DE886758C - Membran fuer Lautsprecher mit Hohlraumgefuege - Google Patents

Description

• Membran für Lautsprecher mit Hohlraumgefüge 'Protz einer intensiven Entwicklungsarbeit von über 30 Jahren ist man von einer musikgetreuen Wiedergabe durch Lautsprecher noch recht weit entfernt, und damit erzeugte Darbietungen tragen noch immer den berüchtigten Lautsprecherklang. Die Schwierigkeit der Lösung der Aufgabe erhellt aus der Tatsache, daß schon bei einem einzelnen Musikinstrument, das eine viel einfachere Aufgabe hat, für den Bau desselben in hervorragender Güte sehr viele Bedingungen, wie z. B. bei der Geige, welche erfüllt werden müssen, noch nicht klar erkannt worden sind.
• Der Lautsprecher soll nun ein universales Musikinstrument darstellen. Um damit wirklich naturgetreue Musik zu erhalten, glaubt man, man müßte vor dem Ohr die gleichen physikalischen Vorgänge auslösen wie das Original. Da diese Aufgabe bei dem nicht stationären Charakter fast aller Schallvorgänge selbst mit Aufwand außerordentlicher Mittel unlösbar ist, so schien das Versagen gewöhnlicherLaut:sprecher erst recht hierin ihreErklärung zu finden, zumal man glaubte, das Ziel nur mit aperiodisch wirkenden Vorrichtungen erreichen zu können, und viele direkt entgegengesetzte Forderungen erfüllt werden sollten. So wird vom Strahler wenig Masse verlangt, aber höchste Starrheit, um als Kolben zu schwingen, aber gleichzeitig sollte er imstande sein, mit einem derartigen Gebilde große Energien abzustrahlen.
• Diese Aufgabe wird in der Tat unlösbar, wenn verlangt wird, daß vor dem Ohr unbedingt die gleichen physikalischen Vorgänge wie vom Original erzeugt werden müssen. Wie aber eine nähere Betrachtung zeigt, ist dieses für die Erzeugung einer gleichen Empfindung nicht notwendig, da trotz der hohen Empfindlichkeit des Ohres nur das zur Empfindung und zum Bewußtsein kommen kann, was und soweit dieses von den Übertragungsgliedern des Ohres, den Nervenleitungen usw. durchgelassen wird. Wenn dann Fremdtöne nur so weit zugelassen werden, daß sie verdeckt werden, so ist dieAufgabe für die Empfindung fast vollkommen lösbar. Da außerdem alle Musikinstrumente Einschwingvorgänge besitzen, so sind überall aperiodische Eigenschaften des Lautsprechers nicht notwendig, wohl aber solche Dämpfungen, wie sie im Original auftreten. Auch dann werden noch außerordentliche Anforderungen an die Funktion des Lautsprechers gestellt, insbesondere müssen die Dämpfungen der Eigenschwingungen in den Gebieten recht hoch sein, in denen sie schwer verdeckt werden.
• Bei Membranen, welche nur von begrenzten Teilen, z. B. zentral wie bei Konusmembranen, angetrieben werden, kommt noch der besondere Umstand zur Geltung, daß die Fortpflanzung längs der Membran eine Rolle spielt und besonders bei Unterteilungen derselben bis zur gegenseitigen Auslöschung der Strahlung führen kann. Einen großen Teil der dazu notwendigen Bedingungen, z. B. große Steife bei leichtem Gewicht sowie entsprechende Dämpfungen, hat man durch Verwendung von Schaumstrukturen gewinnen können.
• Nun lassen sich zuSchaumgebilden,welche hohen Anforderungen genügen, nur wenige Stoffe so gut verarbeiten, daß eine Regelung der gewünschten Eigenschaften genügend möglich wird. Der wesentliche Grund liegt darin, daß die dünnen Wände des Schaumes zu einem großen Teil aus Lacksubstanz bestehen müssen.
• Die vorliegende Erfindung zeigt nun ähnliche Gebilde mit entsprechender Wirkung, welche auch gleichmäßig mit geschlossenen oder fast ganz geschlossenen Hohlräumen durchsetzt sind, deren Wände aber zum allergrößten Teil aus fast beliebigen anderen Stoffen bestehen können, vor allem aus solchen mit großer Härte, Leichtigkeit und hohen Elastizitätskonstanten.*Dadurch wird es weitergehend möglich, die erforderlichen Bedingungen, welche je nach der Verwendung an die Membran gestellt werden, zu erfüllen. Es ist dieses besonders bei Speziallautsprechern, in Kombinationen usw. wichtig und dann, wenn das Unterteiltschwingen verteilt werden soll und je nach den Anforderungen erhöht oder beschränkt werden soll.
• Die Membran wird nun, um diese gewünschten Eigenschaften zu erhalten, nach Größe und Zweck in einer Stärke von etwa i bis 3 mm aufgebaut, mit einem spezifischen Gewicht des Kernes, der den Hauptteil ausmacht, von etwa o,i5, je nach der Dichte der verwendeten Materialien und der Grenzstärke der Raumwände. Zur Erreichung der notwendigen akustischen Eigenschaften ist die Durchsetzung mit Hohlräumen notwendig, welche genügend groß und vor allem genügend geschlossen sein müssen, d. h., daß nach außen und untereinander gar keine oder nur äußerst geringe Verbindung bestehen soll, welche um viele Größenordnungen kleiner sein muß als die Hohlräume selbst. Während beim Schaum ein völliger Abschluß vorliegt, der die hohe Steife und die besondere Fortpflanzung der Erregung bewirkt, braucht im vorliegenden Falle oft nur soweit darin gegangen zu werden, daß die Steife erreicht wird und die Fortpflanzung nach den Bedingungen geregelt werden kann. Um eine frequenzabhängige Dämpfung zu erreichen, können zwischen einzelnen Hohlräumen sehr enge Verbindungskanäle bestehen, welche bei den sehr dünnen Wänden nur wenige tausendstel Millimeter weit sein können.
• Die Membran soll möglichst vollständig und gleichmäßig von den Hohlräumen erfüllt sein, mit dichten, elastisch wirkenden Wänden und Fernhaltung größerer Anhäufung von Aufbaustoffen, weil nur so die höchste Schwingungsfähigkeit und richtige Schalleitfähigkeit zur Vermeidung von Auslöschungen erreicht wird. Die Hohlräume sollen möglichst gleich groß werden, nur vereinzelt die Membrandicke in ihrer Ausdehnung erreichen, im Mittel aber kleiner sein, wobei aber solche unter o,2 mm ausgeschlossen werden sollten. Um möglichst gleich dicke Wände zu bekommen, welche nur wenige hundertstel Millimeter stark sein sollen, sollen die Zwischenräume zwischen den größeren Hohlräumen durch kleinere ausgefüllt werden.
• Wesentlich ist nun, daß der Hauptteil der Wände mindestens zu 6o '/o aus festen Stoffen in feiner Verteilung besteht, welche durch geeignete Bindemittel so miteinander verbunden werden, daß sie genügende Festigkeit und Beständigkeit haben trotz der sehr geringen Stärke von sehr wenigen hundertstel Millimetern und die Hohlräume dicht abschließen. Die Form der Teilchen kann fadenartig sein, sie können aus Blättchen, Fasern und auch aus feinsten Körnchen bestehen, letzteres dann, wenn aus dem Material sich Blättchen oder Fasern nicht herstellen lassen. Es ist von Vorteil, wenn diese Stoffe bzw. Gemische derselben in einer solchen Verteilung benutzt werden, daß sie sich von allein bereits ziemlich dicht lagern und daher sehr wenig Bindemittel gebraucht wird, d. h., sie müssen ein ziemlich niedriges Schüttvolumen haben. Für die Wände werden am besten ganz oder teilweise Materialien von großer Festigkeit, Härte und hoher Elastizitätskonstante verwendet, darunter Fasern aus organischen Stoffen, aus Gläsern, Blättchen aus Glimmer, Aluminium, besonders in oxydierter Form, anderen Leichtmetallen, Aluminiumoxyd, Borcarbid oder harter Kohle u. dgl. Als Bindemittel für die so fein aufbereiteten Stoffe, welche die Wände der Hohlräume bilden sollen, werden sehr fest werdende Lacke, besonders aushärtbare, verwendet, z. B. Phenolformaldehydkondensationsprodukte, Harnstofformaldehydprodukte, Plexiglas, aber auch Äthylzellulose, Polystyrole, in gewissen Stadien auch Leimsorten.
• Es ist, wenn auch schwieriger, möglich, die Membran als Ganzes allein so aufzubauen. Sicherer ist es und dauerhafter, um auch alle an der Oberfläche liegenden Poren zu schließen, das Ganze entweder einseitig oder zweiseitig mit einer sehr dünnen, aber festen Haut in der Stärke von sehr wenigen hundertstel Millimetern zu überziehen bzw. diese mit dem Gerüst überall fest zu verbinden, z. B. mit Hilfe eines Lacküberzuges, gegebenenfalls in der Wärme. Geeignet sind dazu feste, dünne, dichte Papiere, Folien aus Aluminium, Lack usw. Bei vorsichtigem Vorgehen gibt ein ansehnliches Resultat ein dünner Überzug aus Lack, der so zäh ist, da.ß ein Eindringen in die Poren nicht eintritt.
• Für die Herstellung solcher Membranen sind die gewöhnlichen Methoden nicht gangbar, da es hier auf bestimmten Strukturaufbau, feste, sehr dünne, aber elastische Wände mit fast vollkommener Dichtigkeit, bestimmte Größe der Hohlräume ankommt. Daher werden zur Herstellung besondere Füllmittel in Gestalt der Hohlräume in der notwendigen Kornverteilung benutzt, welche sich dann vor dem Abschluß des Prozesses sicher entfernen lassen.
• Am geeignetsten sind solche Mittel, welche fest genug sind, um einen gewissen Druck der Formung auszuhalten, dann aber sich bei Temperaturen-herausdampfen lassen, welche die Materialien der Wände bzw. der Bindemittel noch ohne Schaden aushalten. Dabei ist ein weit verminderter Druck von Vorteil. Es gehören dazu gewisse flüchtige organische Stoffe, welche sich noch genügend verdampfen lassen, ehe sie schmelzen, wie Naphthalin, Naphthol, aber auch anorganischer Art, wie Ammoniumcarbonat. Ebenso aber können solche Stoffe verwendet werden, welche herausgelöst werden können. Aus solchen Stoffen werden dann, nachdem sie durch Pressen, Schmelzen od. dgl. in eine dichte, feste Form gebracht sind, durch Sieben und Mischungen die erforderlichen Körnungen und Kornzusammensetzungen für die Füllungen hergestellt.
• Bei Verwendung von Lösungsmethoden zu der Entfernung der Füllmittel und auch sonst dürfen die Bindemittel bzw. deren Lösungsmittel das Material der Füllkörper nicht angreifen. Sind die Füllkörper in Wasser löslich, so darf kein in Wasser zu behandelndes Bindemittel für das Wandmaterial verwendet werden, solange noch die Füllkörper gebraucht werden, und umgekehrt. Dagegen können bei wasserunlöslichen Bindemitteln der Füllungen bzw. wenn dieselben unlöslich sind, auch Leime u. dgl., welche mit Wasser angemacht werden, benutzt werden. Aus dem Material der Wände wird zusammen mit dem Bindemittel und den Füllungen mit Hilfe des Lösungsmittels eine verformbare Masse hergestellt, welche genau die Zusammensetzung haben muß; welche dem Gerüst mit den Füllkörpern entspricht. Daraus wird dann die Membran geformt, am besten unter mäßiger Druckanwendung, damit die Füllkörper gut umschlossen werden, und dann zum Trocknen gebracht. Die dazu benötigten Formen werden zweckmäßig porös sein, damit die Trocknung gleichmäßig erfolgen kann. Zunächst wird weniger Bindemittel für die Wände benutzt, gerade so viel, wie ein fester Zusammenhalt des Gerüstes verlangt, damit die Entfernung der Füllung leicht vonstatten gehen kann. Einfach ist es, die zähe Masse auf die Dicke der Membran auszuwalzen, das Blatt um die Form zu legen, die zusammengepaßten Ränder mit gleicher Masse zu verbinden und zu trocknen. Nach dem Herauslösen oder Verdampfen der Füllmittel, z. B. bei vermindertem Druck und Trocknen, findet dann die eigentliche Verfestigung durch Tränken mit Lacken statt, welche außerdem die notwendige Abdichtung der Hohlräume bewirken soll. Hierzu werden verdünnte Lacke, deren Grundsubstanz fest und hart wird, in solchen Mengen verwendet, daß wohl die Wände gedichtet werden, aber die Hohlräume frei bleiben, was immer der Fall ist, wenn sie richtig dimensioniert sind. Dann tritt vor allem eine Verfestigung der Wände ein durch die Trocknungsspannung, wodurch ein äußerst elastisches, schwingungsfähiges, aber doch steifes und leichtes Gebilde entsteht. Zweckmäßig ist es, eine wiederholte Tränkung durchzuführen, insbesondere auch mit verschiedenen Lacken. Dabei braucht auf die Natur der Füllungen, wenn sie entfernt sind, keine Rücksicht genommen zu werden.
• Durch die Wahl des Lackes, seiner Verdünnung, seiner Menge kann eine weitgehende Regulierung der Durchlässigkeit der Wände erreicht werden, sogar lokal verschieden. Damit ist, abgesehen von der Form der Membran oder auch im Zusammenhang mit derselben, weitgehende Möglichkeit gegeben, je nach dem Zweck, welchem die Membran dienen soll, Frequenzabhängigkeit, Dämpfung, Fortpflanzungsgeschwindigkeit zu beeinflussen.
• Die Deckhäute können erst, wenn sie gasdicht sind, aufgebracht werden, wenn die Membran fertiggetrocknet ist. Sie brauchen aber nicht ohne weiteres von vornherein dicht zu sein. So ist sehr dünnes, festes Papier geeignet, welches bereits von vornherein als Unterlage mit der Membran z. B. mit etwas Lack fest verbunden wird. Auch die äußere Haut wird mit Lack gleichmäßig fest gebunden. Zur besseren Abdichtung kann das Ganze, wo es notwendig ist, noch mit einer sehr dünnen Lackschicht versehen werden. Bei gasdichten Folien z. B. aus Aluminium wird die Verbindung in der Wärme mit einer schmelzenden Schicht vorgenommen. In manchen Fällen genügt auch die Aufbringung einer dünnen Schicht so zähen Lackes, daß er die Poren nicht verstopfen kann.
• Diese Methode kann, wenn man auf höchste Qualität Wert legt, etwas abgewandelt werden. So können die Tränklacke, welche zum Schluß verwendet werden, mit treibenden Stoffen versetzt werden, welche beim Erhitzen eine zweite Struktur aus Schaum erzeugen in den Hohlräumen u. dgl. Aber ebenso können die Wände etwas dicker gehalten und dafür mit etwas mehr Kanälen durchzogen werden. Dadurch wird an Schwingungsfähigkeit und auch Steife etwas verloren, was aber in manchen Fällen, z. B., wenn es darauf ankommt, aus Schallen gewisse Bänder, welche geräuschartig verseucht sind, allein durch die Struktur der Membran abzuschwächen, u. dgl.
• Ebenso aber können auch nur Teile der Membran so aufgebaut werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Membran für Lautsprecher mit zahlreichen Hohlräumen, welche den größten Teil ihres Volumens ausmachen, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Raum der Membran in nicht zu unterschiedlicher Größe, welche höchstens die Stärke der Membran erreichen soll und deren Wände nur eine Stärke von wenigen hundertstel Millimetern haben sollen, fast vollständig zu einer Gesamtdichte des Kernes von etwa 0,15 erfüllen, wobei die Wände zum größten Teil (etwa über 6o "/o) aus festen, feinzerteilten Stoffen bestehen, welche so dicht gelagert sind, daß sie mit wenig Bindemittel, Lacken od. dgl. dicht und die Hohlräume abschließend miteinander verbunden sind. a. Membran nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume an der Oberfläche entweder auf einer oder beiden Seiten mit dünnen, praktisch gasundurchlässigen Häuten verschlossen sind, welche nur sehr wenige hundertstel Millimeter stark sind. 3. Membran nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände vorwiegend aus sehr feinen Fasern, Blättchen oder feinen Pulvern gebildet sind, welche dünner als die Wände sind, aus sehr festen Stoffen organischer Art, besonders aus solchen mit hoher Elastizitätskonstanten, geringer Dichte, niedrigem Schüttvolumen, aus Glimmer, Aluminiumoxyd, Aluminium, zweckmäßig oxydiert, Magnesium, harter Kohle, Borcarbid, mit einer Dicke der Blättchen von etwa lboo mm und einer Ausdehnung von der Größe der Hohlräume. 4. Membran nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit Lacken, Leimen od. dgl. von sehr großer Härte und Festigkeit im Trockenzustand gebunden werden, z. B. mit aushärtbaren Kunstharzen und anderen, wie Formaldehydkondensationsprodukten, Harnstofformaldehydp.rodukten, Plexiglas. 5. Membran nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Membran mit verschiedener Porosität, verschiedener Dicke ausgebildet sind, daß diejenigen Stellen, welche als Ganzes schwingen sollen, dicker, andere, welche Verbiegungen zur Abstrahlung höchster Frequenzen erfahren sollen; dünner gehalten werden. 6. Membran nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume die Membran gleichmäßig und mit möglichst gleich dicken Wänden erfüllen, wozu die Hohlräume zwischen den größeren durch entsprechend kleinere ergänzt werden. 7. Membran nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußhäute aus dünnem, festem Papier, Leichtmetall oder Lackfolie bestehen, welche mit Hilfe von Lacken fest aufgebracht sind und genügend dicht sind. ß. Verfahren zur Herstellung von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Füllmaterial in der Größe und Verteilung der verlangten Hohlräume aus festen verdampf-oder herauslösbaren Stoffen mit den die Wände bildenden festen Materialien vom Volumen der den ersteren entsprechenden Menge und Bindemitteln zu einer verformbaren Masse angemacht werden, daraus die Membran, zweckmäßig unter Druckanwendung, geformt, getrocknet und alsdann die Füllmittel durch Verdampfen oder Herauslösen entfernt werden. g. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wände, solange die Füllmittel sich noch in dem Gerüst befinden, nur Bindemittel mit Lösungsmitteln verwendet werden, welche die Füllmittel nicht lösen. io. Verfahren nach Anspruch i bis 7, dadurch, gekennzeichnet, daß zunächst nur so viel Bindemittel verwandt wird, daß das Gerüst schon genügende Festigkeit für die weitere Verarbeitung erhält, aber noch für die Entfernung der Füllmittel durchlässig bleibt, worauf dann nach Entfernung derselben durch Tränkung mit verdiinnten, sehr hart werdenden Lacken die Wände nahezu oder völlig dichtgemacht werden, wobei -die Hohlräume frei bleiben. ii. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei wasserunlöslichen Füllmitteln die Vorverfestigung mit wasserverarbeitbaren Leimen vorgenommen wird und erst nach Entfernung der Füllmittel die eigentliche Festtränkung mit harten Lacken erfolgt. 12. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß leicht flüchtige Substanzen in fester Form, gepreßt oder geschmolzen, wie Naphthalin, Naphthol, Ammoniumcarbonat, als Füllmittel verwendet werden, welche durch langsames Erhitzen am besten im Vakuum entfernt werden. 13. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkung in mehreren Stufen erfolgt, gegebenenfalls mit verschiedenen Lacken und Schlußtränkung mit in der Hitze schaumbildenden Stoffen. 14. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen als Fasern, Blättchen in der Dimension der Wände und dem Durchmesser der Hohlräume gewählt werden, aber mindestens so fein, daß eine gute Ausbildung der Wände oder wenigstens eine genügende Elastizität derselben gesichert wird. 15. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände wenigstens teilweise etwas stärker gebaut werden, die Verbindung der Hohlräume aber nur so fein und eng ist, daß die Steife nicht schädlich beeinflußt wird.