EP0126841A2 - Loudspeaker diaphragm - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprechermembran der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.The invention relates to a loudspeaker diaphragm corresponding to the preamble of
Werkstoffe für Lautsprechermembranen müssen außer einem bestimmten Dämpfungsverhalten ein möglichst niedriges Flächengewicht aufweisen, damit die Membran den Verlagerungen der Spule trägheitsarm folgen kann, und außerdem eine möglichst hohe Formsteifigkeit (Biegefestigkeit) besitzen, damit die Membran sich unter den Kräften der Spule beim Beschleunigen nicht verformt und nicht "atmet", d.h. unerwünschte Nebenschwingungen zeigt.In addition to a certain damping behavior, materials for loudspeaker diaphragms must have the lowest possible basis weight so that the diaphragm can follow the displacements of the coil with little inertia, and also have the highest possible dimensional stability (flexural strength) so that the diaphragm does not deform under the forces of the coil during acceleration and does not "breathe", ie shows undesirable secondary vibrations.
Zur Herbeiführung dieser Eigenschaftskombination ist es bereits frühzeitig unternommen worden, die Membran als Laminatstruktur auszubilden, die einen Sandwich-Effekt zeitigt.In order to bring about this combination of properties, it was undertaken at an early stage to design the membrane as a laminate structure which had a sandwich effect.
So ist zum Beispiel in der DE-PS 974 931 eine Lautsprechermembran beschrieben, die aus erstarrtem Schaum besteht und zwei äußere Häute etwa aus Papier einer Dicke von einigen Hundertstel Millimeter, höchstens jedoch einem Zehntel der Membrandicke aufweist, die den Schaumkörper überall festhaftend überziehen.For example, in DE-PS 974 931 a loudspeaker membrane is described which consists of solidified foam and has two outer skins approximately made of paper with a thickness of a few hundredths of a millimeter, but at most one tenth of the membrane thickness, which cover the foam body firmly adhering everywhere.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Membranen noch nicht befriedigen können. Entweder ist der Schaum fest und besitzt ein entsprechend hohes Raumgewicht - dann ist die Membran zwar formsteif aber zu schwer und zu träge. Oder der Schaum ist besonders leicht - dann ist die Membran zwar nicht träge, dafür aber ist die Scherfestigkeit der zwischen den beiden Deckschichten gelegenen Schaumschicht zu gering und der Sandwich-Effekt, d.h. der Gewinn an Formsteifigkeit, zu gering.However, it has been shown that such membranes are not yet satisfactory. Either the foam is firm and has a correspondingly high density - then the membrane is rigid but too heavy and too sluggish. Or the foam is particularly light - then the membrane is not sluggish, but the shear strength of the foam layer between the two cover layers is too low and the sandwich effect, i.e. the gain in stiffness, too low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art so weiterzuentwickeln, daß bei geringem Gewicht eine höhere Formsteifigkeit erreicht wird.The invention has for its object to develop a membrane of the type corresponding to the preamble of
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features set out in the characterizing part of
Der Ausdruck "kleine Unterbrechungen" soll besagen, daß die Zwischenschicht aus Kunststoff keine massive, kompakte Kunststoffschicht sein soll, sondern daß die Kunststoffschicht Ausnehmungen oder Hohlräume aufweisen soll, die ihr Gewicht herabsetzen. Die Abmessungen der "kleinen Unterbrechungen" sollen etwa in der Größenordnung der Schichtstärken liegen, wobei die zwischen den Unterbrechungen stehenbleibenden Bereiche von höchstens gleicher, vorzugsweise jedoch geringerer Größenordnung sein sollen. Die Verbindung der beiden Papierschichten miteinander soll durch die zwischen den kleinen Unterbrechungen stehenbleibenden Bereiche, Stege oder Wände des Kunststoffs erfolgen, in denen dieser dann allerdings massiv ist. Wegen des hohen Elastizitätsmoduls des Kunststoffs, d.h. seiner hohen Formsteifigkeit, im Verein mit der geringen Dicke der Zwischenschicht ergibt sich eine Verbindung der Papierschichten, die nur sehr geringe Scherungen zuläßt, wodurch ein deutlicher Sandwich-Effekt, d.h. ein deutlicher Gewinn an Formsteifigkeit des Dreischichtenmaterials, zu verzeichnen ist. Die hohe Formsteifigkeit und die "Löchrigkeit" des Kunststoffs sind für die Erfindung wesentlich, was z.B. daraus hervorgeht, daß mittels eines dauerelastischen Kontaktklebers ganzflächig verklebte Papierschichten die erstrebten Effekte nicht ergeben: Sie sind wegen der massiven Zwischenschicht zu schwer und haben wegen der Dauerelastizität derselben keine gute Biegefestigkeit.The expression "small interruptions" is intended to mean that the plastic intermediate layer should not be a solid, compact plastic layer, but rather that the plastic layer should have recesses or cavities which reduce its weight. The dimensions of the "small interruptions" are said to be approximately in the order of the layer thicknesses, the ones remaining between the interruptions Ranges of at most the same, but preferably smaller order of magnitude. The connection of the two layers of paper to one another is to take place through the areas, webs or walls of the plastic which remain between the small interruptions, in which the plastic is then solid. Because of the high modulus of elasticity of the plastic, ie its high dimensional stability, in combination with the low thickness of the intermediate layer, the paper layers are bonded, which allows only very little shear, which results in a clear sandwich effect, ie a clear gain in the dimensional stability of the three-layer material. is recorded. The high dimensional stability and the "holes" of the plastic are essential for the invention, which is evident, for example, from the fact that paper layers adhered to the entire surface by means of a permanently elastic contact adhesive do not produce the desired effects: they are too heavy because of the solid intermediate layer and have none because of the permanent elasticity thereof good flexural strength.
Die kleinen Unterbrechungen können beispielsweise in der Zwischenschicht vorhandene Blasen sein (Anspruch 2), wenn die Zwischenschicht aus einem vor oder bei der Zusammenfügung des Materials geschäumten Kunststoff besteht. Hierbei müssen nicht notwendig in der Zwischenschicht offene Durchgänge von einer Papierschicht zur anderen vorhanden sein. Das Material hat aber innere Aushöhlungen und auch eine über die Fläche ungleichmäßige Massenverteilung. Ein anderes in Betracht kommendes Ausführungsbeispiel (Anspruch 3) sieht vor, daß die kleinen Unterbrechungen dadurch erzeugt werden, daß die Zwischenschicht als Gitterwerk ausgebildet ist. Das Ausgangsmaterial für die Zwischenschicht kann also beispielsweise eine durchlöcherte Folie, ein Gewebe oder ein entsprechend lokkeres Vlies oder Fadengelege sein. In diesem Fall befinden sich also auch beim fertigen Membranmaterial in der Zwischenschicht durchgehende Unterbrechungen, in deren Bereich keine Verbindung der einander benachbarten Seiten der Papierschichten gegeben ist.The small interruptions can be bubbles present in the intermediate layer, for example, if the intermediate layer consists of a plastic foamed before or during the joining of the material. In this case, open passages from one layer of paper to another need not necessarily be present in the intermediate layer. However, the material has internal hollows and also an uneven mass distribution over the surface. Another Possible embodiment (claim 3) provides that the small interruptions are generated in that the intermediate layer is designed as a latticework. The starting material for the intermediate layer can thus be, for example, a perforated film, a woven fabric or a correspondingly looser fleece or scrim. In this case, there are also continuous interruptions in the intermediate layer in the finished membrane material, in the area of which there is no connection of the mutually adjacent sides of the paper layers.
Es ist zwar nicht grundsätzlich ausgeschlossen, daß die Zwischenschicht mit Hilfe eines separaten scherfesten Binde- oder Klebemittels mit den Papierschichten verbunden ist, doch sieht die bevorzugte Ausführungsform eine unmi-telbare Verbindung der Zwischenschicht mit den Papierschichten vor (Anspruch 4). Dies empfiehlt sich schon wegen der geringen Dicke der Zwischenschicht, aber auch wegen der erstrebten maximalen Scherfestigkeit und der Einfachheit der Herstellung.Although it is not fundamentally excluded that the intermediate layer is connected to the paper layers with the aid of a separate shear-resistant binder or adhesive, the preferred embodiment provides an immediate connection of the intermediate layer to the paper layers (claim 4). This is advisable because of the small thickness of the intermediate layer, but also because of the desired maximum shear strength and the simplicity of manufacture.
Eine bevorzugte Bemessung der Zwischenschicht besteht darin, daß diese etwa die gleiche bis doppelte Dicke wie eine der Papierschichten aufweist.A preferred dimensioning of the intermediate layer is that it has approximately the same to twice the thickness as one of the paper layers.
Normalerweise werden die beiden Papierschichten etwa gleiche Dicke aufweisen und gleich ausgebildet sein, schon um im wesentlichen gleiche Eigenschaften der Membran bei Beanspruchung in den beiden Richtungen senkrecht zur Membranfläche zu gewährleisten. Unterschiedliche Papierschichten sind jedoch für bestiITD- te Anwendungsfälle nicht ausgeschlossen.Normally, the two paper layers will have approximately the same thickness and be of the same design, in order to ensure essentially the same properties of the membrane when stressed in the two directions perpendicular to the membrane surface. Different layers of paper, however, are for besti I T D - not excluded te applications.
Vorzugsweise ist der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polystyrol (Ansprüche 6, 7), welches durch seinen hohen Elastizitätsmodul von 30 000 daN/cm2 eine erhebliche Steifigkeit besitzt und außerdem sehr leicht durch thermische Einwirkung plastifizierbar und unmittelbar mit den Papierschichten verbindbar ist.The plastic is preferably a thermoplastic, in particular polystyrene (claims 6, 7), which, due to its high modulus of elasticity of 30,000 daN / cm 2, has considerable rigidity and, moreover, can be plasticized very easily by thermal action and can be connected directly to the paper layers.
Herstellungsmäßig von besonderem Vorteil ist die Verwendung eines flachgedrückten geschäumten Flächenmaterials (Anspruch 8) als Zwischenschicht.The use of a flattened foamed surface material (claim 8) as an intermediate layer is particularly advantageous in terms of production.
Derartiges Material liegt beispielsweise aus Polystyrol in feinporig geschäumten Bahnen vor und wird bei der Herstellung des Membranmaterials zwischen die Papierschichten gelegt und dann der Einwirkung von Druck und Wärme ausgesetzt, wobei es teilweise aufschmilzt und sich mit dem Papier verbindet. Die Blasen in dem geschäumten Flächenmaterial sorgen dafür, daß es nicht zu einer ganzflächigen kompakten Schicht zwischen den Papierschichten kommt, sondern daß bei geeigneter Steuerung des Verfahrens die Schaumstruktur am fertigen Membranmaterial noch zu erkennen ist.Such material is, for example, made of polystyrene in fine-pored foamed webs and is placed between the paper layers during the manufacture of the membrane material and then exposed to the action of pressure and heat, whereby it partially melts and bonds with the paper. The bubbles in the foamed sheet material ensure that there is no compact compact layer between the paper layers, but that the foam structure can still be recognized on the finished membrane material if the process is suitably controlled.
Die Steifigkeit einer Sandwich-Struktur hängt von der Widerstandsfähigkeit der Deckschichten gegen Beanspruchungen in ihrer Ebene ab. Es versteht sich daher, daß für die erfindungsgemäße Lautsprechermembran möglichst feste Papiere verwendet werden, also nicht etwa vliesähnliche oder löschpapierähnliche Sorten.The stiffness of a sandwich structure depends on the resistance of the cover layers to stresses in their plane. It is therefore understood that papers as strong as possible are used for the loudspeaker diaphragm according to the invention, that is to say not types of nonwoven or blotting paper.
Das Flächengewicht sollte im Bereich von 20 bis 100 g/m2 liegen.The weight per unit area should be in the range from 20 to 10 0 g / m 2 .
Weiterhin hängt die Festigkeit einer Sandwich-Struktur von der Güte der Verankerunq der Schichten aneinander ab. Damit insbesondere bei der Verwendung von Polystyrol, welches unter der Einwirkung von Temperatur und Druck mit den Papierschichten zusammengefügt wird, eine gute Haftung erzielt wird, sollte das Papier auf der entsprechenden Seite eine gewisse Mindestrauhigkeit aufweisen (Anspruch 10).Furthermore, the strength of a sandwich structure depends on the quality of the anchoring of the layers to one another. So that good adhesion is achieved, in particular when using polystyrene, which is joined to the paper layers under the influence of temperature and pressure, the paper should have a certain minimum roughness on the corresponding side (claim 10).
Eine Papierart, die sich in Versuchen als besonders geeiqnet herausgestellt hat, ist Pergamentpapier (Anspruch 11), welches eine besonders hohe Zug- und Druckfestigkeit aufweist.One type of paper that has proven particularly suitable in experiments is parchment paper (claim 11), which has a particularly high tensile and compressive strength.
Eine bevorzuqte Verfahrensweise zur Herstellung der Lautsprechermembran ist in Anspruch 12 wiedergegeben.A preferred procedure for producing the loudspeaker diaphragm is given in
Das Zusammenpressen von mehrschichtigen Materialien für Lautsprechermembranen zwischen Heizplatten ist an sich aus der DE-OS 25 00 397 bekannt. Allerdings bestehen die Deckschichten bei der darin beschriebenen Lautsprechermembran aus Kunststoffolien und nicht aus Papier. Die Arbeitsweise ist im übrigen so, daß sich zwischen den Deckschichten eine kompalte Kunststoffschicht ausbildet, was erfindungsgemäß gerade vermieden werden soll.The pressing together of multilayer materials for loudspeaker membranes between heating plates is known per se from DE-OS 25 00 397. However, the cover layers in the loudspeaker membrane described therein consist of plastic films and not of paper. The procedure is otherwise such that a compalt plastic layer is formed between the cover layers, which should be avoided according to the invention.
Ein mehrschichtiger Aufbau einer Membran für einen Lautsprecher geht auch aus der DE-OS 28 51 745 hervor. Auch hierbei bestehen indessen alle drei Schichten aus kompaktem Kunststoffmaterial.A multilayer structure of a membrane for a loudspeaker is also apparent from DE-OS 28 51 745. Here too, however, all three layers are made of compact plastic material.
In der Zeichnung ist die Herstellung und Prüfung von erfindungsgemäßen Lautsprechermembranen schematisch angedeutet.
- In Fig. 1 sind die übereinander angeordneten Papierschichten mit einer Schaumstoff-Zwischenschicht im Ausgangszustand dargestellt;
- Fig. 2 zeigt das Zusammenpressen zu einem in sich zusammenhängen Laminat;
- Fig. 3 und 4 zeigen entsprechende Schnittansichten mit einer Gitterzwischenschicht;
- Fig. 5 zeigt eine Prüfanordnung für die Biegesteifigkeit.
- 1 shows the paper layers arranged one above the other with an intermediate foam layer in the initial state;
- 2 shows the pressing together to form a coherent laminate;
- FIGS. 3 and 4 show corresponding sectional views with a lattice intermediate layer;
- 5 shows a test arrangement for the bending stiffness.
In Fig. 1 sind zwei Papierschichten 1,2 zu erkennen, zwischen welchen ein Bahnmaterial 11 aus einem geschäumten Polystyrol angeordnet ist, dessen Ausgangsdicke die Dicke der Papierschichten erheblich übersteigt. In dem Bahnmaterial 11 sind sehr viele innere Leerstellen in Form von Blasen 6 vorhanden, die durch relativ dünnwandige Zwischenbereiche 7 aus massivem Kunststoffmaterial verbunden sind. Der Volumenanteil der Blasen 6 übersteigt den des Kunststoffmaterials bei weitem, so daß das Bahnmaterial 11 vor dem Pressen insgesamt eine Dichte von etwa 0,02 bis 0,1 aufweist. Der mittlere Bläschendurchmesser beträgt 0,1 mm. Die Dickenverhältnisse vor dem Pressen sind in Fig. 1 etwa maßstäblich dargestellt, denn die Papierstärke beträgt in einem Ausführungsbeispiel etwa 0,06 mm, die Stärke des Bahnmaterials 11 etwa 3 mm.1 shows two
Die drei Schichten 1,2,11 werden sodann zwischen beheizte Preßplatten 4,5 gebracht, die die Schichten zusammenpressen, bis das Bahnmaterial 11 zu einer Zwischenschicht 3 zusammengedrückt ist, die nur noch etwa die doppelte Dicke wie die einzelnen Papierschichten 1,2 aufweist. Die unterbrochene Struktur des Ausgangsmaterials bleibt in der Zwischenschicht 3 jedoch erhalten, d.h. die Zwischenschicht 3 schmilzt nicht zu einer konpakten Schicht zusammen, sondern weist nach wie vor erkennbare kleine Unterbrechungen in Gestalt flachgedrückter Blasen bzw. Leerstellen 6' auf, zwischen denen das kompakte Kunststoffmaterial der Blasenwände vorhanden ist, welches sich unter der Einwirkung von Druck und Wärme unmittelbar mit den Papierschichten 1,2 verbindet. Die Zwischenschicht 3 bildet scherfeste Stege zwischen den Papierschichten 1,2.The three
Nachstehend sind Arbeitsbeispiele wiedergegeben, bei denen als Zwischenschicht 3 geschäumtes Polystyrolmaterial in Bahnform und für die Papierschichten 1,2 für Schreibzwecke vorgesehenes, entsprechend gestrichenes weißes Papier verwendet wurden, um Lautsprechermembranen für einen Baßlautsprecher und einen Mittel/Hochtöner herzustellen. Für die Angaben über Glätte und Rauhigkeit wird auf das "Papierlexikon", Verlag Dr. Sändig, 2. Aufl., (1971) S. 1274 verwiesen.
Die aufeinandergelegten Schichten 1,2,3 wurden zwischen auf 110-120°C beheizten Preßflächen 4,5 bei einem Druck von 3000 Pa ca. 10 Skunden gepreßt. Das Material wurde in einer einfachen Vorrichtung (Fig. 5) auf seine Biegefestigkeit geprüft. 2 cm breite Probestreifen 15 wurden flach auf 5 cm voneinander entfernte Stützen 8,9 gelegt und in der Mitte mit einem Gewicht 10 belastet. Die Biegefestigkeit errechnet sich dann aus dem Quotienten Gewicht 10/Durchbiegung 9, wobei die Durchbiegungen natürlich geringgehalten wurden. Es ergab sich
Die neue Membran ist also steifer und leichter als die bekannten Membranen. Die dadurch erzielte Verbesserung der akustischen Eigenschaften ist im Vergleich deutlich hörbar.The new membrane is therefore stiffer and lighter than the known membranes. The improvement in acoustic properties achieved as a result is clearly audible in comparison.
In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Zwischenschicht 3' aus einem lockeren Gewebe 12 aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht. Zwischen dem Kett- und Schußstück verbleiben offene Stellen 13 in der Größenordnung von 0,2 - 1,0 mm, während die Fäden Durchmesser von 0,1 - 0,4mm aufweisen. Nach dem Zusammenpressen zwischen den erwärmten Preßplatten 4,5 ergibt sich etwa die in Fig. 4 angedeutete Struktur, bei der die Papierschichten 1,2 an den über die Fläche gleichmäßig verteilten Stellen 14 mit der Zwischenschicht 3' verbunden sind. Das Material des Gewebes 12 hat hinsichtlich des Elastizitätsmoduls die gleichen Eigenschaften wie das Material des geschäumten Polystyrols 11.3 and 4, another embodiment is shown, in which the intermediate layer 3 'consists of a
Claims (12)
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