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Lautsprecher zur klangtreuen Wiedergabe von Musik und Sprache mit
einer durch Biegung elastisch vorgespannten Stabfläche oder zwei solcher Flächen
Die Erfindung betrifft die Verbesserung von Lautsprechern, die eine durch Biegung
elastisch vorgespannte Strahlfläche oder zwei solche Flächen besitzen, deren Vorspannung
durch Druck- oder Zugglieder bewirkt wird, die sich zwischen den Rändern der beiden
Strahlflächen oder den Rändern der einen Strahlfläche und einem den Erreger tragenden
starren Träger erstrecken bzw. zwischen den Strahlflächen und dem Erreger selbst
liegen. Die Erfindung hat die Aufgabe, den Lautsprecher derart auszubilden, daß
eine bedeutende Verbesserung der Tonqualität und insbesondere auch eine naturgetreue
Wiedergabe der Musik von Streichinstrumenten und der Sprache erzielt wird und daß
sich Eigenfrequenzen des Lautsprechers nicht bemerkbar machen.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung auf einem positiven und einem
negativen Weg gelöst, die untrennbar zueinander gehören. Der positive Weg besteht
gemäß der Erfindung darin, daß die Strahlflächen mit dem Erreger, mit dem starren
Träger und untereinander durch lose koppelnde, dämpfungsfreie Glieder verbunden
sind. Dadurch wird zwar die Wiedergabe aller Frequenzen in gleicher Weise erleichtert,
aber zugleich wird auch die Eigenschwingungsfähigkeit, z. B. der Strahlfläche
oder
des Kopplungsgliedes zwischen Strahlfläche und Erreger, mangels jeder Dämpfung sehr
erleichtert. Deshalb gehört als negativer Teil zur erfindungsgemäßen Lösung der
Aufgabe, daß die Eigenschwingungen der Strahlflächen und der lose koppelnden Glieder
durch auf beiden verteilte Verdickungen, während die nicht zur Kopplung nutzbaren
Querschwingungen der lose koppelnden Glieder und die Schwingungsübertragung von
den lose koppelnden Gliedern auf den starren Träger durch dämpfende Zwischenlagen
unterdrückt sind.
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Nach der Erfindung gelingt es durch die Anwendung großer Strahlflächen,
mit kleinen Auslenkungen auszukommen, indem Strahlflächenv an elastisch schwingungsfähigem
Gefüge, und zwar vorzugsweise Stabtafeln mit senkrecht zur Fläche stehenden Jahresringrippen
verwendet werden und folgerichtig der Grundsatz der elastischen Schwingungsübertragung
in diesen Strahlflächen und vom Erreger auf diese sowie der elastischen Abdämpfung
der Schwingungen auf dem Wege von den Strahlflächen zu den diese tragenden starren
Massen durchgeführt ist.
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Weiterhin werden Leisten an den Stellen der Strahlflächen angebracht,
an denen die Bäuche der stehenden Querschwingungen auftreten, zu denen die jahresringrippen
als elastisch schwingungsfähige Stäbe erregt werden können. Ein elastischer Stab
kann zu Eigenschwingungen in einfachen Bruchteilen seiner Gesamtlänge erregt werden.
Dabei entstehen so viele Schwingungsbäuche, wie die gerade angeregte Eigenfrequenz
durch die Grundfrequenz teilbar ist. Schwingungsbäuche der verschiedenen Eigenfrequenzen
verteilen sich über die Länge des Stabes. Man würde zunächst zu einer wirksamen
Unterdrückung dieser Schwingungsbäuche gelangen, wenn man die aufgesetzten Leisten
an Stellen anordnete, die jeweils der Mitte zwischen zwei natürlichen Knoten der
Eigenschwingungen entsprechen. Teilt man die Länge L des Stabes,, also im vorliegenden
Fall einer Jahresringrippe der Strahlfläche, der Reihe nach in zwei, drei, vier
usw. bis z. B. zweiunddreißig Teile und bildet di,e Mittelwerte zwischen je zwei
aufeinanderfolgenden Teilungen, also z. B.
: 2 Il, oder
: z, so bekommt man die Mitte zwischen den ersten Knotenpunkten der errechneten
Frequenzen, gerechnet von einem Ende aus. In den durch diese Mittelwerte angegebenen
Abständen müßten nun die aufgesetzten Leisten angebracht sein, um die Eigenfrequenzen
wirksam zu unterdrücken. Es kann dabei vorkommen, daß eine Leiste durch diese Anordnung
gerade an eine Stelle oder in die Nähe einer Stelle gerät, die einen Knotenpunkt
von Eigenfrequenzen des Stabes darstellt, also z. B. in oder
oder
der Stablänge. Die Anbringung
von Leisten an derartigen Stellen wird gemäß der Erfindung möglichst vermieden.
Nach den gleichen Grundsätzen werden auch die Knoten in dem Kopplungsglied zwischen
dem Erreger und der Strahlfläche angeordnet und ebenso auch die Leisten, die dazu
dienen sollen, die Eigenschwingungen des Gehäuses zu unterdrücken.
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Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen die Abb.
i bis 1z. In der Beschreibung sind die mit Indizes versehenen Bezugszeichen der
Abbildungen zum Teil ohne Index aufgeführt worden. In den Abb. i bis 3 ist ein permanentdynamisch
erregter Lautsprecher' nach der Erfindung mit zwei gegenüberstehenden Strahlflächen
und in den Abb. q. bis 9 die Anwendung einer einzigen Strahlfläche gezeigt; die
Anwendung der Erfindung ist nicht auf die permanent- oder elektrodynamische Erregung
beschränkt; Abb. io bis 12 erläutern die Anwendung eines Spanndrahtes für Vorspannung
und Kopplung der Strahlflächen.
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Der starre Teil des Erregers ist mit 111, der Spanndraht mit
S bezeichnet. Der Erreger ist zweckmäßig so angeordnet, daß das Erregungszentrum
der Schwingungen in der Mitte der Strahlfläche liegt. P sind elastisch schwingungsfähige
Stützen, welche die Strahlflächen R tragen und den Vorspannungsdruck an den mit
den Schutzleisten L versehenen Rändern der Strahlflächen R aufnehmen. Elastisch
schwingungsfähige Verbindungsglieder h stellen die Verbindung dieser Stützen P mit
den starren Teilen des Lautsprechers her, z. B. dem Erreger M oder den Trägern T
oder dem Gestell G. Die Verbindungsglieder V sind nach der Abb.2 so angeordnet,
daß von den Kreuzungspunkten zwischen den Verbindungsgliedern V und den Stützen
P hinreichend lange, schwingungsfähige Zwischenstücke in Richtung nach den an den
Winkeln W befestigten Enden von den Verbindungsgliedern V wie auch in Richtung auf
die Strahlflächen R an den Stützen verbleiben. Sie können beispielsweise nach der
Abb.4 unter der Vorspannung der Strahlfläche R stehen.
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In den Abb. 2 und 3 und 6 bis g ist die Anordnung der Verbindungsglieder
h und ihre gelenkartige Verbindung mit den Stützen P an verschiedenen Ausführungsbeispielen
gezeigt.
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Die Strahlflächen R sind rechteckige Stabtafeln von beispielsweise
i X i/2 m Fläche und einer an Violoncello oder Kontrabaß üblichen Stärke, bei denen
die Jahresringrippen möglichst senkrecht zur Fläche stehen und in der Längsrichtung
des Rechtecks L, L, oder L2 L4 in Abb. i verlaufen. Rechtwinklig zu den Jahresringrippen
und senkrecht auf den innenseitigen Flächen der Stabtafeln R, die durch den Spanndraht
S = S1 -h S2 (Abs. i) nur ganz geringfügig und unmerklich nach innen durchgebogen
werden, sind schmale, plan anliegende Leisten, über die Länge der Stabtafeln verteilt,
aufgeleimt. Beispielsweise sind auf die Länge der Strahlflächen von etwa i m Länge
zwölf Leisten angeordnet. Im besonderen wird durch die freie Zone der Strahlflächen
beiderseits des Erregungszentrums die zu erfüllende Bedingung der eiastischen
Kopplung
auch am Angriffspunkt des Spanndrahtes S bzw. eines nach der Abb. io befestigten
Schraubstückes 8, 9 verwirklicht.
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Die elastische Weiterleitung der Schwingungen innerhalb der Stabtafeln
erfolgt vornehmlich durch die Jahresringrippen, welche hochelastisch und härter
sind als das dazwischenliegende weichere Holz. Für die Wiedergabe der hohen Frequenzen
kommt beim Lautsprecher gemäß der Erfindung entsprechend wie bei Saiteninstrumenten
Stabholz in Betracht, dessen Jahresringrippen schmal sind und in großer Zahl nebeneinanderliegen.
Man wird daher diese vorzugsweise in den mittleren Längszonen der Stabtafeln und
beiderseits Holz mit weiter auseinanderliegenden Jahresringrippen anordnen. Die
Aufleimung der Hochkantleisten kann eine unerwünschte, wenn auch nicht unbedingt
nachteilige Krümmung quer zu der Längsrichtung der rechteckigen Stabtafeln verursachen.
Die Leisten werden daher durch Schnitte quer zu ihrer Längsrichtung unterteilt.
Zur Erhaltung der Querfestigkeit werden die Schnittflächen benachbarter Leisten
gegeneinander versetzt angeordnet.
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Nach der Abb. i sind zwei Strahlflächen R1 und R2 gekoppelt, indem
dieFlächen durch den elastisch gespannten Draht S1, S2 vorgespannt sind und der
Druck durch die elastisch schwingungsfähigen Stützen P1, P2 usw. aufgenommen wird.
An den Endkanten der Strahlflächen R1 und R2 sind die Schutzleisten L1, L2 voll
möglichst kleiner Masse befestigt, zweckmäßig so, daß an einer Endkante je eine
schmale Leiste auf beiden Seiten mittels durchgehender Schrauben in hinreichend
weiten Löchern befestigt werden. Nach der Abb. 2, welche den Schnitt nach C-D wiedergibt,
sind ferner die Stützen P1, P2 usw. zwischen den Schutzleisten L1 und L2 derart
angeordnet, daß an den Berührungsstellen zwischen den Stützen P und den Schutzleisten
L eine möglichst kleinflächige Berührung vorliegt.
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Bei nicht zu breiten Strahlflächen genügen je zwei Stützen P1 und
P3 oben und P2, P4 unten, um die Strahlflächen zu tragen und in bestimmter Lage
sicher zu halten.
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Weil die Strahlflächen auch an den Rändern schwingen, müssen die Stützen
P an den Schutzleisten L gelenkig befestigt werden, damit die Strahlflächen R frei
schwingen können. Das gleiche gilt für die Verbindung von den Stützen P und den
Verbindungsgliedern TI nach den Abb. q. bis 9.
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In den Abb. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Verbindung
von den Stützen P und den Schutzleisten L gezeigt. Die Stützen P sind an den Enden
Z1 (Abb. 2 und q.) zapfenartig verjüngt und passen in entsprechende Vertiefungen
in den Schutzleisten L. Als Gelenkbänder dienen hierbei beispielsweise straff gespannte
Lederstreifen F1, F2 (Abb.2). In der Abb.3 ist eine andere Ausbildungsform der gelenkartigen
Verbindung von den Stützen P und den Strahlflächen R angegeben. An der Stütze P1
sind beispielsweise verstellbare Glieder 17 befestigt, die, mit federnden und durch
Verschraubung zusammengehaltenen Teilen 18 versehen, kegelförmige Ansätze i9 haben
und damit die Schutzleisten L zapfenartig von beiden Seiten fassen und halten. Die
federnden Teile 18 sind vergrößert dargestellt. In der Abb. 9 ist ein weiteres Beispiel
für die gelenkartige Verbindung der Verbindungsglieder h und der Stützen P dargestellt.
Die Stützen P werden zweckmäßig aus Holz mit Jahresringrippen in der Längsrichtung
der Stützen P hergestellt, rund nach Abb. i bis 8 oder kantig nach Abb. 9.
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Nach den Abb. i und 2 werden beispielsweise die elastisch schwingungsfähigen
Verbindungsglieder V1, h2 oben bzw. h3, V4 unten angeordnet. Hierzu können Holzleisten
verwendet werden, deren Jahresringrippen senkrecht zur Zeichenebene nach den Ab.
i und 2 liegen. Die Verbindungsglieder h und die Stützen P sind möglichst punktförmig,
z. B. mittels durchgehender Spindeln, an den Stützen P befestigt und werden nach
dem Beispiel der Abb. 2 paarweise verwendet, um die Stützen P waagerecht zu halten
und eine genaue Einstellung der Strahlfläche R in bezug auf den Erreger M zu ermöglichen.
An Stelle der Verbindung der Stützen P und der Verbindungsglieder V nach der Abb.
2 durch die Spindel könnte auch die Gelenkverbindung nach den Abb. 6, 7 angewendet
werden. Die Verbindungsglieder h werden gemäß der Abb. 2 an dem Gestell befestigt,
können aber auch an Trägern T1 (Abb. i) bzw. T2 (Abb. q. und 5), die am Magneten
angeschraubt sind, befestigt werden, so daß dann der Erreger M und die Strahlflächen
R ein Ganzes auch ohne äußere Umhüllung darstellen und für die Aufstellung dienende
Träger T3 (Abb. q.) am Magneten befestigt werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach den Abb. i und 2 werden zwischen dem
Gestell G und den Winkeln W sowie zwischen diesen und den Verbindungsgliedern V
dämpfende Zwischenlagen, z. B. Gummiplatten, verwendet.
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Um der Entstehung von Querschwingungen des Spanndrahtes S von vornherein
entgegenzuwirken, wird das System der natürlichen Knoten der Querschwingungen dadurch
in Unordnung gebracht, daß die durch die Endbefestigung des Spanndrahtes an den
Strahlflächen und an der Tauchspule gegebenen Knotenpunkte gleichsam verwischt,
d. h. nicht eindeutig festgelegt werden. Dies geschieht dadurch, daß die axialen
Bohrungen der Schraubstücke 2, 3, q. (Abb. io bis 12) an den Eintrittsstellen des
Drahtes in diese erweitert sind. Nach der Abb. io stellt die Bohrung 5 von etwa
1,5 mm Durchmesser am Ende des Schraubstückes 3 und entsprechend den übrigen Bohrungen
nach Abb. i i und 12 eine Erweiterung der axialen Bohrung für einen z. B. 0,4 mm
dicken Spanndraht dar. Die Bohrung 5 wird mit weichem dämpfendem Material, z. B.
weichem Leder od. dgl., ausgefüllt. Die Maßnahme genügt jedoch allein nicht, und
es wird die freie Länge des Spanndrahtes zunächst beispielsweise aus dünnem Leder
od. dgl. in Schraubenwindungen fest umwickelt, an bestimmten Stellen eine Anzahl
Schlingen um die Umhüllung gelegt und das Ganze mit einer widerstandsfähigen
Lackschicht
überzogen. Die Verteilung der Schlingen erfolgt dabei nach demselben Verfahren wie
die Verteilung der Leisten auf den Strahlflächen. Zur Dämpfung der trotz der Schlingen
noch vorhandenen Impulse dient eine weitere, den Spanndraht umhüllende Zwischenlage
aus elastisch dämpfendem Mittel, z. B. Paragummi. Die dämpfende Zwischenlage wird
zur Aufnahme des Gegendruckes gegen die Stöße der Queramplituden und deren restlosen
Dämpfung erst durch eine starre Umhüllung befähigt. Es könnte beispielsweise ein
schmales Band aus Leichtmetallblech schraubenförmig umgewickelt werden, oder es
wird zur Erzielung der erforderlichen Druckfestigkeit noch wirkungsvoller ein Kunststoff-
oder Leichtmetallrohr od. dgl. angewendet, das nach den Leitlinien des Zylinders
längs aufgeteilt ist und dessen Teile durch feste Umschnürung an mehreren Stellen
zusammengehalten werden.
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Die Verbindung des koppelnden Spanndrahtes mit dem erregenden Teil,
der Tauchspule 14 nach den Abb. 1, 4 und 12, wie mit den erregten Strahlflächen
R geschieht mittels der gleichartigen Schraubstücke 2, 3, 4 bzw. 9, 11 (Abb. io
bis r2). Durch die Schraubspindeln von geringer Masse -%vird eine feste Verbindung
des Spanndrahtes mit den Strahlflächen R mittels der Muttern 8, 9 und Gegenmutter
ro in praktisch punktförmigem Erregungszentrum geschaffen. Zur Verbindung des Drahtes
mit der Tauchspule 14 ist diese mit einer Aluminiumkappe 13 versehen, in deren axialer
Bohrung das Schraubstück 2 mittels der Mutter i i und Gegenmutter @2 festgehalten
wird. Die Löcher i 5 in der Aluminiumkappe ermöglichen den Durchtritt der Luft innerhalb
der Kappe. Der in der Aub. 12 angedeutete und in den Abb. i und 4 gezeichnete Teil
16 stellt das elastisch schwingungsfähige Kopplungsglied zwischen der Tauchspule
14 und dem starren Teil des Erregers 1V1 dar und ist in der Form c'er bekannten
Spinne in den Abb. i, 4, 5 wiedergegeben. Der mit S1 und S2 bezeichnete Spanndraht
ist in eine Bohrung 6 der Schraubstücke 2 bis .4 eingeführt und mit einem Keil 7
festgehalten (vgl. neben Abb. io bis 1a auch Abb. ioa).
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In dem weiteren Ausführungsbeispiel eines Lautsprechers mit nur einer
Strahlfläche R nach den Abb. 4 bis 9 sind die Verbindungsglieder h im Gegensatz
zur Abb. i lotrecht in Richtung auf den Erreger 2,1 angeordnet. Wenn ein
permanent- oder elektrodynamisches System oder magnetisches Freischwingersystem
angewandt wird, muß der Zug der Strahlfläche R am Spanndraht S durch eine elastische
Gegenkraft am anderen Ende des Spanndrahtes mittels der in Abb. 4 mit F3 bezeichneten
Vorrichtung aufgenommen werden. Diese Vorrichtung F3 kann als Blattfeder oder elastische
Leiste aus Holz mit Jahresringrippen oder als sonstige auf Zug oder Druck beanspruchte
Feder ausgebildet sein, deren charakteristische elastische Kraft möglichst gleich
derjenigen der Strahlflächen sein soll, Im Falle der Anordnung eines magnetischen
Svstems mit festem Anker kann der Zug von den Spanndrähten S durch einen elastischen
Anker an Stelle der Vorrichtung F3 aufgenommen werden.
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Die Ausbildung der Strahlfläche R nach der Abb. q. sowie der Stützen
P und deren Verbindung mit den Schutzleisten L ist die gleiche wie nach Abb. 1,
2 oder 3. Für die Verbindungsglieder h in Abb. 4 und 5, welche die gleiche Aufgabe
wie nach Abb. i und 2 haben, werden zweckmäßig durchgehende Leisten aus Holz mit
Jahresringrippen verwendet, die mit dem Erreger M, gegebenenfalls unter der Anwendung
dämpfender Zwischenlagen, fest verbunden sind. Die Ebenen der Jahresringrippen solcher
Leisten liegen dabei senkrecht zur Zeichenebene der Abb. 4 und parallel zur Zeichenebene
der Abb.5. Die Ausbildung der gelenkartigen Verbindungen zwischen den Verbindungsgliedern
V und den Stützen P geschieht nach den Beispielen der Abb. 5 bis 8 bei Anwendung
runder Stützen P dadurch, daß die Verbindungsglieder h zur Durchführung der runden
Stützen P zylindrisch durchbohrt und die Bohrungen von beiden Seiten kegel- oder
kalottenförmig erweitert sind, so daß sich nach den vergrößert gezeichneten Abb.
6 und 7 nur eine schmale Auflagefläche für die StützenP ergibt. Eine durchgeführte,
an den Enden verschraubte Spindel hält die Stützen P in der vorgeschriebenen Lage.
Die Abb.8 gibt die Anordnung der oberen Stützen P1 und P3 gemäß dem Schnitt I-K
der Abb. 4 wieder. In der Abb. 9 ist eine andere Ausführungsform der gelenkartigen
Verbindung zwischen den Verbindungsgliedern P und den Stützen h in zangenförmiger
Ausbildung dargestellt.