EP1158834A2 - Hochtonlautsprecher - Google Patents

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EP1158834A2
EP1158834A2 EP01107224A EP01107224A EP1158834A2 EP 1158834 A2 EP1158834 A2 EP 1158834A2 EP 01107224 A EP01107224 A EP 01107224A EP 01107224 A EP01107224 A EP 01107224A EP 1158834 A2 EP1158834 A2 EP 1158834A2
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EP
European Patent Office
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driver
tweeter according
tweeter
sandwich plate
plate
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EP01107224A
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EP1158834A3 (de
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Wolfgang Dr. Bachmann
Gerhard Dr. Krump
Hans-Jürgen Regl
Andreas Ziganki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harman Becker Automotive Systems GmbH
Original Assignee
Harman Becker Automotive Systems GmbH
Harman Audio Electronic Systems GmbH
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Publication date
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Publication of EP1158834A3 publication Critical patent/EP1158834A3/de
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    • H04R7/045—Plane diaphragms using the distributed mode principle, i.e. whereby the acoustic radiation is emanated from uniformly distributed free bending wave vibration induced in a stiff panel and not from pistonic motion

Definitions

  • the invention relates to a tweeter with a light, thin sandwich plate that reflected too many times Bending waves can be excited, and one with the sandwich plate vibrating drivers for excitation the sandwich plate.
  • Record speakers are in several variants with very different types Construction and radiation characteristics known. They only have in common that the sound radiating Surface (membrane) is flat or only slightly curved, d. H. Radii of curvature that are much larger than the membrane diagonal.
  • a form of record speakers will formed, for example, by electrostatics that distributed one High voltage drive, a flat metallized foil membrane, a piston source characteristic with sharp Have bundling in the mid and high range.
  • Another Shape are so-called magnetostats with a distributed electrodynamic drive, flat metallized foil membrane as well as a piston lamp characteristic with sharp Bundling in the mid and high range. Show absorber plates on the other hand, a thin, vibration-damped, flat bearing Foil membrane and a centrally positioned, electrodynamic Drive on.
  • Multi-resonance plates finally also have an electrodynamic Drive, a flat, light, rigid, self-supporting supported plate as membrane. They show an irregular Omnidirectional characteristic and have an operating frequency range, which is below to far above the first bending vibration resonance.
  • DML Distributed Mode Loadspeaker
  • Multi-resonance plate speakers have the for the user Charm that instead of boxes only a thin plate is used becomes. The reproduction in the midrange is undisputed as well. However, the playback is at its highest Treble range or even beyond that of audiophiles HiFi lovers demanded deep ultrasonic range (for example 20 kHz to 50 kHz) problematic. For this The reason is a multi-resonance plate loudspeaker for the Peak range not yet on the market.
  • the object of the invention is therefore a multi-resonance plate loudspeaker specify to be operated in the maximum tone range can be.
  • the invention provides, among other things, the driver train it so that it is for excitation at higher Sound frequencies is suitable.
  • the sandwich plate is there designed for low-loss propagation of bending waves, whereby the sandwich panel is self-supporting and low-damping Bracket elements is held.
  • the bracket elements are designed to operate at higher sound frequencies are low damping.
  • drivers which are suitable for use in Midrange and bass range are not suitable and vice versa.
  • Separate driver mounts are preferably not used.
  • Such a drive system is characterized out that it is the sandwich panel with good efficiency Stimulates bending vibrations.
  • a preferred electrodynamic ultra-high frequency driver exists for example, from only three parts: one part is by a radially polarized magnetic disc in miniature format Using a rare earth magnetic material. Furthermore, a torque bearing is provided that with the magnetic disc and the panel is glued. Also with a third is glued to the panel by a voice coil formed part of the ultra high frequency driver.
  • a piezoelectric ultra-high frequency driver can also be used accordingly be built from only three parts. This is a Brass plate provided, the one or two-sided applied, polarized piezoceramic substrate. There is also a torque bearing with a piezo disc and glued panel. A moment ring is direct with the panel glued. The torque ring and the torque bearing can be used can also be replaced by an appropriate design (for example, by deep drawing or embossing) the metallic Carrier plate, so that then a one-piece piezoelectric Driver emerges.
  • the sandwich plate preferably has two thin, hard cover sheets and an intermediate, shear-resistant, thin core layer on.
  • the core layer can have a honeycomb structure.
  • the honeycomb structure offers high mechanical rigidity with low weight.
  • the core layer can be a spatially different distribution of the elastomechanical Have properties, for example by dilution and / or recesses in the core layer and / or the Top layer is reached.
  • the zones can be dimensioned in this way and be arranged so that a basic pattern is in each case repeated on a smaller scale and again in this repeated smaller structures.
  • the thin, hard cover sheets can be made of metal or glass or Carbon fiber reinforced synthetic resin. With honeycomb material for example aramid is used.
  • the core layer comprises at least one film made by stamping technology applied periodically repeating bulges such as pimples, pyramids, cylinders or has similar. Shape, arrangement and orientation of the Bulges are such that maximum shear rigidity is achieved in all torque directions.
  • all protrusions are pimples in shape a four-sided pyramid with a square floor plan.
  • the Nubs are strictly periodic, close to each other in the same direction aligned in straight lines, alternating every other line consisted of nubs opposite Alignment exists. Each row is opposite to the next Lines offset by half a nub.
  • the mounting brackets for mounting or recessing into larger ones Support structures are suitable.
  • the bracket elements are on the one hand due to brittle hard adhesion attached to the sandwich panel and on the other hand with the support structure connected.
  • the mounting elements can have edges have, in each case at least one edge in a suitable Recess of the support structure is bonded brittle hard.
  • the driver on the back can be used as a holder element be trained.
  • the Disc membrane of a low and / or mid-high range loudspeaker be formed.
  • every other, fixed Structure can serve as a holder, such as the housing of television sets, the interior trim of motor vehicles, Furniture doors etc.
  • there is also the Use of multi-resonance plate tweeters because of their superior Beam pattern also for use in conventional Boxes.
  • these properties are extreme thin and extremely light sandwich plate. It can about a three-layer sandwich panel with less Thickness can be assumed.
  • One layer is marked by one for example 2 mm thick honeycomb core formed with cover sheet films made of, for example, metal or glass fiber reinforced Synthetic resin. The area diagonal also becomes small (e.g. 20 cm) held.
  • a reduction in mass can then be achieved can be achieved by zone-wise dilutions or recesses.
  • This can result in a uniform distribution of the point impedance can be achieved on the plate surface, as with real Plates the impedance is location dependent.
  • the cutout pattern on the multi-resonance plate are organized so that a basic pattern is repeated on a smaller scale and again in the repeated smaller structures reduced images can be realized. With this type of The arrangement is a so-called "fractal" pattern.
  • the extremely thin, extremely light core layer of the sandwich panel can, for example, by a Nomex honeycomb, a hard foam or through a thin metal foil embossed with a pimple pattern be formed.
  • the metal foil with a pimple pattern has the advantage of being relatively inexpensive to manufacture.
  • Figure 1 shows an electrodynamic treble driver 1 in Cut.
  • a radially polarized ring-shaped permanent magnet 4 of the rare earth type is over a centrally glued, centrally positioned coupling plate 5 on the sandwich plate 3 fixed by gluing.
  • a voice coil 6 with a coil carrier 7 and a coil winding 8 concentrically surrounds the Permanent magnet 4, so that an oscillating gap 2 is formed.
  • the voice coil 6 is directly connected to the sandwich plate 3 glued.
  • the sandwich plate 3 itself consists of the hard Cover pages 9, 10 and an intimately connected, light, shear-resistant core 11, which between the cover sheets 9 and 10 is arranged.
  • the arrangement is also advantageously around a bracket expands in such a way that the back of the permanent magnet 4th is provided with a support structure 12 which acts as a holder serves for the entire treble loudspeaker.
  • a support structure 12 which acts as a holder serves for the entire treble loudspeaker.
  • the support structure 12 can also be a different type of holder be provided.
  • FIG. 2 shows a three-part piezoelectric treble driver in three different configurations 13, 14 and 15 in cross section.
  • the piezoelectric treble driver 13 is on a metallic carrier plate 16 (one-sided or both-sided) a radially polarized piezoceramic substrate 17 applied, which is designed so that it is axially acting electric field with radial contraction or radial Expansion responds.
  • the carrier plate 16 is from a centrally located coupling plate 19 and concentric carried by a coupling ring 18.
  • Coupling disc 19 and coupling ring 18 are with the carrier plate 16 and with one Sandwich plate 20 glued, which in turn from a rear Cover sheet 21, a front cover sheet 22 and one Sandwich core 23 is made.
  • the treble driver 14 according to FIG. 2 emerges from the treble driver 13 in that a centrally arranged support foot 24 is provided, which is used via the treble driver 14 to hold the entire treble speaker.
  • a one piece piezoelectric treble driver is shown in Figure 2 in three embodiments 26, 27 and 28 shown in cross section. From an originally flat metallic carrier plate becomes an outer coupling ring due to the tensionless design 30 put up and a central coupling knobs 31 formed. On this embossed carrier plate 29 is a radial Polarized piezoceramic substrate 32 with a central one Recess 33 applied. Coupling ring 30 and coupling knobs 31 of the carrier plate 29 are with the sandwich plate 20th glued.
  • the treble driver 27 differs from the treble driver 26 by an additional support ring 35, the also serves the whole over the treble driver 27 Hold treble speakers.
  • the treble driver 28 contains accordingly, as an alternative to the support ring 35, a support foot 34.
  • FIG. 4 shows two treble loudspeakers 37 according to the invention and 38, which on a membrane 36 of a (much larger) Medium / low-frequency record speakers are attached.
  • the piezoelectric treble speaker 37 is by a Membrane 39 and a piezoelectric driver 40 are formed. With the help of the support ring 51, it is able to control the static Load the driver 40 load.
  • a electrodynamic treble speaker 38 consisting of a Membrane 39 and an electrodynamic driver 41 by one Support ring 52 is able to support the static load of the driver 41 record.
  • FIG. 5 Another alternative is shown in Figure 5, in which two treble speakers according to the invention 42 and 43 each in the Membrane 36 of the mid / low-range plate speaker inserted are.
  • the piezoelectric treble speaker 42 with Diaphragm 44 and piezoelectric driver 47 is graded into one Recess 45 recessed in the mid / low-frequency diaphragm 36.
  • the dimensionally stable knob profile shown in FIG. 6 is as Sandwich core of a treble multi-resonance plate loudspeaker usable.
  • the matrix-like arrangement consists of alternating Rows of aligned nubs 50 such as lines 47 with knobs 50 protruding towards the front (+) alternating with lines 48 that protrude from the back (-) Knobs 49 exist.
  • the lines 47 and 48 against each other by half Knub offset Without this offset, the sandwich core would be in one direction of curvature very soft. Because of the offset however, higher rigidity against shear in two axes reached parallel to the knob edges.
  • FIG. 5 shows a fractal pattern 59 from (for example) rectangular structural changes in one Sandwich panel 60 in plan view of the membrane surface.
  • the whole rectangular area contains a fractal pattern 51 in the form of, for example, rectangular structural changes.
  • the entire rectangular area contains as Shape of the structurally modified zone also a rectangle 53, that as a central rectangle from a uniform 3x3 division the original form emerges.
  • the (imagined) The remaining eight rectangles of the same size each contain again a centrally positioned rectangular structural change 54, which in turn arose from a 3x3 division. In a further corresponding step, then in similarly smaller rectangles 55.
  • Adapted to the size of the structurally modified zones 53, 54 and 55 can be, for example, large 56, medium-sized 57 or small drivers 58 can be used.

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Abstract

Hochtonlautsprecher mit einer leichten, dünnen Sandwichplatte, die zu vielfach reflektierten Biegewellen anregbar ist, und einem mit der Sandwichplatte in Schwingungsverbindung stehenden Treiber zum Anregen der Sandwichplatte, bei dem der Treiber zur Anregung bei höheren Schallfrequenzen und die Sandwichplatte zur dämpfungsarmen Ausbreitung von Biegewellen ausgebildet ist. Die Sandwichplatte ist freitragend und dämpfungsarm mittels Halterungselementen gehaltert, wobei die Halterungselemente dämpfungsarm bei höheren Schallfrequenzen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtonlautsprecher mit einer leichten, dünnen Sandwichplatte, die zu vielfach reflektierten Biegewellen anregbar ist, und einen mit der Sandwichplatte in Schwingungsverbindung stehenden Treiber zum Anregen der Sandwichplatte.
Plattenlautsprecher sind in mehreren Varianten mit sehr verschiedenartiger Konstruktion und Strahlungscharakteristik bekannt. Ihnen ist lediglich gemeinsam, dass die schallabstrahlende Fläche (Membran) eben oder nur leicht gekrümmt ist, d. h. Krümmungsradien aufweist, die sehr viel grösser sind als die Membrandiagonale. Eine Form von Plattenlautsprechern wird beispielsweise durch Elektrostaten gebildet, die einen verteilten Hochspannungsantrieb, eine ebene metallisierte Folienmembran, eine Kolbenstrahlercharakteristik mit scharfer Bündelung im Mittel- und Hochtonbereich aufweisen. Eine andere Form sind sogenannte Magnetostaten mit einem verteilten elektrodynamischen Antrieb, ebener metallisierter Folienmembran sowie einer Kolbenstrahlercharakteristik bei scharfer Bündelung im Mittel- und Hochtonbereich. Absorberplatten weisen dagegen eine dünne, schwingungsgedämpfte, flächig gelagerte Folienmembran und einen zentral positionierten, elektrodynamischen Antrieb auf. Sie erlauben eine stark gedämpfte Biegewellenausbreitung ohne Randreflexion und sind daher resonanzfrei. Einen elektrodynamischen Antrieb weisen auch sogenannte Planare auf, die eine ebene, starre Platte als Membran und eine Kolbenstrahlercharakteristik mit scharfer Bündelung im Mitteltonbereich haben. Der Betriebsfrequenzbereich ist dabei unterhalb der ersten Biegeschwingungsresonanz. Multiresonanzplatten schließlich haben ebenfalls einen elektrodynamischen Antrieb, eine ebene, leichte, biegesteife, freitragend gehalterte Platte als Membran. Sie weisen eine unregelmäßige Rundstrahlcharakteristik auf und haben einen Betriebsfrequenzbereich, welcher unterhalb bis weit oberhalb der ersten Biegeschwingungsresonanz liegt. Die nach diesem Prinzip konstruierten Lautsprecher werden als "Multiresonanzplattenlautsprecher" (DML = Distributed Mode Loadspeaker) bezeichnet.
Die bei Konuslautsprechern gefürchteten Biegewellenresonanzen müssen bei Plattenlautsprechern nicht von vornherein als schädlich angesehen werden. Bei geeigneter Anregungs- und Einspanntechnik, Materialauswahl und Plattenstruktur können die Biegeschwingungsresonanzen sogar den Hauptanteil des Klanggeschehens prägen und damit ein neuartiges, .angenehmes Klangerlebnis liefern. Derartige Plattenlautsprecher sind beispielsweise aus der WO 97/09842 oder der EP 0 924 959 A2 bekannt.
Multiresonanzplattenlautsprecher haben für den Anwender den Reiz, dass anstelle von Boxen nur eine dünne Platte verwendet wird. Die Wiedergabe im Mitteltonbereich gilt dabei unbestritten als gut. Allerdings ist die Wiedergabe im höchsten Diskantbereich oder gar darüber hinaus in dem von audiophilen HiFi-Liebhabern geforderten tiefen Ultraschallbereich (beispielsweise 20 kHz bis 50 kHz) problematisch. Aus diesem Grund ist ein Multiresonanzplattenlautsprecher für den Höchsttonbereich noch nicht auf dem Markt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Multiresonanzplattenlautsprecher anzugeben, der im Höchsttonbereich betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird bei einem Hochtonlautsprecher der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Im einzelnen sieht die Erfindung unter anderem vor, den Treiber so auszubilden, dass er für die Anregung bei höheren Schallfrequenzen geeignet ist. Die Sandwichplatte wird dabei zur dämpfungsarmen Ausbreitung von Biegewellen ausgelegt, wobei die Sandwichplatte freitragend und dämpfungsarm mittels Halterungselementen gehaltert ist. Die Halterungselemente sind so ausgebildet, dass sie bei höheren Schallfrequenzen dämpfungsarm sind.
Wegen des extrem geringen Hubs im Mikrometerbereich in Kombination mit der kurzen Biegewellenlänge (z. B. 30 mm bei 20 kHz) kommen Treiber zum Einsatz, die für einen Einsatz im Mittel- und Tieftonbereich nicht geeignet sind und umgekehrt. Separate Treiberhalterungen werden dabei bevorzugt nicht eingesetzt. Ein derartiges Antriebssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es mit gutem Wirkungsgrad die Sandwichplatte zu Biegeschwingungen anregt.
Ein bevorzugter elektrodynamischer Ultrahochtontreiber besteht beispielsweise aus nur drei Teilen: Ein Teil wird durch eine radial polarisierte Magnetscheibe im Miniaturformat unter Verwendung eines Magnetwerkstoffes mit Seltenen Erden gebildet. Weiterhin ist ein Momentenlager vorgesehen, dass mit der Magnetscheibe und dem Paneel verklebt ist. Ebenfalls mit dem Paneel verklebt ist ein dritter, durch eine Schwingspule gebildeter Teil des Ultrahochtontreibers.
Entsprechend kann auch ein piezoelektrischer Ultrahochtontreiber aus nur drei Teilen aufgebaut werden. Hierzu ist ein Messingplättchen vorgesehen, das ein ein- oder zweiseitig aufgebrachtes, polarisiertes Piezokeramiksubstrat aufweist. Des Weiteren ist wiederum ein Momentenlager mit Piezoscheibe und Paneel verklebt. Ein Momentenring ist mit dem Paneel direkt verklebt. Dabei können der Momentenring und das Momentenlager auch ersetzt werden durch eine entsprechende Formgebung (beispielsweise durch Tiefziehen oder Prägen) des metallischen Trägerplättchens, so dass dann ein einteiliger piezoelektrischer Treiber entsteht.
Bevorzugt weist die Sandwichplatte zwei dünne, harte Deckblätter und eine dazwischenliegende, scherfeste, dünne Kernschicht auf. Die Kernschicht kann eine Wabenstruktur haben. Die Wabenstruktur bietet eine hohe mechanische Steifigkeit bei geringem Gewicht. Des Weiteren kann die Kernschicht eine räumlich unterschiedliche Verteilung der elastomechanischen Eigenschaften aufweisen, was beispielsweise durch Verdünnungen und/oder Aussparungen in der Kernschicht und/oder der Deckschicht erreicht wird. Die Zonen können so dimensioniert und angeordnet sein, dass ein Grundmuster sich jeweils in verkleinertem Maßstab wiederholt und sich abermals in diesen kleineren Strukturen wiederholt.
Durch diese Maßnahmen wird für sich und insbesondere in Kombination miteinander die Scherfestigkeit der Sandwichplatte erhöht.
Die dünnen, harten Deckblätter können aus Metall oder Glas-oder Karbonfaser verstärktem Kunstharz bestehen. Bei Wabenmaterial wird zum Beispiel Aramid verwendet.
Die Kernschicht umfasst mindestens eine Folie, die durch Prägetechnik aufgebrachte periodisch sich wiederholende Ausbuchtungen wie beispielsweise Noppen, Pyramiden, Zylinder oder ähnlichem aufweist. Gestalt, Anordnung und Ausrichtung der Ausbuchtungen sind dabei so, dass eine maximale Schubsteifigkeit in alle Momentrichtungen erreicht wird. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Ausbuchtungen Noppen in Form einer vierseitige Pyramiden mit quadratischem Grundriss. Die Noppen sind streng periodisch, dicht an dicht gleichsinnig ausgerichtet in geradlinigen Zeilen angeordnet, wobei alternierend jede zweite Zeile durchweg aus Noppen entgegengesetzter Ausrichtung besteht. Jede Zeile ist gegenüber den benachbarten Zeilen um eine halbe Noppe versetzt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halterungselemente zum Aufsetzen oder Einlassen in größere Stützstrukturen geeignet sind. Die Halterungselemente sind beispielsweise einerseits durch sprödharte Klebung an der Sandwichplatte befestigt und andererseits mit der Stützstruktur verbunden. Dazu können die Halterungselemente Kanten aufweisen, wobei jeweils mindestens eine Kante in einer geeigneten Aussparung der Stützstruktur sprödhart verklebt ist. Dabei kann der Treiber an der Rückseite als Halterelement ausgebildet sein. Schliesslich kann als Stützstruktur die Plattenmembran eines Tief- und/oder Mittelhochtonplattenlaut-sprechers gebildet werden. Aber auch jede sonstige, feste Struktur kann als Halterung dienen wie beispielsweise das Gehäuse von Fernsehgeräten, die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen, Möbeltüren usw. Daneben bietet sich aber auch der Einsatz von Multiresonanzplattenhochtönern wegen ihrer überlegenen Abstrahlcharakteristik auch für den Einsatz in konventionellen Boxen an.
Wesentlich für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hochtöners sind die folgenden Eigenschaften der Sandwichplatte:
  • a) Eine geringe Biegeschwingungsdämpfung in der Fläche und an den Kanten;
  • b) die Biegegrundresonanz liegt vorzugsweise unterhalb des Betriebsfrequenzbandes;
  • c) die Biegewellenlänge ist klein gegenüber der Flächendiagonalen.
    • Diese Eigenschaften werden erfindungsgemäß durch eine extrem dünne und extrem leichte Sandwichplatte erzielt. Dabei kann etwa von einer dreischichtigen Sandwichplatte mit geringer Dicke ausgegangen werden. Eine Schicht wird dabei durch einen beispielsweise 2 mm dicken Wabenkern gebildet mit Deckblattfolien aus beispielsweise Metall oder glasseidenverstärktem Kunstharz. Auch die Flächendiagonale wird klein (z. B. 20 cm) gehalten.
    Bei einer Weiterbildung kann dann eine Massenreduzierung durch zonenweise Verdünnungen oder Aussparungen erreicht werden. Dabei kann eine gleichmäßige Verteilung der Punktimpedanz auf der Plattenfläche erreicht werden, da bei realen Platten die Impedanz ortsabhängig ist. Die Aussparungsmuster auf der Multiresonanzplatte werden dazu so organisiert, dass ein Grundmuster sich in verkleinertem Maßstab wiederholt und in den wiederholten kleineren Strukturen wiederum nochmals verkleinerte Abbilder realisiert werden. Bei dieser Art der Anordnung handelt es sich um ein sogenanntes "fraktales" Muster.
    Bei einer anderen Weiterbildung wird ein geringer Reflexionsverlust durch die Plattenhalterung erreicht, indem eine freitragende Stützung an ausgesuchten Punkten unter Aussparung der Randzone und des Plattenzentrums erfolgt. Als derartige Stützen kommen beispielsweise auch passend präparierte Treiber in Frage. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Halterungselemente spröd-hart verklebt sind. Mit dieser Konstruktion wird auch eine tiefe Biegewellengrundresonanz von beispielsweise unter 500 Hz erreicht, wodurch eine sehr hohe Eigenfrequenzdichte im Nutzfrequenzbereich erzielt wird. Ausserdem liegt bei der erfindungsgemäßen Sandwichplatte die Biegewellengeschwindigkeit im Betriebsfrequenzband in der Grössenordnung von 5000 m/s. Die Biegewellenlängen haben dann eine Grössenordnung von ca. 3 cm und sind damit deutlich geringer als die Plattendiagonale von z. B. 20 cm.
    Die extrem dünne, extrem leichte Kernschicht der Sandwichplatte kann beispielsweise durch eine Nomex-Wabe, einen Hartschaum oder durch eine dünne, mit Noppenmuster geprägte Metallfolie gebildet werden. Die Metallfolie mit Noppenmuster hat den Vorteil einer relativ unaufwendigen Herstellung.
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
    Figur 1
    einen elektrodynamischen Treiber für einen erfindungsgemäßen Hochtonlautsprecher,
    Figur 2
    eine erste Ausführungsform eines piezoelektrischen Treibers für einen erfindungsgemäßen Hochtonlautsprecher,
    Figur 3
    eine zweite Ausführungsform eines piezoelektrischen Treibers für einen erfindungsgemäßen Hochtonlautsprecher,
    Figur 4
    eine erste Ausführungsform einer Halterung für einen erfindungsgemäßen Hochtonlautsprecher,
    Figur 5
    eine zweite Ausführungsform einer Halterung für einen erfindungsgemäßen Hochtonlautsprecher,
    Figur 6
    eine Ausführungsform eines formstabilen Noppenprofils und
    Figur 7
    eine Ausführungsform eines fraktalen Musters.
    Figur 1 zeigt einen elektrodynamischen Diskanttreiber 1 im Schnitt. Ein radial polarisierter ringförmiger Permanentmagnet 4 vom Seltene-Erde-Typ ist über eine zentral verklebte, zentral positionierte Koppelscheibe 5 an der Sandwichplatte 3 durch Klebung fixiert. Eine Schwingspule 6 mit einem Spulenträger 7 und einer Spulenwicklung 8 umgibt konzentrisch den Permanentmagneten 4, so dass sich ein Schwingspalt 2 bildet. Die Schwingspule 6 ist dabei direkt mit der Sandwichplatte 3 verklebt. Die Sandwichplatte 3 selbst besteht aus den harten Deckblättern 9, 10 und einem damit innig verbundenen, leichten, schubsteifen Kern 11, welcher zwischen den Deckblättern 9 und 10 angeordnet ist.
    Die Anordnung ist zudem vorteilhafterweise um eine Halterung erweitert derart, dass die Rückseite des Permanentmagneten 4 mit einer Stützstruktur 12 versehen ist, die als Halterung für den gesamten Diskantplattenlautsprecher dient. Anstelle der Stützstruktur 12 kann auch eine andere Art von Halterung vorgesehen werden.
    Figur 2 zeigt einen dreiteiligen piezoelektrischen Diskanttreiber in drei verschiedenen Ausgestaltungen 13, 14 und 15 im Querschnitt. Beim piezoelektrischen Diskanttreiber 13 ist auf ein metallisches Trägerplättchen 16 (einseitig oder beidseitig) ein radial polarisiertes piezokeramisches Substrat 17 aufgebracht, das so ausgebildet ist, dass es auf ein axial wirkendes elektrisches Feld mit radialer Kontraktion bzw. radialer Expansion reagiert. Das Trägerplättchen 16 wird von einer zentral angeordneten Koppelscheibe 19 und konzentrisch von einem Koppelring 18 getragen. Koppelscheibe 19 und Koppelring 18 sind mit dem Trägerplättchen 16 und mit einer Sandwichplatte 20 verklebt, welche ihrerseits aus einem hinteren Deckblatt 21, einem vorderen Deckblatt 22 und einem Sandwichkern 23 besteht.
    Der Diskanttreiber 14 nach Figur 2 geht aus dem Diskanttreiber 13 dadurch hervor, dass ein zentral angeordneter Stützfuss 24 vorgesehen ist, der dazu dient, über den Diskanttreiber 14 den gesamten Diskantlautsprecher zu haltern. Entsprechend geht auch der Diskanttreiber 15 nach Figur 2 aus dem Diskanttreiber 13 hervor, in dem er als Stützelement einen Stützring 25 aufweist.
    Ein einteiliger piezoelektrischer Diskanttreiber ist in Figur 2 in drei Ausführungsformen 26, 27 und 28 im Querschnitt dargestellt. Aus einem ursprünglich ebenen metallischen Trägerplättchen wird durch spannlose Formgebung ein äußerer Koppelring 30 aufgestülpt sowie ein zentraler Koppelnoppen 31 ausgebildet. Auf dieses geprägte Trägerplättchen 29 ist ein radial polarisiertes piezokeramisches Substrat 32 mit zentraler Aussparung 33 aufgebracht. Koppelring 30 und Koppelnoppen 31 des Trägerplättchens 29 sind dabei mit der Sandwichplatte 20 verklebt.
    Der Diskanttreiber 27 unterscheidet sich von dem Diskanttreiber 26 durch einen zusätzlich angebrachten Stützring 35, der ebenfalls dazu dient, über den Diskanttreiber 27 den ganzen Diskantlautsprecher zu haltern. Der Diskanttreiber 28 enthält entsprechend als Alternative zu dem Stützring 35 einen Stützfuß 34.
    Figur 4 zeigt zwei erfindungsgemäße Diskantlautsprecher 37 und 38, die auf eine Membran 36 eines (wesentlich größeren) Mittel-/Tiefton-Plattenlautsprechers aufgesetzt sind. Der piezoelektrische Diskant-Lautsprecher 37 wird durch eine Membran 39 und einen piezoelektrischen Treiber 40 gebildet. Mit Hilfe des Stützrings 51 ist er in der Lage, die statische Last des Treibers 40 aufzunehmen. In gleicher Weise ist ein elektrodynamischer Diskantlautsprecher 38 bestehend aus einer Membran 39 und einem elektrodynamischen Treiber 41 durch einen Stützring 52 in der Lage, die statische Last des Treibers 41 aufzunehmen.
    Eine andere Alternative ist in Figur 5 gezeigt, bei der zwei erfindungsgemäße Diskantlautsprecher 42 und 43 jeweils in die Membran 36 des Mittel-/Tiefton-Plattenlautsprechers eingelassen sind. Der piezoelektrische Diskantlautsprecher 42 mit Membran 44 und piezoelektrischem Treiber 47 ist in eine abgestufte Aussparung 45 der Mittel-/Tiefton-Membran 36 eingelassen.
    Das in Figur 6 gezeigte formstabile Noppenprofil ist als Sandwichkern eines Diskant-Multiresonanzplattenlautsprechers verwendbar. Die matrixartige Anordnung besteht aus abwechselnden Zeilen gleichgerichteter Noppen 50 wie beispielsweise den Zeilen 47 mit zur Vorderseite (+) ausgestülpten Noppen 50 im Wechsel mit den Zeilen 48, die aus zur Hinterseite (-) herausragenden Noppen 49 bestehen. Wie in Figur 6 dargestellt ist, sind die Zeilen 47 und 48 gegeneinander um je eine halbe Noppe versetzt. Ohne diesen Versatz wäre der Sandwichkern in einer Krümmungsrichtung sehr weich. Durch den Versatz wird jedoch eine höhere Steifigkeit gegen Scherung in zwei Achsen parallel zu den Noppenkanten erreicht.
    Figur 5 zeigt ein fraktales Muster 59 von (beispielsweise) rechteckförmig angelegten Strukturveränderungen in einem Sandwichpaneel 60 in Draufsicht auf die Membranfläche. Die ganze rechteckförmige Fläche enthält ein fraktales Muster 51 in Form von beispielsweise rechteckförmigen Strukturveränderungen. Die ganze rechteckförmige Fläche enthält dabei als Form der strukturveränderten Zone ebenfalls ein Rechteck 53, das als zentrales Rechteck aus einer gleichmäßigen 3x3-Unterteilung der ursprünglichen Form entsteht. Die (gedachten) restlichen acht gleich großen Rechtecke enthalten wieder jeweils eine zentral positionierte rechteckige Strukturveränderung 54, die wiederum aus einer 3x3-Teilung entstanden ist. In einem weiteren entsprechenden Schritt entstehen dann in gleicher Weise noch kleinere Rechtecke 55.
    Angepasst an die Größe der strukturveränderten Zonen 53, 54 und 55 können beispielsweise große 56, mittelgroße 57 oder kleine Treiber 58 eingesetzt werden.
    Bezugszeichenliste
    1
    Diskanttreiber
    2
    Schwingspalt
    3
    Sandwichplatte
    4
    Permanentmagnet
    5
    Koppelscheibe
    6
    Schwingspule
    7
    Spulenträger
    8
    Spulenwicklung
    9
    Deckblatt
    10
    Deckblatt
    11
    Sandwichkern
    12
    Stützring
    13
    Diskanttreiber
    14
    Diskanttreiber
    15
    Diskanttreiber
    16
    Trägerplättchen
    17
    piezokeramisches Substrat
    18
    Koppelring
    19
    Koppelscheibe
    20
    Sandwichplatte
    21
    hinteres Deckblatt
    22
    vorderes Deckblatt
    23
    Sandwichkern
    24
    Stützfuß
    25
    Stützring
    26
    Diskanttreiber
    27
    Diskanttreiber
    28
    Diskanttreiber
    29
    tiefgezogene Trägerscheibe
    30
    Koppelring
    31
    Koppelnoppen
    32
    piezokeramisches Substrat
    33
    Aussparung
    34
    Stützfuß
    35
    Stützring
    36
    Mittel-/Tiefton-Plattenlautsprecher
    37
    Diskantlautsprecher
    38
    Diskantlautsprecher
    39
    Sandwichplatte
    40
    Diskanttreiber
    41
    Diskanttreiber
    42
    Diskant-Plattenlautsprecher
    43
    Diskant-Plattenlautsprecher
    44
    Sandwichplatte
    45
    Aussparung
    46
    Treiber
    47
    Zeilen
    48
    Zeilen
    49
    Noppen
    50
    Noppen
    51
    Stützring
    52
    Stützring
    53
    strukturveränderte Zone (groß)
    54
    strukturveränderte Zone (mittel)
    55
    strukturveränderte Zone (klein)
    56
    Treiber (groß)
    57
    Treiber (mittelgroß)
    58
    Treiber (klein)
    59
    Fraktales Muster
    60
    Membran eines Multiresonanzplattenlautsprechers

    Claims (14)

    1. Hochtonlautsprecher mit
      einer leichten, freitragenden dünnen Sandwichplatte (3, 20, 39, 60), die zu vielfach reflektierten Biegewellen anregbar ist, und
      mindestens einem mit der Sandwichplatte (3, 20, 39, 60) in Schwingungsverbindung stehenden Treiber (1, 13, 14, 15, 26, 27, 28, 40, 41) zum Anregen der Sandwichplatte (3, 20, 39, 60) ,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Treiber (1, 13, 14, 15, 26, 27, 28, 40, 41) zur Anregung bei höheren Schallfrequenzen ausgebildet ist,
      die Sandwichplatte (3, 20, 39, 60) zur dämpfungsarmen Ausbreitung von Biegewellen ausgebildet ist,
      die Sandwichplatte (3, 20, 39, 60) freitragend und dämpfungsarm mittels Halterungselementen (12, 24, 25, 34, 35) gehaltert ist und
      die Halterungselemente (12, 24, 25, 34, 35) dämpfungsarm bei höheren Schallfrequenzen ausgebildet sind.
    2. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichplatte (3) zwei dünne, harte Deckblätter (9, 10) und eine dazwischen liegende, scherfeste, dünne Kernschicht (11) aufweist.
    3. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (11) eine Wabenstruktur aufweist.
    4. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (11) eine räumlich unterschiedliche Verteilung der elastomechanischen Eigenschaften aufweist.
    5. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kernschicht und/oder den Deckschichten zonenweise Verdünnungen und/oder Aussparungen (53 bis 55) vorgesehen sind.
    6. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (53 bis 55) so dimensioniert und angeordnet sind, dass ein Grundmuster sich jeweils in verkleinertem Maßstab wiederholt und sich abermals in diesen kleineren Strukturen wiederholt.
    7. Hochtonlautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (29) eine Folie umfasst, die durch Prägetechnik aufgebrachte periodisch sich wiederholende Ausbuchtungen (31) aufweist.
    8. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Gestalt, Anordnung und Ausrichtung der Ausbuchtungen derart ist, dass die maximale Schubsteifigkeit in alle Momentrichtungen erreicht wird.
    9. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
      als Ausbuchtungen Noppen (49, 50) in Form einer vierseitigen Pyramide mit quadratischem Grundriss vorgesehen sind und
      die Noppen (49, 50) streng periodisch, dicht an dicht und gleichsinnig ausgerichtet in geradlinigen Zeilen (47, 48) angeordnet sind, wobei alternierend jede zweite Zeile (48) durchweg aus Noppen entgegengesetzter Ausrichtung besteht und
      jede Zeile (47) gegenüber den benachbarten Zeilen (48) um eine halbe Noppe (49, 50) versetzt ist.
    10. Hochtonlautsprecher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungselemente (12, 24, 25, 34, 35) zum Aufsetzen oder Einlassen in eine größere Stützstruktur (36) geeignet sind.
    11. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungselemente einerseits durch sprödharte Klebung an der Sandwichplatte befestigt und andererseits mit der Stützstruktur verbunden sind.
    12. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungselemente eine Berandung aufweisen und dass die Berandung in einer Aussparung der Stützstruktur spröd-hart verklebt ist.
    13. Hochtonlautsprecher nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (40, 41, 46, 47) an der Rückseite als Halterelement ausgebildet ist.
    14. Hochtonlautsprecher nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützstruktur (36) die Plattenmembran eines Tief- und/oder Mitteltonplattenlautsprechers vorgesehen ist.
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