eines Torusabschnittes konzipiert, dessen Umfangsabschnitt mit der beweglichen Spule verbunden ist.
Obwohl sie geschmeidig und selbstfedernd ist, hat eine solche Membran eine von derjenigen der vorliegenden Erfindung völlig verschiedene Konzeption und kann somit die Ausführung dieser letzteren nicht nahelegen. Bei dieser unter der Bezeichnung "CSD" ("Centrally Supported Diaphragm", d. h. in der Mitte getragene Membran) bekannten Ausführungsform, die insbesondere in einer sich auf das 98. Übereinkommen der AES ("Audio Engineering Society") vom 25. bis 28. Februar 1995 in Paris beziehenden Veröffentlichung mit der Nummer 3997(L3) und mit dem Titel "Computer Modeling and Design of Compression Drivers Based on a Centrally Supported Diaphragm" dargelegt wurde:
- könnte tatsächlich erstens, wenn versucht würde, der Membran vom CSD-Typ einen ringförmigen Teil außerhalb der beweglichen Spule hinzuzufügen, um die Membran ringförmig zu machen, der von diesem äußeren ringförmigen Teil erzeugte Schallfluß nicht in der gleichen Zeit wie der vom inneren ringförmigen Teil erzeugte Schallfluß zur Öffnung des Trichters konvergieren, was diese Verbesserung in diesem Fall verbietet;
- ist zweitens der Trichter oder Wellenleiter der konkaven Seite der Membran und nicht wie in der vorliegenden Erfindung der konvexen Seite der Membran gegenüber;
- befindet sich drittens die Druckaufnahme der Öffnung des Trichters nicht wie im Falle der Erfindung direkt gegenüber der beweglichen Spule.
Es wird bemerkt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Wölbung der ringförmigen Teile alle möglichen Formen annehmen kann, insbesondere die eines Kreisbogens oder die eines Halbtorus.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der ringförmigen Teile derart mit dem festen Aufbau verbunden, daß in Bezug auf den festen Aufbau dünne Luftstreifen gebildet werden.
Diese dünnen Luftstreifen erzeugen eine dynamische Steifheit und rufen eine zur Frequenz proportionale viskose Dämpfung hervor und gestatten insbesondere, die abstrahlende Oberfläche der Membran in Abhängigkeit von der Vibrationsgeschwindigkeit dynamisch zu verringern.
Überdies verschieben diese dünnen Luftstreifen die natürlichen Eigenschwingungen der Membran zu den hohen Frequenzen hin und vermeiden das Auftreten von Eigenschwingungen, die die Erzeugung der Töne verfälschen.
Um die vorher beschriebenen vorteilhaften Wirkungen zu verstärken, weisen die dünnen Luftstreifen eine zur Zone der Befestigung der Membran am festen Aufbau hin fortschreitend abnehmende Dicke auf.
Gemäß einer ins Auge gefaßten Ausführungsform können die dünnen Luftstreifen auf einer einzigen Seite oder auf beiden Seiten der Membran gebildet werden.
Außerdem ist vorteilhafterweise wenigstens einer der ringförmigen Teile mit radialen linienförmigen Bereichen zum Geschmeidigmachen versehen, die über den Umfang des ringförmigen Teils gleichmäßig verteilt sind, was gestattet, die Geschmeidigkeit der Membran zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann diese Geschmeidigkeit erhöht werden, indem wenigstens an einem der ringförmigen Teile radiale Schlitze angebracht werden, die über den Umfang des ringförmigen Teils gleichmäßig verteilt sind, und indem die Schlitze mittels eines geschmeidigen und elastischen Harzes geschlossen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wellenleiter ein Trichter und bilden die Membran und die elektromagnetische Spule einen Kompressionskammermotor.
Die einzige Figur der Zeichnung macht besser verständlich, wie die Erfindung ausgeführt sein kann. In dieser Figur ist ein erfindungsgemäßer Lautsprecher schematisch im Axialschnitt dargestellt.
Der erfindungsgemäße Hochfrequenzlautsprecher 1, der in der einzigen Figur teilweise und schematisch dargestellt ist, weist üblicherweise eine elektromagnetische Spule 3 auf, die mit einer schwingfähigen einteiligen Membran 4 verbunden ist, die im Luftspalt 5 der Polteile 6 und 7 eines Permanentmagneten aufgehängt ist und mit einem elektrischen Strom versorgt wird, der für die wiederzugebenden Töne repräsentativ ist.
Die vorhergehenden Elemente sind bezüglich der Achse X-X des Lautsprechers 1 symmetrisch ausgeführt.
Die Membran 4 ist von dem Typ, der einen mittleren ringförmigen Teil und einen ringförmigen Umfangsteil 10 umfaßt, die entlang einer ringförmigen Verbindungsstelle 11 miteinander verbunden sind, die sich einem Wellenleiter gegenüber befindet, der in diesem Fall in Form eines Trichters 12 dargestellt ist. Außerdem ist die Spule 3 der Öffnung des Trichters 12 direkt gegenüber in Höhe dieser ringförmigen Verbindungsstelle 11 mit der Membran 4 verbunden.
Erfindungsgemäß ist die Membran 4 aus einem geschmeidigen und elastischen Material, dem leichtestmöglichen, hergestellt, beispielsweise einem Verbundwerkstoff oder einem Polymer mit hohem Elastizitätsmodul, um bei Bewegung der elektromagnetischen Spule 3 eine definierte Verformung zu zeigen, und die ringförmigen Teile 10 und 9 sind gewölbt und mit ihrem freien Ende 13 und 14 direkt mit einem unten genauer angegebenen festen Aufbau des Lautsprechers 1 verbunden, wobei sich die konvexe Seite der ringförmigen Teile 9 und 10 dem Trichter 12 gegenüber befindet.
Es wird bemerkt, daß eine Verschiebung der Spule 3 eine Verformung in der Membran 4 mit sich bringt, die sich ausgehend von der Verbindungsstelle 11 zu den Enden 13 und 14 hin verschiebt und die eine schallerzeugende Änderung des lokalen Drucks hervorruft. Dank der Erfindung wird diese Änderung des Drucks in der Nähe der Spule 3 erzeugt und sie ist in derselben Richtung orientiert, wie die Ausbreitung der Verformung in der Membran 4, was eine hohe Energieausbeute gestattet, was die Umwandlung von mechanischer Energie in akustische Energie betrifft.
Überdies kann das durch die Verformung der Membran 4 durchfahrene Volumen größer sein als das, das von einer steifen Membran der gleichen Größe durchfahren wird, die sich nach der Art eines Kolbens verschiebt, wie es im allgemeinen für die bekannten Membranen der Fall ist. So wird dem Lautsprecher 1 insbesondere eine größere Empfindlichkeit verliehen.
Außerdem werden dank der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile erhalten:
- der Lautsprecher 1 kann Töne bis zu wesentlichen höheren Frequenzen abgeben, als die Lautsprecher aus dem Stand der Technik;
- er kann einfach und mit verringerten Kosten hergestellt werden;
- er weist für einen bestimmten Durchmesser der Spule 3 (in Höhe der beiden geschmeidigen ringförmigen Teile 9 und 10) eine beträchtliche abstrahlende Oberfläche auf; und
- er weist einen verringerten Platzbedarf auf, weil er insbesondere mit einem kleineren Magneten als bei den bekannten Ausführungsformen ausgeführt sein kann, da ja die zu verschiebende Masse geringer ist.
Es wird außerdem bemerkt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Wölbung der ringförmigen Teile 9 und 10 alle möglichen achsensymmetrischen Formen annehmen kann, insbesondere die eines Kreisbogens oder die eines Halbtorus.
Darüber hinaus können zur Erhöhung der Geschmeidigkeit der ringförmigen Teile 9 und 10 an den ringförmigen Teilen:
- entweder nicht dargestellte radiale linienförmige Bereiche zum Geschmeidigmachen, die über den Umfang der ringförmigen Teile gleichmäßig verteilt sind;
- oder nicht dargestellte radiale Schlitze vorgesehen sein, die ebenfalls über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und mittels eines elastischen und geschmeidigen Harzes, beispielsweise mit Butyllatex, geschlossen sind.
Die freien Enden 13 und 14 der ringförmigen Teile 10 und 9 sind befestigt, indem sie zwischen den Elementen des festen Aufbaus des Lautsprechers 1, nämlich zwischen dem Trichter 12 und einem Befestigungsteil 15 für das Ende 13 und zwischen einem Synchronisierungsteil 16 und einem Befestigungsteil 17 für das Ende 14 eingespannt sind.
Diese Elemente 12, 15, 16 und 17 sind in Höhe der Befestigungszone derart gestaltet, daß beiderseits der Enden 13 und 14 dünne Luftstreifen 13A, 13B, 14A und 14B erzeugt werden.
Überdies weisen die dünnen Luftstreifen 13A, 13B, 14A und 14B eine zur Zone der Befestigung der Enden 13 und 14 hin fortschreitend abnehmende Dicke auf, was gestattet, die von diesen dünnen Luftstreifen hervorgerufenen und unten genauer angegebenen vorteilhaften Wirkungen im Bereich der Frequenzen zu verteilen.
Die dünnen Luftstreifen weisen tatsächlich zahlreiche Vorteile auf, insbesondere:
- sie erzeugen eine dynamische Steifheit und bewirken eine viskose Dämpfung;
- sie gestatten, die abstrahlende Oberfläche der Membran in Abhängigkeit von der Vibrationsgeschwindigkeit dynamisch zu verringern; und
- sie verschieben die natürlichen Eigenschwingungen der Membran zu den hohen Frequenzen hin.
Selbstverständlich können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die dünnen Luftstreifen ausschließlich auf einer einzigen Seite der Enden 13 und 14 der Membran vorgesehen werden.
In dem Falle, in dem es in Ermangelung eines Luftstreifens die Gefahr gibt, daß die Membran 4 bei ihrer Vibration den festen Aufbau berührt, kann die betroffene Zone des Aufbaus vorteilhafterweise mit einem die Stöße dämpfenden geeigneten Material beschichtet werden, um die Erzeugung von Geräuschen zu vermeiden, die die Schallabgabe des Lautsprechers stören können.
Es wird außerdem bemerkt, daß dank der Erfindung das Synchronisierungsteil 16 mit konischer allgemeiner Form sehr einfach und wenig kostspielig ausgeführt sein kann.
Wie es in der Figur zu sehen ist, sind das Synchronisierungsteil 16, das Befestigungsteil 17 und das Polteil 7 mittels einer Schraube 18 mit der Achse X-X miteinander verbunden, die durch eine in geeigneter Weise in diesen verschiedenen Teilen hergestellte zylindrische Bohrung hindurchgeht. Selbstverständlich können andere Befestigungsarten ins Auge gefaßt werden. Das gleiche gilt für die nicht genauer angegebene Befestigung der anderen Teile des Lautsprechers 1.

Claims

1. Hochfrequenzlautsprecher (1), der eine schwingungsfähige Membran (4) aufweist, die einen mittleren ringförmigen Teil (9) und einen ringförmigen Umfangsteil (10) umfaßt, die entlang einer ringförmigen Verbindungsstelle (11), die sich einem Wellenleiter (12) des Lautsprechers (1) gegenüber befindet, miteinander verbunden sind, wobei die Membran (4) in Höhe der ringförmigen Verbindungsstelle (11) mit einer beweglichen elektromagnetischen Spule (3) verbunden ist, die im Luftspalt (5) der Polteile (6, 7) eines Permanentmagneten (8) aufgehängt ist und mit elektrischem Strom versorgt wird, der für die wiederzugebenden Töne repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einem geschmeidigen und elastischen Material derart ausgeführt ist, daß sie bei Bewegungen der elektromagnetischen Spule (3) eine definierte Verformung zeigt, und daß die ringförmigen Teile (9, 10) gewölbt und mit ihrem freien Ende (13, 14) mit einem festen Aufbau des Lautsprechers (1) direkt verbunden sind, wobei die konvexe Seite der ringförmigen Teile (9, 10) dem Wellenleiter (12) gegenüber angeordnet ist.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der ringförmigen Teile (9, 10) derart mit dem festen Aufbau verbunden ist, daß in Bezug auf den festen Aufbau dünne Luftstreifen (13A, 13B, 14A, 14B) gebildet werden.

3. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Luftstreifen (13A, 13B, 14A, 14B) eine zur Zone der Befestigung der Membran (4) am festen Aufbau hin fortschreitend abnehmende Dicke aufweisen.

4. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Luftstreifen auf einer einzigen Seite der Membran gebildet werden.

5. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Luftstreifen (13A, 13B, 14A, 14B) auf beiden seiten der Membran (4) gebildet werden.

6. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der ringförmigen Teile mit radialen Linien zum Geschmeidigmachen versehen ist, die über den Umfang des ringförmigen Teils gleichmäßig verteilt sind.

7. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der ringförmigen Teile mit radialen Schlitzen versehen ist, die über den Umfang des ringförmigen Teils gleichmäßig verteilt und mittels eines geschmeidigen und elastischen Harzes geschlossen sind.

8. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einem Verbundwerkstoff ausgeführt ist.

9. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einem Polymer mit hohem Elastizitätsmodul ausgeführt ist.

10. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (12) ein Schalltrichter ist und daß die Membran (4) und die elektromagnetische Spule (3) einen Kompressionskammermotor bilden.