EP1264511A1 - Plattenlautsprecher - Google Patents

Plattenlautsprecher

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Publication number
EP1264511A1
EP1264511A1 EP01271809A EP01271809A EP1264511A1 EP 1264511 A1 EP1264511 A1 EP 1264511A1 EP 01271809 A EP01271809 A EP 01271809A EP 01271809 A EP01271809 A EP 01271809A EP 1264511 A1 EP1264511 A1 EP 1264511A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
panel
plate
loudspeaker according
drivers
loudspeaker
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01271809A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Bachmann
Gerhard 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 Audio Electronic Systems GmbH
Original Assignee
Harman Audio Electronic Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harman Audio Electronic Systems GmbH filed Critical Harman Audio Electronic Systems GmbH
Publication of EP1264511A1 publication Critical patent/EP1264511A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones

Definitions

  • the invention relates to a plate loudspeaker.
  • Loudspeakers are known in which a flat membrane is used instead of the conventional cone membrane.
  • the upper operating frequency of such loudspeakers known as plate loudspeakers, is determined by what is known as "breaking open", that is to say the occurrence of the first bending vibration resonance to be avoided.
  • Multi-resonance record speakers have the appeal of "flatness" for the user, that is, a thickness that is significantly less than that of familiar boxes. The reproduction in the high and mid range is satisfactory.
  • bass reproduction is problematic due to the known dipole short circuit in an open record.
  • One remedy is, for example, the rear end of the plate with a flat housing, which, however, partially nullifies the advantages of a free-standing plate without a housing.
  • the invention is based on the object of specifying a multi-resonance panel loudspeaker which, despite the large surface area and the shallow depth, in particular in the case of deep tones, has improved properties.
  • the plate loudspeaker according to the invention is characterized not only by an improved low-frequency reproduction, but also by a dipole cutoff frequency that is lower than that specified by the short edge length.
  • the plate loudspeaker according to the invention does not work even when subjected to extreme impulses.
  • a plate loudspeaker with a plate of low mass, a holder for mounting the plate and at least one driver in vibration connection with the plate for generating mechanical vibrations as a function of electrical control signals, the plate being at least one-dimensionally curved.
  • the invention enables a change in the bending stiffness of plates in selected spatial directions by appropriate shaping. Influencing the acoustic parameters of a plate via the bending stiffness also enables the use of unfavorable aspect ratios.
  • a further improvement in the acoustic properties is achieved in that the plate is tensioned.
  • the bracing can be done internally by means of appropriate manufacturing processes in the shaping of the plate or externally forces generated from outside by suitable means.
  • the plate is preferably arranged in such a way that it can be excited by the driver to bending waves that are reflected many times.
  • the plate is preferably mounted essentially self-supporting and with low damping in a sealed holder.
  • a plurality of drivers can also be provided, the polarity of the drivers being linked to the sign of the curvature of the plate, and preferably in such a way that with appropriate excitation by the drivers in the audio frequency range both above and below the critical frequency and / or both above and A sound conversion also takes place below the bending wave resonance.
  • the plate is composed of seamlessly arranged profile sections. This enables plates of almost any size to be produced in a simple manner.
  • the profile cuts are preferably made identically, so that the manufacturing outlay for the profile cuts is significantly reduced.
  • the profile cuts can advantageously not be identical in order, for example, to be able to produce particularly stable and / or strongly curved plates.
  • the radii of curvature are preferably chosen so that they are at least in the order of the edge lengths.
  • the holder is sealed in such a way that it closes tightly at least on one edge upon contact with a surface provided for attaching the plate. This largely avoids the undesired dipole effect.
  • at least one edge is provided with a sealing lip so that it
  • the plate of a plate loudspeaker according to the invention can be formed by an appropriately designed interior trim element of a motor vehicle.
  • the curvatures desired for acoustic reasons can also be used as a design element of the interior trim.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a plate loudspeaker according to the invention with a one-dimensionally curved plate
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a plate loudspeaker according to the invention with a two-dimensionally curved plate
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment with a two-dimensionally curved plate
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment with a plate with an anisotropic natural shape.
  • Fig. 1 is a rectangular plate 1 with a length-width ratio of
  • the curvature is designed such that, starting from a zero position 9 predetermined by the planar plate, it is curved perpendicular to the plate surface in both the positive and negative directions.
  • the course of the bend 2 with respect to the zero position 9 thus has negative and positive amplitudes. For example, at the points with the largest negative (10) and the largest positive (11) deviation from the zero position 9 driver attached to the plate 1, then they are operated in phase opposition to each other.
  • the drivers are not shown in the drawing for clarity.
  • FIG. 2 again shows a rectangular plate 4 with a length-width ratio> 1.
  • the plate 4 is curved in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • the plate 4 consists of identical profile sections 12 seamlessly strung together, which are glued together, for example, at the seams.
  • the radius of curvature 3 is at least of the same order of magnitude as the associated edge length.
  • FIG. 3 shows a rectangular plate 13 with a length-to-width ratio> 1, which has a curvature course both in the longitudinal direction and perpendicular to it with curvatures both in the negative and in the positive direction around a zero position 14 (corresponding to a planar plate ) having.
  • the course of curvature in the longitudinal direction is wave-like, while the course transverse to the longitudinal direction in the central part of the plate 13 is hump-like.
  • all radii of curvature are at least of the same order of magnitude as the edge lengths.
  • the plate used in the exemplary embodiment according to FIG. 4 has a circular base area and is curved in such a way that it has an approximately spherical shape.
  • the plate 15 has a low mass and is arranged in a sealed holder 6, mainly in a self-supporting and low-damping manner, in such a way that it can be excited by a driver (not shown in the drawing) to bending waves that are re-selected many times (multi-resonance sound plate).
  • the plate itself consists of non-identical profile sections 5 which are seamlessly strung together, with all radii of curvature of at least equal
  • Segments is put together that a cylinder is created, which can then be used as an all-round emitter for various room sound systems. Panels can also be assembled from segments into a spherical emitter.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional shape variant.
  • a flat honeycomb of rectangular original shape as the core of a future sandwich panel assumes a natural shape characterized by anisotropy of the elastic constants of the honeycomb, the first mode of which is shown in FIG. 5.
  • the four edges 66 and 77 have the same sign of the curvature.
  • a central zone bounded by four non-curved neutral fibers 88 and 99 has opposite signs of curvature throughout. Even if the corners are cut off or rounded off, this behavior remains.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Plattenlautsprecher mit einer Platte (1) geringer Masse, einer Halterung zur Lagerung der Platte und mindestens einem mit der Platte in Schwingungsverbindung stehenden Treiber zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Abhängigkeit von elektrischen Ansteuersignalen, bei dem die Platte zumindest eindimensional gekrümmt ist.

Description

Plattenlautsprecher
Die Erfindung betrifft einen Plattenlautsprecher.
Es sind Lautsprecher bekannt, bei denen statt der konventionellen Konusmembran eine ebene Membran benutzt wird. Die obere Betriebsfrequenz derartiger, Plattenlautsprecher genannter Lautsprecher wird durch das sogenannte "Aufbrechen" bestimmt, das heißt, den zu vermeidenden Eintritt der ersten Biege- Schwingungsresonanz.
Es ist weiterhin bekannt, dass die bei Konuslautsprechern gefürchteten Biegewellenresonanzen bei Plattenlautsprechern nicht von vorneherein als schädlich angesehen werden. Bei entsprechender Anregungs- und Einspannungstechnik sowie bei geeigneter Materialauswahl und Plattenstruktur können die an sich gefürchteten Biegeschwingungsresonanzen sogar den Haupt- anteil des Klanggeschehens prägen und sogar ein angenehmes Klangerlebnis bieten.
Des Weiteren sind Plattenlautsprecher mit Biegeschwingungsresonanzen, die sogenannten Multiresonanz-Plattenlautsprecher bekannt. Multiresonanz-Plattenlautsprecher haben für den Anwender den Reiz der "Flachheit", das heißt eine gegenüber ge- wohnten Boxen deutlich geringere Dicke. Die Wiedergabe im Hoch- und Mitteltonbereich ist dabei zufriedenstellend.
Problematisch ist jedoch die Basswiedergabe aufgrund des bekannten Dipolkurzschlusses bei einer offenen Platte. Eine Ab- hilfemöglichkeit besteht beispielsweise durch den rückseitigen Abschluss der Platte mit einem flachen Gehäuse, wodurch die Vorteile einer freistehenden Platte ohne Gehäuse jedoch wieder zum Teil zunichte gemacht werden.
Problematisch ist auch die Impulswiedergabe bei Plattenlautsprechern. Je größer die Platte, desto weicher wird diese. Damit sinkt die Impedanz im Tieftonbereich. Die Auslenkung des Treibers verlässt den linearen Bereich und wird im Extremfall an den Begrenzungen des Magnetsystems unerwünschterweise anschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multireso- nanz-Plattenlautsprecher anzugeben, der trotz großer Flächenausdehnung und geringer Tiefe, insbesondere bei tiefen Tönen, verbesserte Eigenschaften aufweist .
Die Aufgabe wird durch einen Plattenlautsprecher gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Plattenlautsprecher zeichnet sich neben einer verbesserten Tieftonwiedergabe vor allem auch durch eine Dipolgrenzfrequenz aus, die tiefer ist als durch die kurze Kantenlänge vorgegeben ist . Darüber hinaus schlägt der erfindungsgemäße Plattenlautsprecher auch bei extremer Impulsbelastung nicht an.
Erreicht wird dies durch einen Plattenlautsprecher mit einer Platte von geringer Masse, einer Halterung zur Lagerung der Platte und mindestens einem mit der Platte in Schwingungsverbindung stehenden Treiber zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Abhängigkeit von elektrischen Ansteuersigna- len, wobei die Platte zumindest eindimensional gekrümmt ist. Durch die Erfindung wird eine Änderung der Biegesteifigkeit von Platten in ausgewählten Raumrichtungen durch entsprechende Formgebung ermöglicht. Die Beeinflussung der akustischen Parameter einer Platte über die Biegesteifigkeit ermöglicht seinerseits auch die Verwendung ungünstiger Seitenverhältnisse.
Eine weitere Verbesserung der akustischen Eigenschaften wird dadurch erzielt, dass die Platte verspannt ist. Die Verspannung kann dabei intern mittels entsprechender Herstellungs- prozesse bei der Formgebung der Platte oder aber extern durch von außen durch geeignete Mittel aufgebrachte Kräfte erzeugt werden.
Darüber hinaus wird bevorzugt die Platte derart angeordnet, dass sie durch den Treiber zu vielfach reflektierten Biegewellen anregbar ist. Die Platte ist dabei bevorzugt in einer abgedichteten Halterung im Wesentlichen freitragend und dämpfungsarm gelagert .
Es können auch mehrere Treiber vorgesehen werden, wobei die Polarität der Treiber mit dem Vorzeichen der Krümmung der Platte verknüpft ist und zwar bevorzugt so, dass bei entsprechender Anregung durch die Treiber im Tonfrequenzbereich sowohl oberhalb als auch unterhalb der kritischen Frequenz und/oder sowohl oberhalb als auch unterhalb der Biegewellenresonanz eine Schallwandlung stattfindet . Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die Platte aus nahtlos aneinander gereihten Profilschnitten zusammengesetzt. Damit können Platten nahezu beliebiger Größe auf einfache Weise hergestellt werden. Bevorzugt sind bei eindimensional gekrümmten Platten die Pröfilschnitte identisch ausgeführt, so dass der Herstellungsaufwand für die Profilschnitte wesentlich herabgesetzt wird. Bei zweidimensional gekrümmten Platten können die Profilschnitte vorteilhafterweise nicht identisch sein, um bei- spielsweise besonders stabile und/oder stark gekrümmte Platten herstellen zu können. Die Krümmungsradien werden dabei bevorzugt so gewählt, dass sie mindestens in der Größenordnung der Kantenlängen liegen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Halterung derart abgedichtet, dass sie zumindest an einer Kante bei Kontakt mit einer zur Anbringung der Platte vorgesehenen Fläche dicht abschließt. Damit wird der unerwünschte Dipoleffekt weitestgehend vermieden. Dazu wird beispielsweise mindestens- eine Kante mit einer Dichtlippe versehen, so dass sie bei
Kontakt mit einer Wand, einer Decke oder dem Fußboden dicht abschließt . Schließlich kann die Platte eines erfindungsgemäßen Plattenlautsprechers durch ein entsprechend ausgebildetes Innenraum- verkleidungselement eines Kraftfahrzeuges gebildet werden. Dabei können die aus akustischen Gründen gewünschten Krümmun- gen auch als Designelement der Innenraumverkleidung Verwendung finden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plattenlautsprechers mit einer eindimensional gekrümmten Platte,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer eindimensional gekrümmten Platte,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Plattenlautsprechers mit einer zweidimensional gekrümmten Platte,
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einer zweidimensional gekrümmten Platte und
Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer Platte mit anisotroper Naturform.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine rechteckige Platte 1 mit einem Längen-Breiten-Verhältnis von
> 1 und mit einer eindimensionalen Krümmung in Längsrichtung vorgesehen. Die Krümmung ist dabei so ausgebildet, dass sie ausgehend von einer durch die planare Platte vorgegebene Nulllage 9 sowohl in positiver als auch in negativer Richtung senkrecht zur Plattenfläche gekrümmt ist. Der Biegungsverlauf 2 gegenüber der Nulllage 9 weist somit negative und positive Amplituden auf. Werden beispielsweise an den Stellen mit der größten negativen (10) und der größten positiven (11) Abweichung von der Nulllage 9 Treiber an der Platte 1 angebracht, dann werden diese gegenphasig zueinander betrieben. Die Treiber sind in der Zeichnung einer besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt .
In Fig. 2 ist wiederum eine rechteckige Platte 4 mit einem Längen-Breiten-Verhältnis > 1 dargestellt. Die Platte 4 ist dabei anders als beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in senkrechter Richtung zur Längsrichtung gekrümmt. Darüber hinaus besteht die Platte 4 aus nahtlos aneinander gereihten, identischen Profilschnitten 12, die beispielsweise an den Nahtstellen miteinander verklebt sind. Der Krümmungsradius 3 ist dabei mindestens von der gleichen Größenordnung wie die zugehörige Kantenlänge.
In Fig. 3 ist eine rechteckige Platte 13 mit einem Längen- Breiten-Verhältnis > 1 gezeigt, die einen Krümmungsverlauf sowohl in Längsrichtung als auch senkrecht dazu mit Krümmun- gen sowohl in negativer als auch positiver Richtung um eine Nulllage 14 (entsprechend einer planaren Platte) aufweist. Der Krümmungsverlauf in Längsrichtung ist dabei wellenartig, während der Verlauf quer zur Längsrichtung im mittleren Teil der Platte 13 höckerartig ausgebildet ist. Auch hier sind al- le Krümmungsradien mindestens von gleicher Größenordnung wie die Kantenlängen.
Die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 verwendete Platte hat eine kreisrunde Grundfläche und ist derart gekrümmt, dass sie in etwa eine kalottenförmige Form aufweist. Die Platte 15 hat eine geringe Masse und ist in einer abgedichteten Halterung 6 hauptsächlich freitragend und dämpfungsarm derart angeordnet, dass sie durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Treiber zu vielfach re lektierten Biegewellen anreg- bar ist (Multiresonanzklangplatte) . Die Platte selbst besteht aus nahtlos aneinander gereihten nicht identischen Profilschnitten 5, wobei alle Krümmungsradien mindestens von glei-
Segmenten zu zusammengesetzt wird, dass ein Zylinder entsteht, der dann als Rundumstrahler für verschiedene Raumbeschallungen verwendet werden kann. Ebenso können Platten aus Segmenten zu einem Kugelstrahler zusammengesetzt werden.
In Fig. 5 ist eine dreidimensionale Formvariante gezeigt. Eine ebene Wabe von rechteckiger Ursprungsform als Kern eines künftigen Sandwichpaneels nimmt als statische Reaktion auf ein an zwei gegenüberliegenden Rändern angreifendes Paar von Biegemomenten eine durch Anisotropie der elastischen Konstanten der Wabe geprägte Eigenform an, deren erster Mode in Fig. 5 dargestellt ist. Die vier Kanten 66 und 77 weisen gleiches Vorzeichen der Krümmung auf. Eine zentrale Zone begrenzt durch vier nicht gekrümmte neutrale Fasern 88 und 99 weist durchweg entgegengesetzte Krümmungsvorzeichen auf .Auch wenn die Ecken abgeschnitten oder abgerundet werden, bleibt doch dieses Verhalten bestehen.
Unter Benutzung entsprechender Pressformen können somit drei- dimensional gekrümmte Wabensandwiche mit warm- oder kalt- verklebten Deckblättern hergestellt werden, ohne die Wabenstruktur zu beschädigen.

Claims

Patentansprüche
1. Plattenlautsprecher mit einer Platte geringer Masse, einer Halterung zur Lagerung der Platte und mindestens einem mit der Platte in Schwingungsverbindung stehenden Treiber zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Abhängigkeit von elektrischen Ansteuersignalen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte zumindest eindimensional gekrümmt ist.
2. Plattenlautsprecher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte verspannt ist.
3. Plattenlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte derart angeordnet ist, dass sie durch den Treiber zu vielfach reflektierten Biegewellen anregbar ist.
4. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mehrere Treiber vorgesehen sind, wobei die Polarität der Treiber mit dem Vorzeichen der Krümmung der Platte verknüpft ist.
5. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verknüpfung so ist, dass bei entsprechender Anregung durch die Treiber im Tonfrequenzbereich sowohl oberhalb als auch unterhalb der kritischen Frequenz eine Schall - Wandlung erfolgt .
6. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verknüpfung so ist, dass bei entsprechender Anregung durch die Treiber im Tonfrequenzbereich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Biegewellenfrequenz eine Schall- Wandlung erfolgt .
7. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte eindimensional gekrümmt ist und dass die Platte aus nahtlos aneinander gereihten, identischen Profil - schnitten zusammengesetzt ist.
8. Plattenlautsprecher nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte zweidimensional gekrümmt ist und dass die Platte aus nahtlos aneinander gereihten Profilschnitten zusammengesetzt ist.
9. Plattenlautsprecher nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Profilschnitte nicht identisch sind.
10. Plattenlautsprecher nach Anspruch 7, 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Krümmungsradien mindestens in der Größenordnung der Kantenlängen liegen.
11. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte intern vorgespannt ist.
12. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Platte extern vorgespannt ist.
13. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halterung für die Platte abgedichtet ist.
4. Plattenlautsprecher nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halterung an zumindest einer Kante so ausgebildet ist, dass sie bei Kontakt mit einer zur Anbringung der Plat- te vorgesehenen Fläche dicht abschließt.
15. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte durch eine Innenraumverkleidungselement eines Kraftfahrzeuges gebildet wird.
16. Plattenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte eine anisotrope Form hat.
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Inventor name: BACHMANN, WOLFGANG

Inventor name: ZIGANKI, ANDREAS

Inventor name: REGL, HANS-JUERGEN

Inventor name: KRUMP, GERHARD

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