EP2959696A2 - Verfahren zur versteifung der membran eines schallwandlers - Google Patents

Verfahren zur versteifung der membran eines schallwandlers

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EP2959696A2 EP13826715.8A EP13826715A EP2959696A2 EP 2959696 A2 EP2959696 A2 EP 2959696A2 EP 13826715 A EP13826715 A EP 13826715A EP 2959696 A2 EP2959696 A2 EP 2959696A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for stiffening the membrane of a sound transducer and a diaphragm of a sound transducer.
  • Electrodynamic loudspeaker ⁇ cher Conventional transducers, such as are used in speakers are also referred to as electrodynamic loudspeaker ⁇ cher.
  • Electrodynamic ⁇ mix speaker or sound transducer comprises a magneti ⁇ ULTRASONIC DC field constituting permanent magnets or electromagnets ⁇ magnet in which a current-carrying voice coil is located. This voice coil is located on a swing ⁇ coil carrier of the movements of the voice coil on the
  • Transducer diaphragm transmits, causing the diaphragm to vibrate.
  • the aim of the present invention is therefore to achieve a higher level stability here by a novel process for stiffening the membranes.
  • stiffening coatings are to be applied to the membrane ⁇ cone.
  • the DE 7102857 U in turn provides a stiffening in particular in the region of the bead edge, which is coated on one side with a synthetic fiber nonwoven fabric. This can then be additionally laminated by a Kunststofffolie.
  • the loudspeaker diaphragm ⁇ a base layer having a fabric of a polyethylene naphthalate fiber, the thermosetting resin and, where a if a thermoplastic resin layer and / or a thermoplastic elastomer is impregnated.
  • the foamed resin ⁇ as well as optional third layer is a thermoplastic elastomer, for example, as a film or fabric.
  • it is the object of the present ⁇ invention to provide a method for stiffening the diaphragm of a transducer provides that a stiffening of the diaphragm of a transducer also subsequently made ⁇ light, so that this method be applied as a post-treatment to improve the frequency range of existing loudspeaker can.
  • the inventive method provides for this purpose a multi-step sequential treatment of a herkömmli ⁇ chen transducer membrane prior to by different Ma ⁇ terialien and their combination push the resonances of the membrane or of the sound transducer to a much greater range to ver ⁇ and to damp addition there, thereby consuming filtering as they are erfor ⁇ sary with conventional transducers, omitted.
  • the thus achievable improved me- Mechanical strength causes the converted in ariessim ⁇ pulse electrical signal can be converted much more effectively into sound. In this way, when ei ⁇ ner lower supply a higher undistorted sound conversion can be achieved for electrical power.
  • OF INVENTION ⁇ -making proper handling of the membrane also acts to protect the membranes against temperature and moisture, which is particularly necessary when used outdoors or even in the car ⁇ HiFi range.
  • the membrane is approximately effects a total of me ⁇ mechanically resilient while protecting against Witte ⁇ .
  • the inventive method achieves the effect of a multi-phase treatment of the membrane cone, which is made of a paper material in the standard case but may also consist of other material.
  • Phase 1 hereby provides a mechanically stabili ⁇ sierendes braid on the front and or back of applying the membrane. This mesh can be made from this ver ⁇ different high mechanical load-bearing materials.
  • the materials glass fiber, kevlar or carbon are only examples of possible usable materials that are supposed to positively influence the mechanics of the membrane.
  • the membrane By connecting the membrane cone with these stiffening materials, the membrane is able to absorb the forces introduced by the electrical pulse tensile and compressive ⁇ forces.
  • the question of whether the corresponding stiffening materials are applied in the form of a braid on the front and / or back side is dependent on of the material properties of the membrane as well as their size and their installation in the sound transducer.
  • phase 2 the membrane pretreated in this way is now coated over its entire area with resin.
  • This phase is divided into two parts in an advantageous embodiment of the invention, since a combination of resins of different viscosity causes here to ⁇ additional improvements.
  • a first coating of Polyes ⁇ terharz creates a compound of the material of the membrane, such as paper, with the braid or the stiffening fibers and this polyester resin coating.
  • a first intermediate stage is reached at which the Memb- ran is already significantly stiffened, but still resonances ⁇ zen exist.
  • Phase 2 therefore provides a further increase in resin coating of the coated polyester resin membrane before ⁇ .
  • an epoxy resin is provided, which has a significantly lower viscosity than polyester resin in its material properties.
  • This second layer in this case enters into a penetrating connection with the polyester resin layer applied first and thus alters the surface structure of the membrane.
  • phase 3 an acrylic lacquer coating is applied to the front and / or rear side, whereby the resonance peaks present after phase 3 can again be damped.
  • This last phase causes also that the sound permeable ⁇ ness of such treated membranes is additionally damped and thus the transmission of sound is further improved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers, welches eine Versteifung der Membran eines Schallwandlers auch nachträglich ermöglicht, sodass dieses Verfahren auch als Nachbehandlung zur Verbesserung des Frequenzbereichs bestehender Lautsprecher angewandt werden kann. Erreicht wird dies durch das Aufbringen eines Versteifungsgeflechtes auf die Vorder- und/oder Rückseite der Membran eines Schallwandlers, die nachfolgende Beschichtung der Membran mit aufgebrachtem Versteifungsgeflecht mit zumindest zwei Kunstharzen, wobei in einer ersten Stufe eine Polyesterharzschicht aufgetragen und ausgehärtet wird, die dann in der zweiten Stufe mit einem Epoxidharz überzogen und verbunden wird sowie dem abschließenden Aufbringen einer Acrylbeschichtung auf der vorder- und/oder Rückseite der Membran.

Description

Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers sowie eine Membran eines Schallwandlers .
Übliche Schallwandler, wie sie in Lautsprecherboxen eingesetzt sind, werden auch als elektrodynamische Lautspre¬ cher bezeichnet. Der hierbei übliche Aufbau des elektrodyna¬ mischen Lautsprechers bzw. Schallwandlers umfaßt ein magneti¬ sches Gleichfeld aufbauenden Permanentmagneten oder Elektro¬ magneten, in dem sich eine stromdurchflossene Schwingspule befindet. Diese Schwingspule befindet sich auf einem Schwing¬ spulenträger der die Bewegungen der Schwingspule auf die
Membran des Schallwandlers überträgt, wodurch die Membran in Schwingung versetzt wird.
Die Materialanforderungen an eine ideale Membran für einen Schallwandler sind vielfältig, da eine ideale Membran zur Verwirklichung eines hohen Wirkungsgrades leicht aber dennoch möglichst starr sein müsste, um gleichzeitig einen linearen Frequenzgang zu ermöglichen.
Zur Vermeidung stehender Wellen, also Resonanzen, wäre ein unendlich steifes Membranmaterial erforderlich, da dieses die Bewegungen der Schwingspule direkt vom Zentrum zum Membranrand übertragen könnte, da sich die Membran perfekt gleichförmig bewegt unabhängig von der zu übertragenden Fre¬ quenz. In der Praxis ist allerdings bislang ein solcher Werk¬ stoff nicht vorhanden, weshalb mit zunehmender Frequenz der Schall mehr Wellenzüge von der Anregungsstelle bis zum Rand der Membran benötigt. Es kommt hierbei zu den unerwünschten stehenden Wellen oder Resonanzen, die sich von der Anregungs¬ stelle zum Rand aber auch am Membranumfang und beliebig dia¬ gonal über die Membran hin erstrecken. Die unerwünschten Re¬ sonanzspitzen treten daher weitgehend ungleichmäßig auf.
Gegen diese unerwünschten stehenden Wellen werden im Stand der Technik zwei verschiedene Lösungen verfolgt.
Die Tendenz geht hierbei zur Stabilisierung der Membranen, also der Anstrebung möglichst steifer Membranwerk¬ stoffe. Es gibt hierfür verschiedene Ansätze. Beispielsweise wird zunehmend mit metallischen Membranen, vorzugsweise Alu¬ miniummembranen gearbeitet, wobei sich Aluminium als Membran¬ material im Mitteltonbereich bis hin zum Hochtonbereich ideal verhält. Oberhalb dieser Frequenzen treten allerdings weiter¬ hin Resonanzen auf, die in herkömmlicherweise mittels Fre¬ quenzweichen ausgeblendet werden müssen. Die Frequenzweiche blendet hierbei die problematischen Frequenzbereiche dieser Lautsprecher aus.
Der andere Lösungsansatz liegt in einer Bedämpfung der Membran mit einer zähelastischen Beschichtung, wobei hier problematisch ist, dass diese Bedämpfung im Stand der Technik nicht linear ist und daher ebenfalls deutliche klangliche Auswirkungen aufweist.
Aufgrund der vorliegenden beschriebenen Probleme bei der Verwendung steifer metallischer Membranen ist der Ansatz der vorliegenden Erfindung eine Weiterentwicklung der Be¬ schichtung von Membranen, um hierdurch deren Steifigkeit deutlich zu verbessern. Ausgangspunkt hierfür ist hier im Grunde der klassische Papierkonus im Schallwandler, der leicht verformbar ist, wodurch die auf die Membran einwirken¬ den Zug- und Druckkräfte bei dynamischen Schallwandlern zu Pegelverlusten führen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell aber auch auf Membranen aus anderen Materialien anwendbar . Es ist hierbei problematisch, dass es zu Signalver¬ fälschungen und frequenzabhängig zu Resonanzen kommt, die durch Partialschwingungen der Membran verursacht sind. Diese Signalverfälschungen, die auch als Phasenfehler bezeichnet werden, führen dann zum angesprochenen Pegelverlust und klanglichen Defekten.
Es ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt, di¬ verse Materialkompositionen zur Herstellung von Membran zu verwenden, die hier gegensteuern sollen. So sind die Materia- lien Papier, Aluminium, Titan, Keramik, Kevlar oder auch Car¬ bon bekannt, die in diversen Sandwich-Konstruktionen Anwen¬ dung finden, wobei sich hier wieder Nachteile dadurch ein¬ stellen, dass auch bei diesen Hartmembranen stark ausgeprägte Resonanzen im hörbaren Bereich erzeugt werden, die dann wie- derum elektronisch herausgefiltert werden müssen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, durch ein neuartiges Verfahren zur Versteifung der Membranen hier eine höhere Pegelfestigkeit zu erreichen. Hierbei sollen in mehreren Stufen versteifende Beschichtungen auf den Membran¬ konus aufgebracht werden.
Der Stand der Technik kennt, wie bereits ausgeführt seit langem Materialkombinationen zur Herstellung von Laut- sprechermembranen, so ist bereits aus der Schrift AT 225768 bekannt, ein deformierbares Textilgewebe mit Versteifungsmit¬ teln zu imprägnieren, in eine gewünschte Form zu pressen und abschließend mit einem aushärtenden Lack zu bedecken. Auch aus der DE 965 995 sind Membrane bekannt, die auf einem Fasergerüst basieren, in welches Hohlkörper einge¬ bracht werden, wobei auch hier eine abschließende Lackschicht vorgesehen ist, wobei in den Lack auch noch Festkörper einge¬ bettet werden können. Das derart hergestellte Verbundmaterial kann dann zur Formgebung für Membrane verwendet werden.
Die DE 2851745 C2 offenbart Membrane, die aus einer Metallfolienbasis bestehen, die mit einer KunstStoffSchicht überzogen ist, wobei hier die Metallfolie zwischen zwei
KunstStofffolien eingeschlossen ist.
Die DE 7102857 U wiederum sieht eine Versteifung insbesondere im Bereich des Sickenrandes vor, der einseitig mit einem Kunstfaservliesstoff beschichtet ist. Dieser kann dann zusätzlich durch eine KunstStofffolie kaschiert sein.
Aus der DE 202010013 175 Ul ist ein Verbundwerkstoff für Membrane offenbart, der zwischen einer inneren und einer äußeren Decksicht einen selbsttätig aushärtenden Schaum vor¬ sieht .
Die DE 244718 LautSprechermembrane die im Wesentli¬ chen aus Kohlenstoff und Harz gebildet sind. Hierbei wird ei¬ ne aus Kohlenstofffasern bestehende Bahn mit Harz getränkt und dann auf bekannte Weise geformt, um als Lautsprechermemb- ran benutzbar zu sein.
Schließlich ist aus der EP 1 429 582 A2 eine Laut¬ sprechermembran bekannt, die bei geringem Gewicht und einer guten Balance zwischen Festigkeit und internen Verlusten in einem einfachen und kostengünstigen Verfahren gefertigt wer¬ den soll. Hierfür weist die LautSprechermembran eine Basis¬ schicht mit einem Gewebe aus einer Polyethylennaphthalat- Faser auf, die mit einem wärmehärtbaren Harz und gegebenen- falls einer thermoplastischen Harzschicht und/oder einem thermoplastischen Elastomer imprägniert wird. Auf dieser Ba¬ sismembran kann optional als zweite Schicht eine wärmehärten¬ des geschäumtes Harz angeordnet sein sowie als optionale dritte Lage ein thermoplastisches Elastomer beispielsweise als Film oder Gewebe.
Den im Stand der Technik genannten Lösungen ist ge¬ mein, dass diese keine Membran beschreiben, die die ange¬ strebten idealen klanglichen Eigenschaften in sich vereinen kann. Auch diese Verbundmaterialien weisen Defizite und Pe¬ gelverluste auf, die vom erfindungsgemäßen Verfahren und den derart hergestellten Membranen vermieden werden sollen. Zudem handelt es sich in der Regel um Gestaltungen von Grundwerk¬ stoffen, aus denen dann Membranen geformt werden können, wo¬ bei eine Nachbearbeitung bestehender geformter Membranwerk¬ stoffe nicht möglich ist.
Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Er¬ findung, ein Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers bereit zu stellen, welches eine Versteifung der Membran eines Schallwandlers auch nachträglich ermög¬ licht, sodass dieses Verfahren auch als Nachbehandlung zur Verbesserung des Frequenzbereichs bestehender Lautsprecher angewandt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierfür eine mehrstufige aufeinanderfolgende Behandlung einer herkömmli¬ chen Schallwandlermembran vor, um durch unterschiedliche Ma¬ terialien und deren Kombination die Resonanzen der Membran bzw. des Schallwandlers in einem weit höheren Bereich zu ver¬ schieben und dort zusätzlich zu bedämpfen, wodurch aufwendige Filterungen, wie sie bei herkömmlichen Schallwandlern erfor¬ derlich sind, entfallen. Die so erreichbare verbesserte me- chanische Festigkeit bewirkt, dass das in einem Bewegungsim¬ puls umgesetzte elektrische Signal deutlich effektiver in Schall umgewandelt werden kann. Auf diese Weise kann bei ei¬ ner geringeren Zufuhr an elektrischer Leistung eine höhere unverzerrte Schallwandlung erreicht werden.
Neben diesen klanglichen Effekten bewirkt die erfin¬ dungsgemäße Behandlung der Membrane zudem einen Schutz der Membranen gegen Temperatur und Feuchtigkeitseinwirkung, was insbesondere beim Einsatz im Außenbereich oder auch im Auto¬ HiFi-Bereich erforderlich ist. Die Membran wird insgesamt me¬ chanisch belastbarer bei gleichzeitigem Schutz gegen Witte¬ rungseinwirkungen . Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht den Effekt, durch eine mehrphasige Behandlung des Membrankonus, der im Standardfall aus einem Papiermaterial gefertigt ist aber auch aus anderem Material bestehen kann. Phase 1 sieht hierbei vor, ein mechanisch stabili¬ sierendes Geflecht auf die Vorder- und oder Rückseite der Membran aufzubringen. Dieses Geflecht kann hierbei aus ver¬ schiedenen mechanisch stark belastbaren Materialien gefertigt sein. Die Materialien Glasfaser, Kevlar oder Carbon stellen hierbei nur Beispiele möglicher verwendbarer Materialien dar, die die Mechanik der Membran positiv beeinflussen sollen.
Durch die Verbindung des Membrankonus mit diesen Versteifungsmaterialien ist die Membran in der Lage, die durch den elektrischen Impuls eingeleiteten Zug- und Druck¬ kräfte aufzunehmen. Die Frage, ob hier die entsprechenden Versteifungsmaterialien in Form eines Geflechts vorder- und/oder rückseitig aufgetragen werden, erfolgt in Abhängig- keit von den Materialeigenschaften der Membran sowie deren Größe und deren Einbau in den Schallwandler.
In Phase 2 wird nun die derart vorbehandelte Membran vollflächig mit Harz beschichtet. Diese Phase ist in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung zweigeteilt, da eine Kombination von Harzen unterschiedlicher Viskosität hier zu¬ sätzliche Verbesserungen bewirkt. Nach Aushärten einer ersten Beschichtung aus Polyes¬ terharz entsteht eine Verbindung des Materials der Membran, beispielsweise dem Papier, mit dem Versteifungsgeflecht bzw. den Versteifungsfasern und dieser Polyesterharzbeschichtung. So wird eine erste Zwischenstufe erreicht, bei der die Memb- ran bereits deutlich versteift ist, aber immer noch Resonan¬ zen vorhanden sind. Entsprechende Messungen haben hierbei er¬ geben, dass insbesondere im Bereich zwischen 2 und 4 Kilo¬ hertz die Resonanzen in dieser Phase der Behandlung mit einem ersten Harz höherer Viskosität noch zu stark ausgeprägt sind und insofern einer weiteren Filterung und Bedämpfung bedür¬ fen. Daher ist eine weitere Behandlung der Membran zur Ver¬ besserung erforderlich.
Phase 2 sieht daher vor, eine weitere Harz- Beschichtung der mit Polyesterharz beschichteten Membran vor¬ zunehmen. Hierfür ist ein Epoxidharz vorgesehen, welches in seinen stofflichen Eigenschaften eine deutlich niedrigere Viskosität als Polyesterharz aufweist. Diese zweite Schicht geht hierbei eine durchdringende Verbindung mit der zuerst aufgetragenen Polyesterharzschicht ein und verändert somit die Oberflächenstruktur der Membran.
Die auf diese Weise erreichbare klangliche Verbesse¬ rung bewirkt, dass die zuvor im Bereich zwischen 2 und 4 Ki- lohertz vorhandenen Resonanzen nun in einem Bereich von etwa 5 Kilohertz auftreten mit einem etwa 50 prozentigem Pegelan¬ teil. Es ist daher noch eine weitere Behandlung der nun der¬ art vorbehandelten Membranen sinnvoll, weshalb in dieser Aus- führung eine vierte Beschichtung erfolgt.
In Phase 3 wird vorder- und/oder rückseitig eine Ac- ryllackbeschichtung vorgenommen, wodurch nochmals die nach Phase 3 vorhandenen Resonanzspitzen gedämpft werden können. Diese letzte Phase bewirkt zudem, dass die Schalldurchlässig¬ keit der derart behandelten Membranen zusätzlich bedämpft ist und somit die Übertragung des Schalls weiter verbessert wird.
Neben der durch dieses Verfahren möglichen Nachbe- handlung bereits bestehender Membranen besteht auch die Opti¬ on, das Verfahren zur Herstellung von Membranen im Allgemei¬ nen zu verwenden, um so ausgehend von einem einfachen Träger¬ material wie Papier zu einer deutlich verbesserten Membran zu gelangen .
Der große Anwendungsnutzen des Verfahrens liegt al¬ lerdings darin, ohne größere bauliche Veränderungen, bei¬ spielsweise im Bereich der in KFZ verbauten Schallwandler, diese serienmäßig im Fahrzeug verbauten Lautsprecher nachzu- behandeln und so signifikant zu verbessern. Es ist so nicht erforderlich, aufwendige und kostenintensive Nachrüstungen in den Fahrzeugen vorzunehmen, da die Verkabelungen belassen werden können und auch keine neuen Schallwandler oder zusätz¬ lichen elektronischen Komponenten erforderlich sind.
Insbesondere im Bereich von Fahrzeugen, die bei¬ spielsweise aus rechtlichen Gründen unter anderem im Bereich der Beschallung nicht modifiziert werden dürfen, beispiels¬ weise Leasingfahrzeuge, ergibt sich so der Vorteil, dass ohne bauliche Veränderungen die vorhandenen Schallwandler deutlich verbessert werden können. Dies betrifft auch andere Beschal¬ lungsanlagen im privaten und gewerblichen Bereich sowie der Unterhaltungselektronik .

Claims

t e n t a n s p r ü c h Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers umfassend die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte:
(1) Aufbringen eines Versteifungsgeflechtes auf die Vorder und/oder Rückseite der Membran eines Schallwandlers,
(2) Beschichtung der Membran mit aufgebrachtem Verstei¬ fungsgeflecht mit zumindest zwei Kunstharzen, wobei in einer ersten Stufe eine Polyesterharzschicht aufgetra¬ gen und ausgehärtet wird,
(3) die dann in der zweiten Stufe mit einem Epoxidharz
überzogen und verbunden wird,
(4) Aufbringen einer Acrylbeschichtung auf der vorder- und/oder Rückseite der Membran.
Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in Verfahrensschritt 1 aufgebrachte Versteifungsge¬ flecht aus Glasfaser, Kevlar oder Carbon oder einer Mi¬ schung dieser Materialien bestehen.
3. Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz eine durchdringende Verbindung mit der zuvor aufgebrachten Polyesterharzschicht eingeht.
4. Verfahren zur Versteifung der Membran eines Schallwandlers nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsgeflecht vollflächig oder auch nur partiell auf der Membran aufgebracht ist.
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