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Lautsprecher mit zwei aus Werkstoffen verschiedener Steifigkeit und
Leichtigkeit hergestellten kegelförmigen Membranen Gegenstand der Erfindung ist
ein Lautsprecher, der sich durch ein sehr gleichmäßiges Frequenzband bis zu den
höchsten Hörfrequenzen hin auszeichnet.
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Die Wiedergabe eines verhältnismäßig breiten Frequenzbandes durch
Lautsprecher mit kegelförmigen Membranen beruht bekanntlich darauf,-daß bei höheren
Frequenzen, bei denen der starre Kolben keine nennenswerten Intensitäten abstrahlen
würde (Luftwellenlänge gleich oder kleiner als der Durchmesser der Membran), Konusresonanzen
einsetzen, die den Wirkungsgrad in einem Bereich von etwa zwei Oktaven Breite wirksam
erhöhen. Bei noch höheren Frequenzen nimmt der Wirkungsgrad stark ab. Die Ursache
dafür ist die immer weitergehende Unterteilung der Membran bzw. die einmal gegebene
und für diese Frequenzen zu geringe Schallgeschwindigkeit in dem betreffenden Werkstoff,
die von der Nachgiebigkeit und der Dichte des für die Membranherstellung benutzten
Werkstoffes abhängt.
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Die zu große Nachgiebigkeit hat bei hohen Frequenzen zur Folge, daß
die Randteile der Membran sich selbsttätig abschalten. Von dieser Erscheinung macht
die Erfindung Gebrauch; es bleiben nämlich die Amplituden des Antriebselementes
verhältnismäßig groß, da bei sehr hohen Frequenzen praktisch nur der Spulenkörper
und diesem benachbarte Membranteile zur mechanischen Impedanz beitragen.
Es
ist bereits bekannt, zur Erzielung eines breiten Frequenzbandes von dem gleichen
Antriebssystem zwei kegelförmige Membranen verschiedenen Durchmessers an der Spitze
anzutreiben (britische Patentschrift 451 754). Beide Membranen bestehen aus Papier,
und .die kleinere Membran ist dünner und mit Harz getränkt, um eine für ihren Zweck
passende Leichtigkeit und Stei.figkei;t zu erzielen. Die Durchmesser an der Basis
der Membranen verhalten sich ungefähr wie z : 0,4. Bei diesem Lautsprecher ist jedoch
die Verbreiterung des Frequenzbandes nicht ausreichend.
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Bei einem anderen bekannten dynamischen Lautsprecher ist an der Schwingspule
außer -der Hauptmembran aus steifem Papier noch .eine kleine etwa kalottenförmige
Membran aus, -leichtem Werkstoff, z. B. Aluminium oder Papier, angebracht (USA,-Patentschrift
2 007 747).*Aüch dieser Lautsprecher erfüllt die gestellten Anforderungen nicht,
weil die zusätzliche Membran zu klein ist.
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Es ist auch ein Lautsprecher mit konusförmiger Tieftonmembran und
konusförmiger . Hochtonmembran bekannt, die von getrennten, in einem gemeinsamen
Luftspalt angeordneten Schwingspulen angetrieben werden (österreichische Patentschrift
149 r5o). Die Tieftonmembran besteht aus Papier oder Leder und die Hochtonmembran
aus Papier oder Aluminium. Aus dieser Patentschrift ist nicht ersächtlich, welche,
Werkstoffe zur Lösung der oben gestellten Aufgabe am günstigsten und welche anderen
Bedingungen zu erfüllen sind.
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Die Erfindung erfüllt dagegen die Forderung eines großen Frequenzbereiches.
Sie bezieht sich auf den erstgenannten Lautsprecher mit zwei an der Spitze angetriebenen
kegelförunigen Membranen verschiedener Steifigkeit und Leichtigkeit. Erfindungsgemäß
besteht die größere Membran aus Papier und die kleinere Membran aus Metall, und
es werden die Werkstoffe und die Durchmesser der beiden Membranen derart verschieden
gewählt, daß sich die von der Schallgeschwindigkeit im Werkstoff und dem Durchmesser
der Membran abhängigen Frequenzgebiete der beiden Membranen aneinander anschließen.
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Der Einfluß der Schadlgeschwindi:gkeit besteht darin, daß bei größerer
Schallgeschwindigkeit das Verhältnis der Steifigket zum spezifischen Gewicht größer
ist, weil die Schallgeschwindigkeit -gleich der Wurzel aus dem Verhältnis des Elastizitätsmoduls
zur Dichte ist. Metall hat eine höhere Schallgeschwindigkeit und .deshalb ein größeres
Verhältnis der Steifigkeit zum spezifischen Gewicht. Da dieses Verhältnis bei hohen
Frequenzen groß sein muß, bringt die erfindungsgemäße Ausbildung der kleineren kegelförmigen
Membran aus Metall den gewünschten Erfolg; wozu auch -die angegebenen Bemessungen
beitragen.
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Bei der Herstellung der größeren Membran aus Papier bzw. Papierstoff
und der kleineren aus Leichtmetall sollen sich die Basisdurchmesser etwa wie z :
o,4 verhalten, da; dann die Gewähr ;gegeben ist, daß die Konusresonanzgebiete der
beiden Membranen sich aneinander anschließen. Die. bisher bei Membranen vorliegenden
Erfahrungen lassen erkennen, daß das von der Schallgeschwindigkeit im Werkstoff
abhängige Abstrahlungsgebiet oberhalb des soggenannten »Einbruchs« in der Frequenzkurve,
eines scharf definierten Frequenzbereichs mit verhältnismäßig geringem Wirkungsgrad,
bei Papiermembranen etwa zwei Oktaven- breit ist. Die Lage dieses »Einbruchs« im
Frequenzgebiet ist insbesondere abhängig vom Membrandurchmesser, im geringeren Maße
vom öffnungswinkel der Membran.
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Wenn bei einer Membran mit einem bestimmten Durchmesser die Frequenzbandbreite
oberhalb des »Einbruchs« z: B. sich von fo bis 4f0 . erstreckt (fo = Frequenz des
»Einbruchs«-Gebietes; bei den üblichen Membranabmessungen je nach der Mernbrangröße_-zwischen
rooo und 2ooo Hz), so beträgt bei einer Membran aus dem gleichen Werkstoff, aber
mit halbem Basisdurchmesser, diese Breite etwa 2 fö bis ä fo. Nimmt man nun als
Membranwerkstoff im letzteren Falle ein Leichtmetall oder einen anderen Werkstoff
mit etwa doppelter Schallgeschwindigkeit, als sie Papier besitzt, und läßt inan
die geometrische Form praktisch unverändert, so erstreckt sich dieses Frequenzband
von etwa 4 f o his 16 f o.
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Bei dem Zusammenbau ist noch zu beachten, daß die zur Abstrahlung
der höheren Frequenzen dienende, im Inneren der größeren Membran angeordnete kleinere
Membran nicht die Abstrahlung der um den Spulenkörper liegenden Teile der größeren
Membran beeinträchtigt. Es, ist daher zu vermeiden, etwa beide Membranen m,it gleichem
Kegelwinkel auszubilden. Vielmehr ist zu empfehlen, die kleine Membran mit etwa
der gleichen Konustiefe auszubilden wie die größere Membran, damit kein schädlicher
Stau der von dem Spulenkörper benachbarten Membranteilen ausgehenden Schallwellen,
insbesondere bei höheren Frequenzen, auftritt.
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Für den Frequenzbereich von So bis 6ooo Hz wird eine übliche Papiermembran,
eine KegeImembran oder eine Membran in Form -einer nicht abwickelbaren -Fläche benutzt.
Für den Bereich über 6ooo Hz dient eine kleine Zusatzmembran aus Leichtmetall, die
entweder ;mit dem Spulenkörper durch Kleben verbunden ist oder mit .diesem eine
Einheit bildet. Als Werkstoff- für die zweite Membran eignet sich insbesondere dünnes
Aluminiumblech. Da diese dünnen Folien verhältnismäßig nachgiebig sind und der Rand
der Zusatzmembranen im allgemeinen nicht gehaltert werden kann, sondern frei schwingt,
ist es von Vorteil, diese in bekannter Weise durch Randversteifungen, Radialsicken
oder durch Auftragen von Dämpfungsstoffen, z. B. Gummi oder Nitrocelluloselacke,
zü versteifen und diesen den metallischen Klang zu nehmen, ferner ist es von Vorteil,
die Membranen durch Behandlung mit einem Sandstrahlgebläse von inneren Spannungen
zu befreien.
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Es sei noch bemerkt, daß auch aus technischen Gründen zu empfehlen
ist, ' die Zusatzmembran- mit etwa der gleichen Konustiefe zu wählen wie die
Hauptmembran.
Es wäre nachteilig, die kleinere Membran mit größerer Konustiefe auszubilden, da
die überstehende kleinere Membran in diesem Falle leicht Beschädigungen ausgesetzt
ist. Die Zusatzmembranen werden in der bekannten Weise gedrückt oder geklebt. Bei
der Herstellung durch Drücken ist es günstig, die Membranen nach dem Drückprozeß
durch Glühen bei etwa 2oo° zu entspannen. Wenn die Zusatzmembran und der Spulenkörper
aus einem Stück hergestellt sind, muß der Spulenkörper geschlitzt werden, um das
Entstehen einer Kurzschl:ußwindung zu vermeiden.
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Die Abbildungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
In der Abb. i ist die Hauptmembran, die aus Papier hergestellt ist, mit i bezeichnet,
die Zusatzmembran, die aus einem Werkstoff mit höherer Schallgeschwindigkeit, z.
B. Leichtmetall, angefertigt ist, ist mit 2 bezeichnet. Aus der Abbildung ist ersichtlich,
daß die Durchmesser der beiden Membranen sich etwa wie 0,4 : i verhalten, so daß
die Produkte aus Schallgeschwindigkeit und Membrandurchmesser bei beiden ungefähr
gleich sind, da sich die Schallgeschwindigkeit im Papier bzw. Papierstoff zu der
im Aluminium ebenfalls wie etwa 0,4 : i verhält. Die Konustiefe beider Membranen
ist ungefähr 'gleich; dadurch wird vermieden., daß die Membranerzeugenden einander
parallel laufen, was zu Stauerscheinungen und Benachteiligungen der von der Hauptmembran
abgestrahlten hohen Frequenzen führen könnte. In dem Ausführungsbeispiel sind Spulenkörper
3 und Zusatzmembran aus einem einheitlichen Stück hergestellt. Der Spulenkörper
ist bei 4 mit der Hauptmembran i verklebt. Zur Vermeidung einer Kurzschlußwindung
muß in diesem Falle der metallische Spulenkörper geschlitzt sein.
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Bei der Anordnung nach Abb.2 werden der Spulenkörper 3 und die Zusatzmembran
2 nicht aus einem Stück hergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Membran
2 auf der Innenseite des Spulenkörpers 3 mit diesem verklebt. Die Hauptmembran i
ist außen an dem Spulenkörper angesetzt.
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In den Ausführungsbeispielen sind kegelförmige Membranen dargestellt.
Es ist selbstverständlich auch möglich und zweckmäßig, von der Kegelform abweichende
Membranen, z. B. Membranen in Form nicht abwickelbarer Flächen, zu benutzen. Auch
lassen sich andere als die obenerwähnten Membranwerkstoffe verwenden. Es muß nur
darauf geachtet werden, daß die vorstehend erörterten Abmessungen eingehalten werden.