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Zentrierrnerabran, insbesondere für die Zentrierung akustischer Schwinger
. Für mechanische Schwinger werden zur geraden Führung zentrierende Mittel erforderlich,
die mit dem eigentlichen Schwinger gekoppelt werden. Es ist bekannt, dafür Körper,
die aus zentrischen Membranen bestehen, zu verwenden.
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Bei mechanischen Schwingern, die zur Umformung von elektrischer Energie
in Schall dienen, insbesondere Lautsprechern, müssen aus physikalischen Gründen-besonders
hohe Anforderungen an derartige Zentriermeimbranen gestellt werden.
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Die wesentlichen Bedingungen sind: r. Die Membran muß bei einer Verschiebung
ihres Zentralpunktes aus der Nullage in positiver oder negativer Richtung (beispielsweise
durch die Schwingspule eines dynamischen Systems) sich weitgehend linear auf ihrer
Zentrierachse bewegen, sofern die antreibende Energie der gleichen Bedingung genügt.
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z. Die Membran muß bei ihrer Auslenkung aus der Ruhelage in positiver
oder negativer Richtung eine elastische Kraft entwickeln, die im allgemeinen eine
Funktion des Beitrages der Auslenkung sein muß und proportional dieser sein soll,
daher dein
gehorcht. (k = Kraft, m = Masse, z = Ausschlagsweite, t = Zeit, a
=elastische Kraft; das Vorzeichen ± bedeutet, daß die elastische Kraft bei k-positiven
Werten negativ sein wird und bei k-negativen Werten positiv sein' wird.) In Ausnahmefällen
kann zur Kompensation der durch den Feldverlauf des Magneten oder der durch die
schallabstrahlende Membran bedingten nichtlinearen Verzerrungen auch eine zusätzliche
Forderung auftreten, die Abweichungen von der proportionalen Auslenkung ergibt.
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3. Die Dämpfung der Membran muß der Bedingung genügen, daß unter Beachtung
der Kopplungsfaktoren des gesamtschwingenden Systems ein bestimmter- Wert weder
unter- noch überschritten
wird. Ferner muß die Dämpfung unter Umständen
vor oder hinter der elastischen Kraft oder in gleichmäßiger Verteilung mit der elastischen
Kraft der Membran wirksam werden.
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4. Die Membranen sollen ihre Eigenschaften unabhängig von atmosphärischen
oder mechanischen Einwirkungen über eine sehr, lange Zeitdauer beibehalten.
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Bei den bisher bekannten Zentriermembramen, die mit konzentrischen,
kreisförmigen Rillen ohne besondere Beachtung einer bestimmten Querschnittslinie
der Ri.llenform geprägt sind, werden die sich aus den vorstehenden Forderungen ergebenden
Konstruktionsbedingungenteilweisei durch Materialeigenschaften, teilweise durch
Formgebung nicht oder nur zum Teil erfüllt.
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Aufgabe der Erfindung ist -es daher, die genannten Bedingungen durch
besondere Formgebung und Eigenschaften der Zentriermnembran in vollem Umfang zu
erfüllen. Die Erfindung erreicht dies durch die Vereinigung folgender beider Merkmale,
daß, a) die Zentriermembran derart geformt ist, daß ihre .radiale Querschnittslinie
einer stehenden Sinuslinie entspricht, b) der Schwingungsbauch der letzten Sinuswelle
ringförmig starr an dem mit seiner Achse senkrecht zur Nullebene der Sinuswellen
angeordneten Schwingspulenkörper und der erste Schwingungsknoten der Sinras.welle
starr am Lautsprecherkorb unmittelbar oder mittelbar befestigt ist.
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Theoretische Überlegungen haben ergeben, daß nur mit einem derartigen
sinusförmigen Querschnitt einer Zentriermembran ein gleichmäßiges Ablaufen, der
von dem bewegten Körper, z. B. der Schwingspule, angefachten Schwingungen. der Zentriermembran
über ihre gesamte Fläche hinweg erreichbar isst und die in der Beschreibung angegebenen
Bedingungen erfüllt werden können.
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Bei allen bisher bekannten Membranfarmen ist die Querschnittsform
der konzentrischen Rillen nur nach der Forderung einer ausreichenden axialen Nachgiebigkeit
der Membran mehr oder weniger schematisch gewählt worden, ausgehend von der im wesentlichen
nur, statisch betrachteten Bedingung, daß die Zentriermembran einen axial bewegten
Körper in allen Bewegungslagen möglichst zentrisch, d. h. ohne seitliche Auslenkungen
und mit verhältnismäßig geringen Rückstellkräften, führen soll. In keiner, der Veröffentlichungen
über Zentriermembranen ist die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis offenbart,
daß nur mit einer bestimmten Quersehnittsform, nämlich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
sinusförmigen Verlauf der Querasc nittslinie, unerwünschte dynamische Nebenwirkungen
der mitschwingenden Membranmasse, die sich in Partialschwingungen und hierdurch
verursachten Verzerrungen des Frequenzganges äußern, verhindert werden können. Mit
einem Lichtblitz:stroboskop ließ sich in Vergleichsversuchen die Richtigkeit der
theorletischen überlegungen und der Vorteil der nach der Vorschrift der Erfindung
hergestellten Zentriermembran praktisch nachweisen. Abb. r zeigt eine Membran, die
bereits mehrere Merkmale enthält.
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a) Die Membran besteht aus Textilgeweben oder gewirkten Textilfaseum,
in die auf geeignete Weise Kunststoffe, wie z. B. Kunstharze, Celluloselösung, Polevinylchloridlösung
usw., so eingebettet sind, daß die Gewebefaser von diesen Stoffen vollständig getränkt
und umschlossen wird, ohne daß gleichzeitig die Porosität des Gewebes wesentlich
beeinträchtigt wird.
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b) Der Zuführung des Stromes zur Schwingspule dienende Litzen sind
auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingspule radial in einem Winkel von rSo°'
geführt und so in der Membran befestigt, daß sie der Bewegung der Membran zwangsläufig
in allen Festlegungspunkten folgen. An Stelle dieser Z,uführungslitzeri kann auch
in besonderen Fällen auf -die Membran ein Sektor aus leitendem Metall auf galvanischem
oder mechanischen Wege aufgebracht werden. An sich ist es für Lautsprecherzentriermembranen
bereits bekannt, die Stromzuführungen auf der Membran zu befestigen, jedoch hat
man dabei die verwendeten Leiter in der üblichen Weise im Interesse einer guten
Zugänglichkeit der Anschlüsse nebeneinander oder höchstens in einem Winkel von 90''°'
zueinander angeordnet. Andererseits ist für Tauchspulen von Mikrophonen eine Anordnung
der Zuführungsleitungen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule, also unter z8o°
zueinander bekannt, jedoch in der auch bei Lautsprechern meist gebräuchlichen Weise
ohne Berührung mit der Mehran.
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c) Die in der Membran cingepreßte Schwingspule ist in dem napfförmigen
Mittelteil der Schwingmembran so befestigt, daß sie den ringförmigen Schwingungsbauch-
starr mit dem ebenfalls starren Spulenkörper verbindet. Der Schnitt durch die Membran
ergibt die Sinuslini.e in der stehenden Welle, deren Schwingungsknoten fest mit
dem Aufnahmering verbunden ist und deren Schwingungsbauch feist an der Schwingspule
angebracht ist.
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Abb. 2 zeigt eine Ausbildung des in den Konushals hineinragenden Teils
der Membran, der dazu dient, die Abs trahlungsegenschaften der mit der Schwingmembran
gekoppelten Trichternxembran insbesondere im Bereich des hohen Frequenzen. zu unterstützen,.
Dabei wird dieser parabelförmige Innenteil der Membran ganz oder teilweise durch
eingelagerte, besonders harte Kunststoffe -zur Erfüllung dieser Aufgabe präpariert.
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Abb. 3 zeigt eine Ausbildung der Membran, die bezweckt, bei gleichmäßiger
Einlagerung der Kunststoffe in die Gewebebahn zu erreichen, daß die elastische Linie
gleichwertiger Punkte bei einer Bewegurig des Zentrums der Membran mit gleichen
Krümmungen verläuft, d. h. die elastischen Kräfte gleichwertiger Linien sind gleich.
Die Sinuslinie dieser Membran verläuft dabei in der Form einer zum Zentrum gedämpften
abklingenden Welle.
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Abb. 4 zeigt eine Ausbildung, deren Sinn darin liegt, die elastischen
Kräfte zum Zentrum stark abnehmen zu lassen, wobei die dämpfenden Kräfte in entgegengesetzter
Weise verlaufen können. Die
Sinus.linie der Membran verläuft dabei
vom Zentrum aus wie eine stetig angefachte Schwingung.
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Abb..5 zeigt eine weitere Form, die eine wechselweise Verteilung der
Elastizität und der Dämpfung ergibt. Die Sinuslinie der Membran entspricht dabei
einer Schwebungs:linie.
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Abb. 6 zeigt eine Membran, bei der zur weiteren Verstärkung der Anhebung
der hochfrequenten Schwingungen die Parabel durch Verlängerung ihrer Paraheläste
in ihrer Abstrahlungsfläche vergrößert wird. Die zusätzliche Einbringung erfolgt
aus dem Grund, weil bei normalen Geweben eine gewisse Größe der Parabelfläche nicht
ohne Überlastung des Gewebes beim Preßvorgang zugelassen werden kann und weil es
weiterhin nicht zweckmäßig ist, den Konushals der Trichter über ein gewisses Maß
auszuweiten.
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Abb. 7 zeigt die Einspannung der Membran, die zweckmäßigerweise in
einen Kunststoff eingepreßt oder zwischen metallischen Ringen soi absolut starr
aufgehängt wird, daß die Grenze für die innerhalb der Membran laufenden, durch den
Anstoß ausgelösten Schallwellen eine möglichst weitgehende Reflektion ergibt. Diese
Forderung läßt sich auch durch .einwandfreies Aufkleben -zwischen vorher mit sauber
begrenzten Klebeflächen vorbereiteten Ringen erreichen.
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Abb. 8 zeigt eine Ausbildung des Gewebes dieser Zentriermembran. Das
Gewebe wird dabei in der Weise hergestellt, daß die Kettenfäden radial verlaufen,
während sich die Schußfäde@n auf Spiralen bewegen. Der Vorteil dieser radialen Membran
liegt erstens darin, daß bereits bei der Herstellung des Gewebes auf die zukünftige
Formgebung weitgehendst Rücksicht genommen werden kann und zum zweiten, daß durch
die Verteilung von Ketten-und Schußfäden und das nachherige Pressen in- der Sinusform
es durchaus möglich ist, den größeren Teil der Dämpfung jeweils in die Scheitel
der Sinuslinie oder in ihre Abfallende zu verlegen. Der Hauptvorteil dieser Gewebeform
liegt jedoch darin, daß .es auf diese Weise möglich wird, bei gleichmäßiger Einbringung
des Kunststoffes und nach ihrer Verpreissung zur Sinusform eine elastischeLinie
zu erreichen, die eine absolut: gleichmäßige elastische Verformung der Hauptträger
der Elastizität, nämlich der radial verlaufenden Kettenfäden erzwingt.
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Abb.9, i o, ii zeigen, daß durch Aufbringung eines Films, der vorher
durch keilförmige oder streifenförmige Ausschnitte oder durch Kreise so präpariert
wurde, daß seine Elastizität zum Zentrum hin stark zunimmt, die an und für sich
vorhandene, stark abnehmende Elastizität einer reinen Sinuslinie kompensiert werden
kann.