EP1947641A2

EP1947641A2 - Lautsprecher, Lautsprechersystem sowie Verfahren zur Erzeugung von akustischen Schwingungen

Info

Publication number: EP1947641A2
Application number: EP08100653A
Authority: EP
Inventors: Robert Bösnecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2008-07-23
Also published as: DE102007003166A1; DE102007003166B4

Abstract

Der Lautsprecher (2) weist einen über eine Kupplung (12,18,20,22) mit einem Schwingungsanreger (6) mechanisch gekoppelten Schwingungskörper (4) auf. Der Grad der mechanischen Kopplung ist variierbar. Somit ist die Lautstärke eines vom Schwingungskörper wiedergegebenen Tons variierbar. Mittels der geeigneten Wahl eines Antriebs (8) sind insbesondere für niedrige Frequenzen und somit tiefe Töne sehr hohe Lautstärken generierbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher auf ein Lautsprechersystem sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung von akustischen Schwingungen.
Ein Lautsprecher weist zumindest einen Schwingungskörper auf, der von einem Schwingungsanreger zum Schwingen angeregt wird. Unter einem Schwingungskörper ist insbesondere ein im wesentlichen flächenförmiger, selbsttragender, bevorzugt leichter und biegesteifer Körper zu verstehen, der zu Schwingungen anregbar ist. Ein derartiger Schwingungskörper ist beispielsweise eine zu Schwingungen anregbare Platte aus Glas, Holz oder Kunststoff, wie sie von sogenannten Flächenlautsprechern bekannt ist. Alternativ hierzu ist der Schwingungskörper eine schwingungsfähige Membran, wie sie von konventionellen Mehrwegelautsprechern bekannt ist. Die Anregung des Schwingungskörpers zu geregelten Schwingungen erfolgt mittels des Schwingungsanregers. Unter einem Schwingungsanreger ist jedwede Vorrichtung zu verstehen, mittels der der Schwingungskörper in kontrollierbare Schwingung versetzbar ist.
Das menschliche Gehör ist nicht für aller Frequenzen gleich empfindlich. Von Fletcher und Munson wurde in "loudness, its definition, messurement and calculation" in J.Acoust. Soc Am. 5, S. 82-108 (1933) das Konzept der so genannten Isophone eingeführt. Eine Isophone gibt hierbei für den gesamten Frequenzbereich an, welche Lautstärke einer Schallquelle notwendig ist, um bei einem Zuhörer ein subjektives Hörempfinden einer vorgegebenen Lautstärke zu erzeugen. Das menschliche Gehör ist bei 2000 Hz am empfindlichsten. Zu höheren Frequenzen hin und insbesondere zu niedrigen Frequenzen hin nimmt die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs stark ab. Dies ist bei der Auslegung eines einzelnen Lautsprechers oder eines Lautsprechersystems in Erwägung zu ziehen. Für die Wiedergabe von niedrigen Frequenzen und damit niedrigen Tönen muss der Schwingungsanreger daher den Schwingungskörper zu Schwingungen mit einer hohen Amplitude anregen. Nur so werden niedrige Frequenzen hinreichend laut wiedergegeben. So muss eine Frequenz von 50 Hz gegenüber einer Frequenz von 2000 Hz mit etwa der 100fachen Lautstärke wiedergegeben werden, um bei dem Zuhörer ein vergleichbares Lautstärkeempfinden auszulösen. Es sind verschiedene Motorlautsprecher bekannt, bei denen in einem Zylinder ein als Kolben ausgebildeter Schwingungsanreger mittels eines Antriebsmotors hin und her bewegt wird. Dabei werden als stehende Wellen ausgebildete Druckwellen erzeugt, die als Töne mit der Frequenz des bewegten Kolbens wiedergegeben werden.
Aus der DE 1 1794 126 U ist ein als Kolbenmembranschallsender ausgebildeter Motorlautsprecher bekannt, bei dem der Kolben mittels einer Pleuelstange an den Antriebsmotor gekoppelt ist. Auf diese Weise werden in einem sich an den Zylinder anschließenden Schalltrichter stehende Wellen erzeugt.
Der US 4,805,732 ist ein weiterer Motorlautsprecher mit einem sich an den Zylinder anschließenden Schalltrichter zu entnehmen, bei dem der Kolben mittels eines drehzahloptimierten Asynchronmotors getrieben wird.
Die US 5,109,048 offenbart einen Motorlautsprecher, bei dem der Kolben in einem an einem oder beiden Enden verschlossenen Zylinder als Resonator bzw. Schwingungskörper zur Erzeugung stehender Wellen hin und her bewegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für unterschiedliche Frequenzen ein für das menschliche Gehör vergleichbares Lautstärkeempfinden erzeugen zu können.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Lautsprecher nach Anspruch 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass zur Erzeugung von akustisch hörbaren Schwingungen ein Schwingungsanreger einen Schwingungskörper anregt. Der Schwingungsanreger ist hierbei über eine Kupplung mechanisch mit dem Schwingungsanreger gekoppelt. Unter mechanischer Kopplung wird hierbei verstanden, dass die Schwingungen des Schwingungsanregers mit Hilfe einer insbesondere biegesteifen und druckfesten Übertragungsmechanik auf die Kupplung übertragen werden. Von besonderem Vorteil ist, dass der Grad der mechanischen Kopplung variierbar ist. Unter dem Grad der mechanischen Kopplung wird hierbei die Höhe der Auslenkung und damit die Amplitude der erzeugten Schwingung verstanden. Je nach Grad der mechanischen Kopplung wird der Schwingungskörper daher verschieden weit ausgelenkt. Die Auslenkung des Schwingungskörpers ist jedoch direkt proportional zur Amplitude des abgestrahlten Klangspektrums und damit zur wiedergegebenen Lautstärke. Die Lautstärke des Lautsprechers ist stufenlos variierbar. Durch die Variierbarkeit ist daher die Amplitude frequenzabhängig einstellbar.
Diese Ausgestaltung ist von besonderem Vorteil für solche Systeme, bei denen der Schwingungskörper auf rein mechanische Weise in Schwingungen versetzt wird. Hierzu umfasst der Schwingungsanreger beispielsweise eine mittels eines Elektroangetriebene Stange, die mit dem Schwingungskörper mechanisch in Verbindung steht. Auf diese Weise lässt sich der Schwingungskörper zu Schwingungen einer bedeutend höheren Amplitude anregen. Nachteilig bei einer starren Kopplung ist jedoch, dass der Schwingungskörper hierbei nur zu Schwingungen einer vorgegebenen Amplitude anregbar ist. Eine insbesondere frequenzabhängige Anpassung der Lautstärke ist nicht möglich. Im Unterschied zu einer starren Kopplung ist vorliegend eine variable Kopplung vorgesehen, d.h. durch die Kupplung wird die vom Schwingungsanreger erzeugte Schwingung zumindest nicht zwingend direkt und 1:1 auf den Schwingungskörper übertragen.
Derartige mechanische Systeme, die insbesondere auch als Motorlautsprecher bezeichnet werden, haben den weiteren Vorteil, dass sie hohe Amplituden erzeugen können und sich somit insbesondere für die Wiedergabe niedriger Frequenzen eignen, da hier das menschliche Hörempfinden nur schwach ist. Im Unterschied hierzu ist nämlich die Leistungsfähigkeit konventioneller Lautsprechersysteme beschränkt. Ein handelsüblicher Lautsprecher mit einer konusförmigen Membran als Schwingkörper und mit einer Schwingspule als Schwingungsanreger weist eine maximale Leistungsaufnahme von etwa 500 Watt auf. Somit lässt sich die Membran nicht sonderlich weit auslenken. Es sind somit nur Schwingungen mit einer niedrigen Amplitude und damit Lautstärke generierbar.
Bevorzugt ist daher auch vorgesehen, dass der Schwingungsanreger einen Motor, insbesondere einen Elektromotor umfasst. Ein Elektromotor ist mit einer Antriebsleistung von mehreren Kilowatt am Markt erhältlich. Somit sind Schwingungen mit einer hohen Amplitude und damit Töne einer großen Lautstärke generierbar. Weiterhin ist ein derartiger Elektromotor am Markt kostengünstig erhältlich, so dass der Lautsprecher vergleichsweise kostengünstig produzierbar ist. Ein derartiger Lautsprecher ist insbesondere bei einer Großveranstaltung, bei der auch Töne von niedriger Frequenz mit einer hohen Lautstärke wiedergegeben werden sollen, vorteilhaft einsetzbar.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung mit mindestens einer ansteuerbaren Stromspule. Über eine Variation des Spulenstromes ist in einfacher Weise die von der Stromspule generierte magnetische Feldstärke variierbar. Eine Variation des Spulenstromes ermöglicht somit eine einfache Regelung der Lautstärke des Lautsprechers. Je größer der Spulenstrom ist, desto größer ist das durch Stromdurchfluss von der Stromspule generierte magnetische Feld und desto größer ist der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger und Schwingungskörper. Weiterhin lässt sich der Spulenstrom mit einer Reaktionszeit von wenigen Millisekunden zuschalten oder abschalten, so dass auch rasche Lautstärkeänderungen erzeugbar sind.
In einer bevorzugten Variante weist die Kupplung zwei Stromspulen auf, wobei dem Schwingungsanreger und dem Schwingungskörper jeweils eines Stromspule zugeordnet ist. Der Grad der mechanischen Kopplung ist somit durch die Vorgabe beider Ströme einfach und präzise anpassbar.
In einer anderen vorteilhaften Variante weist die Kupplung eine Stromspule und einen Permanentmagneten auf. Dabei ist entweder die Stromspule dem Schwingungskörper und der Permanentmagnet dem Schwingungsanreger zugeordnet oder umgekehrt. In diesem Fall ist der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Schwingungskörper und Schwingungsanreger über die Variation eines einzigen Spulenstromes variierbar. Eine Steuereinheit zur Steuerung des Grades der mechanischen Kopplung gibt somit nur einen Spulenstrom vor. Die Steuerungslogik der Steuerungseinheit ist einfach und kostengünstig ausführbar und weist gegenüber der Variante mit zwei anzusteuernden Stromspulen eine geringere Fehlerträchtigkeit auf. Jedoch lässt sich der Grad der mechanischen Kopplung nicht so fein einstellen, wie bei der Verwendung zweier Stromspulen.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Schwingungsanreger einen Linearübertrager auf. Der Linearübertrager wirkt als mechanisches Übertragungselement. Unter Linearübertrager wird hierbei ein Element verstanden, das lediglich eine Linearbewegung ausführt. Mittels des Linearübertragers ist eine mechanische Anregung auf den Schwingungskörper in besonders einfacher Weise übertragbar. Da der Linearübertrager praktisch nur in einer Richtung eine mechanische Kraft überträgt, lässt sich nahezu die gesamte Kraft eines dem Linearübertrager zugeordneten Antriebs auf den Schwingungskörper übertragen. Insbesondere ist der Linearübertrager ein stangenförmiges Element.
Zweckdienlicherweise trägt der Linearübertrager eine Stromspule oder einen Permanentmagneten und somit Teile der elektromagnetischen Kupplung. Die Stromspule oder der Permanentmagnet ist daher in einfacher Weise in das mit dem Schwingungskörper gekoppelte Ende des Linearübertragers integriert. In der ersten Variante ist der Linearübertrager mit einem ferromagnetischen Ende versehen, das eine Stromspule zur Bildung eines Elektromagneten trägt. In der zweiten Variante ist das Ende des Linearübertragers als Permanentmagnet ausgeführt. In beiden Fällen weist der Linearübertrager eine im Wesentlichen bevorzugt längliche Geometrie auf und ist beispielsweise stangenförmig ausgebildet. Somit kann das Ende des Linearübertragers beispielsweise in ein dem Schwingungskörper zugeordnetes, zylinder- oder topfförmiges Element zur Bildung der elektromagnetischen Kupplung eingreifen. Dieses korrespondierende topfförmige Element ist entweder wiederum als Permanentmagnet, oder als Stromspule ausgeführt, so dass die Kupplung entweder zwei Stromspulen oder eine Stromspule und einen Permanentmagneten aufweist.
Zweckdienlicherweise ist der beispielsweise als Drehstrommotor ausgebildete Elektromotor über eine Exzenterscheibe mit dem Linearübertrager verbunden. Die rotierende Bewegung des Motors wird somit mittels der Exzenterscheibe in einfacher Weise in eine Längsbewegung umgesetzt.
In einer Weiterbildung ist eine Filtereinheit vorgesehen, um aus einem akustischen Signal eine oder mehrere Frequenzen zur Ansteuerung des Schwingungsanregers herauszufiltern. Aus dieser einen Frequenz oder diesen mehreren Frequenzen ist ein frequenzproportionales Steuersignal generierbar. Mittels dieses Steuersignals ist insbesondere ein als Antrieb des Schwingungsanregers eingesetzter Drehstrommotor ansteuerbar. Wird dieser Drehstrommotor mit einem zu einer Frequenz proportionalen Steuersignal beaufschlagt, so dreht er mit kontinuierlicher, dem Steuersignal proportionaler Geschwindigkeit und überträgt mittels des Linearübertragers auf den Schwingungskörper eine einzige Frequenz. Trägt das frequenzproportionale Steuersignal eine Information über mehrere Frequenzen, so ändert sich die Drehzahl des Drehstrommotors sukzessive, und der Schwingungskörper wird zu Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen zeitgleich angeregt. Mit anderen Worten wird aus einem vom Lautsprecher wiederzugebenden Frequenzbereich immer eine Frequenz oder einige wenige Frequenzen herausgefiltert. Diese Vorgehensweise entspricht der Ansteuerung eines Motorlautsprechers nach dem Stand der Technik. Da das menschliche Gehör tiefe Frequenzen nicht gut voneinander unterscheiden kann, ist das Hörempfinden hierdurch nicht beeinträchtigt. So ist es beispielsweise möglich, aus dem akustischen Signal nur die Frequenz mit der höchsten Amplitude mittels eines Algorithmus auszuwählen, in ein frequenzproportionales Steuersignal umzuwandeln und den Drehstrommotor mit der der Frequenz entsprechenden Drehzahl drehen zu lassen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Lautsprechersystem gemäß Anspruch 10. Der oben beschriebene Lautsprecher ist hierbei Teil des Lautsprechersystems. Hierbei ist eine Steuereinheit zur Aufspaltung eines akustischen Frequenzbandsignals in mehrere Teilbandsignale eingerichtet. Weiterhin ist für die Wiedergabe eines der Teilbandsignale der Lautsprecher vorgesehen. Somit ist die Wiedergabe eines Teilbandsignals aus einem Frequenzbereich niedriger Frequenzen mittels des Lautsprechers mit einer hohen Amplitude und damit mit einer hohen Lautstärke möglich. Es können auch mehrere derartige Lautsprecher für die Wiedergabe benachbarter Teilbandsignale niedriger Frequenzbereiche eingesetzt werden. Die Aufspaltung des akustischen Frequenzbandsignals in mehrere Teilbereiche erfolgt beispielsweise, wie es für einen konventionellen Mehrwegelautsprecher üblich ist, mittels einer Frequenzweiche. Für die Wiedergabe von Teilbandsignalen hoher Frequenzen ist der Einsatz konventioneller Membranlautsprecher möglich, da deren maximale Schwingungsamplitude bei hohen Frequenzen zu einer hinreichend hohen Lautstärkeempfindung führt. Somit ist für die Beschallung einer Großveranstaltung, wie einem Musikkonzert, ein weitgehend konventionelles Lautsprechersystem einsetzbar. Lediglich für die Wiedergabe von Frequenzbereichen und damit Teilbandsignalen einer besonders niedrigen Frequenz werden erfindungsgemäße Lautsprecher eingesetzt. Somit ist auch die Wiedergabe sehr niedriger Frequenzen mit einer hohen Amplitude und damit Lautstärke möglich. Der subjektive Klangeindruck für einen Zuhörer verbessert sich maßgeblich.
In einer Variante ist das Lautsprechersystem als medizinisches Hörgerät ausgebildet. Hier wird ausgenutzt, dass bei hörgeschädigten und gehörlosen Menschen als Ausgleich zu der Hörschädigung eine Schärfung anderer Sinne eintritt. So verfügen diese Menschen einen verbesserten Tastsinn. Insbesondere am Rücken des Menschen befinden sich sehr viele Sinneszellen für eine Tast- oder Druckempfindung. Diese Sinneszellen lassen sich durch Training so schulen, dass mit ihnen zumindest die Wahrnehmung niedriger Frequenzen möglich ist. Mittels des Hörgeräts ist eine Stimulation dieser Sinneszellen erreichbar. Dafür sind eine vergleichsweise hohe Anregungsenergie und eine vergleichsweise große Fläche eines Schwingungskörpers notwendig. Um dies zu erreichen, sind einer oder mehrere Schwingungskörper mit dem Rücken der Person verbunden. Dies lässt sich zweckmäßig durch eine Integration der Schwingungskörper in ein Kleidungsstück erreichen, das unter der normalen Kleidung getragen wird. Indem mehrere Schwingungskörper vorgesehen sind, können die Sinneszellen auch zeitgleich zu mehreren Schwingungen angeregt werden. Insbesondere eine gehörlose Person ohne jegliches Resthörvermögen kann so wenigstens die niedrigen Frequenzen eines Klangspektrums hören.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von akustischen Schwingungen mit einem oben beschriebenen Lautsprecher. Hierbei sind auf das Verfahren die für den Lautsprecher genannten Vorteile sinngemäß zu übertragen.
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: schematisch einen Lautsprecher mit einer zwei Stromspulen umfassenden Kupplung,
FIG 2: schematisch einen Lautsprecher mit einer eine Stromspule und einen Permanentmagneten umfassenden Kupplung,
FIG 3: schematisch einen weiteren Lautsprecher mit einer einen Permanentmagneten und eine Stromspule umfassenden Kupplung, sowie
FIG 4: in einer Schemazeichnung ein Lautsprechersystem mit drei Lautsprechern nach einer der FIG 1 bis 3.

Gemäß FIG 1 umfasst ein Lautsprecher 2 einen Schwingungskörper 4 und einen Schwingungsanreger 6. Der Schwingungskörper 4 ist als konusförmige Membran ausgebildet. Der Schwingungsanreger 6 umfasst einen als Drehstrommotor ausgebildeten Elektromotor 8, von dem in der FIG 1 nur die Drehachse sichtbar ist. Der Elektromotor 8 treibt mit seiner Drehachse eine Exzenterscheibe 10 an. An der Exzenterscheibe 10 ist außermittig als Linearübertrager 12 eine Stange befestigt. Wird die Exzenterscheibe 10 mittels des Elektromotors 8 in eine Drehbewegung 14 versetzt, so führt der Linearübertrager 12 eine periodische Hin- und Herbewegung in Längsrichtung 16 aus.
Der Schwingungskörper 4 und der Schwingungsanreger 6 sind über eine Kupplung miteinander mechanisch gekoppelt. Hierzu weist der Linearübertrager 12 an seinem Ende einen ferromagnetischen, von einer Stromspule 18 umwickelten Abschnitt auf. Dem Schwingungskörper 4 ist ein topfförmiges, ebenfalls ferromagnetisches Koppelelement 20 zugeordnet, das mit einer Stromspule 22 versehen ist und die mit dem Schwingungskörper 4 starr verbunden ist. Weiterhin ist eine Steuereinheit 24 vorgesehen, die eingerichtet ist, mittels einer Steuerleitung 26 einen Steuerstrom für die dem Linearübertrager 12 zugeordnete Stromspule 22 vorzugeben. Zudem ist die Steuereinheit 24 eingerichtet, mittels einer weiteren Steuerleitung 28 einen Spulenstrom für die dem Koppelelement 20 zugeordnete Stromspule 22 vorzugeben.
Das Ende des Linearübertragers 12 mit seiner Stromspule 18 taucht in das topfförmige Koppelelement 20 mit seiner Stromspule 22 ein. Abhängig von den mittels der Steuerleitungen 26,28 vorgegebenen Steuerströmen sind die magnetischen Feldstärken der Stromspulen 18,22 und somit der Grad ihrer gegenseitigen magnetischen Anziehung vorgebbar. Somit ist der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Linearübertrager 12 und Koppelelement 20 und auch zwischen Schwingungsanreger 6 und Schwingungskörper 4 festgelegt. Eine Bewegung des Linearübertragers 12 in Längsrichtung 16 wird in eine Bewegung des Koppelelements 20 in Längsrichtung 30 umgesetzt. Die Bewegung des Koppelelements 20 in Längsrichtung 30 wiederum wird in eine Bewegung des Schwingungskörpers 4 in Längsrichtung 32 umgesetzt. Je nach Grad der mechanischen Kopplung verschieben sich die Umkehrpunkte für die Hin- und Herbewegung des Koppelelements 20 in Längsrichtung 30. Da das Koppelelement 20 wiederum mit dem Schwingungskörper 4 starr mechanisch verbunden ist, ist somit die Auslenkung des Schwingungskörpers 4 in Längsrichtung 32 vorgegeben. Die Auslenkung des Schwingungskörpers 4 ist direkt proportional zur Amplitude eines vom Schwingungskörper 4 erzeugten Tons.
Die Funktionsweise des Lautsprechers 2 ist wie folgt: Die Steuereinheit 24 wird von einem akustischen Signal F beaufschlagt, das einen Frequenzbereich repräsentiert. Die Steuereinheit 24 ist eingerichtet, mittels einer Steuerleitung 34 den Elektromotor 8 anzusteuern und mittels einer steuerbaren Gleichspannung dessen Drehzahl und somit dessen Drehbewegung, 14 vorzugeben. Einer Drehzahl des Elektromotors 8 entspricht eine Hin- und Herbewegung des Linearübertragers 12 mit einer vorgegebenen Frequenz. Diese Frequenz wird über die Kupplung 12,18,20,22 auf den Schwingungskörper 4 übertragen. Der Schwingungskörper 4 wird zu Schwingungen mit dieser Frequenz angeregt und strahlt einen dieser Frequenz entsprechenden Ton ab.
Das akustische Signal F beinhaltet außerdem eine Information über die wiederzugebende Lautstärke und damit Amplitude des Tones. Abhängig von der wiederzugebenden Amplitude wird mittels der Steuerleitungen 26 und 28 der Spulenstrom für die Stromspulen 18,22 vorgegeben. Damit ist der Grad der magnetischen Anziehung zwischen den beiden Stromspulen 18 und 22 und somit der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6 und Schwingungskörper 4 bestimmt. Werden mittels der Steuerleitungen 26,28 niedrige Spulenströme vorgegeben, ist die magnetische Anziehung zwischen den beiden Stromspulen 18,22 gering und der Grad der mechanischen Kopplung zwischen den Stromspulen 18,22 und damit dem Schwingungsanreger 6 und dem Schwingungskörper 4 niedrig. Wird hingegen mittels der beiden Steuerleitungen 26,28 ein hoher Spulenstrom vorgegeben, so liegt eine hohe magnetische Anziehung zwischen den beiden Stromspulen 18,22 und damit ein Grad hoher mechanischer Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6 und Schwingungskörper 4 vor. Der Grad der mechanischen Kopplung ist jedoch, wie bereits beschrieben, proportional zur Auslenkung des Schwingungskörpers 4 und damit proportional zur wiedergegebenen Lautstärke des abgestrahlten Tones. Somit lässt sich mittels einer Ansteuerung der beiden Stromspulen 18,22 über die Steuereinheit 24 der Grad der mechanischen Kopplung und somit die Lautstärke des wiedergegebenen Tones in einem weiten Bereich variieren.
Wird nun mittels der Steuerleitung 34 die den Elektromotor 8 ansteuernde Gleichspannung mit einer Wechselspannung überlagert, dreht der Elektromotor 8 mit einer sich ständig ändernden Frequenz und erzeugt so mehr als einen Ton. Diese Methode ähnelt dem Vibrato bei Musikinstrumenten. Auf diese Weise ist die gleichzeitige Wiedergabe mehrerer Töne durch den Schwingungskörper 4 erreicht. Weiterhin lässt sich der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6 und Schwingungskörper 4 durch eine permanente Änderung des Spulenstromes beider Stromspulen 18,22 variieren, so dass Änderungen in der Lautstärke des abgestrahlten Klangspektrums sehr schnell möglich sind.
Schließlich lässt sich der Steuerstrom für die Stromspulen 18,22 sehr rasch variieren, so dass der Schwingungskörper 4 mit einer hohen Dynamik zu Schwingungen anregbar ist.
Der in der FIG 2 gezeigte Lautsprecher 2 entspricht im Wesentlichen dem Lautsprecher aus FIG 1. Der einzige Unterschied zur FIG 1 besteht darin, dass das topfförmige Koppelelement 20 mit einem Permanentmagneten 36 versehen ist. Somit wird nur die dem Linearübertrager 12 zugeordnete Stromspule 18 mittels einer Steuerleitung 26 zur Veränderung des Spulenstroms angesteuert. Damit wird allein mittels der Steuerleitung 26 der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Linearübertrager 12 und Koppelelement 20 vorgegeben. Die in der Steuereinrichtung 24 hinterlegte Logik ist somit einfacher und damit kostengünstiger ausführbar als im Fall von FIG 1. Jedoch ist der Grad der mechanischen Kopplung in weniger weiten Grenzen vorgebbar, da nur eine Stromspule 18 angesteuert ist.
Der in FIG 3 gezeigte Lautsprecher 2 entspricht im Wesentlichen dem in FIG 2 gezeigten Lautsprecher 2. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in der FIG 3 dem Linearübertrager 12 ein Permanentmagnet 38 zugeordnet ist. Dem topfförmigen Koppelelement 20 hingegen ist eine Stromspule 22 zugeordnet, die mittels einer Steuerleitung 28 von der Steuereinheit 24 angesteuert ist. Somit sind gegenüber der FIG 2 lediglich Permanentmagnet 36,38 und Stromspule 18,22 miteinander vertauscht. Die Funktionsweise der in FIG 2 und FIG 3 gezeigten Lautsprecher 2 hingegen ist identisch.
FIG 4 zeigt schematisch ein Lautsprechersystem 40 mit insgesamt drei Lautsprechern 2,2',2", die jeweils eine Ausgestaltung nach einer der FIG 1-3 aufweisen. Weiterhin weist das Lautsprechersystem 40 drei konventionell ausgestaltete Membranlautsprecher 42 auf. Vom Prinzip her entspricht das Lautsprechersystem 40 einem konventionellen Mehrwegelautsprechersystem. Das akustische Frequenzbandsignal F wird der Steuereinheit 24 zugeleitet und mittels einer Frequenzweiche 44 in insgesamt sechs Teilbandsignale T1 bis T6 zerlegt. Die Teilbandsignale T1 bis T6 können sich in ihren Frequenzbereichen teilweise überlappen. Jedoch umfasst ein Teilbandsignal mit einer höheren Nummer einen Frequenzbereich mit niedrigeren Frequenzen. Mit anderen Worten repräsentiert das Teilbandsignal T1 den Anteil des Frequenzbandsignals F mit den höchsten Frequenzen und das Teilbandsignal T6 den Frequenzbereich des Frequenzbandsignals F mit den niedrigsten Frequenzen. Mittels der Teilbandsignale T1 bis T3 werden die konventionellen Membranlautsprecher 42 zum Schwingen angeregt.
Die Teilbandsignale T4-T6 werden jeweils mit einem Lautsprecher 2,2',2" wiedergegeben. In FIG 4 sind die Elemente der Lautsprecher 2,2',2" nur schematisch wiedergegeben. Das Zusammenwirken der einzelnen Elemente ist den FIG 1-3 zu entnehmen. Die Bezugszeichen sind identisch gewählt.
Das Teilbandsignal T4 wird mittels der Steuereinheit 24 in ein reduziertes Teilbandsignal T4[1] umgewandelt, das nur einige wenige Frequenzen aus dem Teilbandsignal T4 mit den höchsten Amplituden umfasst. Mittels der Steuerleitung 34 wird der Elektromotor 8 zu Drehungen angeregt. Da der Elektromotor 8 mittels mehrerer Frequenzen aus dem Teilbandsignal T4[1] angesteuert wird, ändert sich seine Drehzahl fortlaufend. Die Kopplung zwischen dem Schwingungsanreger 6 und dem Schwingungskörper 4 ist analog zur FIG 1 ausgeführt. Dabei ist der Linearübertrager 12 mit einer Spule 18 versehen, die in ein mit einer weiteren Stromspule 22 versehenes topfförmiges Koppelelement 20 eingreift. Mittels zweier Steuerleitungen 26,28 wird abhängig von der wiederzugebenden Amplitude der Grad der mechanischen Kopplung vorgegeben. Auf diese Weise ist die vom Schwingungskörper 4 wiedergegebene Lautstärke variierbar.
Von den Teilbandsignalen T5 bzw T6 wird jeweils die Frequenz f5 bzw. f6 mit der höchsten Amplitude ermittelt. Aus dieser Frequenz f5,f6 wird mittels der Steuerleitung 34',34" die jeweilige Drehzahl des Elektromotors 8',8" vorgegeben. Der Elektromotor 8',8" treibt jeweils einen Linearübertrager 12',12", der mit einer Stromspule 18',18" versehen ist. Der Linearübertrager 12',12" greift mit seiner Stromspule 18',18" in ein ebenfalls mit einer Stromspule 22',22" versehenes topfförmiges Koppelelement 20',20". Mittels des Koppelelements 20',20" wird der Schwingungskörper 4',4" zu einer Schwingung angeregt, die proportional der Drehzahl des Elektromotors 8',8" ist. Weiterhin wird während des Betriebs des Lautsprechersystems 40 ständig die Amplitude der wiederzugebenden Frequenz f5,f6 ermittelt. Abhängig vom ermittelten Amplitudenwert wird mittels der Steuerleitung 26',26",28',28" der Grad der magnetischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6',6" und Schwingungskörper 4',4" nach der in FIG 1 beschriebenen Weise angepasst. Auf diese Weise ist auch beim Betrieb der beiden Schwingungskörper 4',4" eine permanente und ständige Anpassung der Lautstärke erreicht.
Insgesamt entspricht das Lautsprechersystem 40 im Wesentlichen einem konventionellen Mehrwegelautsprechersystem mit sechs Lautsprechern. Der einzige Unterschied besteht im Einsatz von drei Lautsprechern 2,2',2" zur Wiedergabe tiefer Frequenzen. Da die Anregung des Schwingungskörpers 4,4',4" zu Schwingungen mittels eines Elektromotors 8,8',8" erfolgt, schwingt der Schwingungskörper 4,4',4" mit einer bedeutend höheren Amplitude, als das bei einem Membranlautsprecher nach konventioneller Technologie mit einer Schwingspule als Schwingungsanreger möglich wäre. Auf diese Weise lassen sich mittels des Lautsprechersystems 40 sehr hohe Lautstärken generieren, so dass das Lautsprechersystem 40 insbesondere für die Beschallung von Großveranstaltungen, wie Musikkonzerten, geeignet ist.

Claims

Lautsprecher (2) mit einem Schwingungskörper (4), der über eine eine Kupplung aufweisende Übertragungsmechanik mit einem Schwingungsanreger (6) gekoppelt ist, wobei der Grad der mechanischen Kopplung über die Kupplung variierbar ist, so dass die Höhe der Auslenkung des Schwingungskörpers (4) und damit die Amplitude der erzeugten Schwingung frequenzabhängig einstellbar ist.
Lautsprecher (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Schwingungsanreger (6) einen Elektromotor (8) zur mechanischen Anregung des Schwingungskörpers (4) umfasst.
Lautsprecher (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung (12,18,20,22) mit mindestens einer ansteuerbaren Stromspule (18,22) ist.
Lautsprecher (2) nach Anspruch 3,
wobei die Kupplung zwei Stromspulen (18,22) aufweist und wobei dem Schwingungsanreger (6) und dem Schwingungskörper (4) jeweils eine Stromspule (18,22) zugeordnet ist.
Lautsprecher (2) nach Anspruch 3,
wobei die Kupplung eine Stromspule (18,22) und einen Permanentmagneten (36,38) aufweist.
Lautsprecher (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Schwingungsanreger (6) einen Linearübertrager (12) zur Übertragung der vom Schwingungsanreger (6) erzeugten Schwingungen aufweist.
Lautsprecher nach Anspruch 6, bei dem der Linearübertrager (12) eine Stromspule (18) oder einen Permanentmagneten (38) trägt.
Lautsprecher (2) nach Anspruch 6 und 2,
wobei der Linearübertrager (12) über eine Exzenterscheibe (10) mit dem Elektromotor (8) verbunden ist.
Lautsprecher (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Filtereinheit (24) vorgesehen ist die derart ausgebildet ist, dass sie aus einem akustischen Signal (T4-T6) zur Ansteuerung des Schwingungsanregers (6) eine oder mehrere Frequenzen (T4[1],f5,f6) herausfiltert.
Lautsprechersystem (40) mit einem Lautsprecher (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (24,44) zur Aufspaltung eines akustischen Frequenzbandsignals (F) in mehrere Teilbandsignale (T4-T6) vorgesehen ist, und
wobei für die Wiedergabe eines der Teilbandsignale (T1-T4) der Lautsprecher (2) vorgesehen ist.
Lautsprechersystem (40) nach Anspruch 10 als medizinisches Hörgerät.
Verfahren zur Erzeugung von akustischen Schwingungen mit einem Lautsprecher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.