WO1990003709A1 - Membransystem - Google Patents

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WO1990003709A1
WO1990003709A1 PCT/EP1989/001142 EP8901142W WO9003709A1 WO 1990003709 A1 WO1990003709 A1 WO 1990003709A1 EP 8901142 W EP8901142 W EP 8901142W WO 9003709 A1 WO9003709 A1 WO 9003709A1
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membrane system
edge
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Helmut KRÜGER
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Ant Nachrichtentechnik Gmbh
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
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    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
    • H04R7/122—Non-planar diaphragms or cones comprising a plurality of sections or layers
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    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
    • H04R7/127—Non-planar diaphragms or cones dome-shaped

Definitions

  • the invention relates to a Hembransyst em after
  • the invention is applicable to a membrane or a
  • loudspeakers of all kinds, e.g.
  • Dome heater for pressure chamber systems, for one
  • the object of the invention is to provide a membrane system in which the distortions are emitted
  • the invention is based on calculations and tests which have shown that good mechanical properties of a membrane can be achieved with the design rule found, with the result that disruptive partial vibrations are largely avoided. About such partial vibrations To contain, a certain course of the bending stiffness and the
  • stiffening struts Preferably stiffening struts or
  • Trusses are dispensed with and instead a preferred solid shape is chosen, which, however, also includes foamed variants.
  • an edge ring can also be provided, which has the membrane at its edge and which in turn is clamped in place so that the membrane is guided in the axial direction
  • the fastening zone can also be the zone where the membrane is connected to a cone membrane of a loudspeaker, the membrane covering or bridging over the inner edge or the center of the cone membrane.
  • the fastening zone where the membrane is connected to the cone membrane and the drive can be the same
  • Figure 1 shows one half of a section along a
  • FIG. 2 shows the basic structure of a loudspeaker in section
  • Figure 3 represents one half of a section of another
  • Figure 1 shows a half of a radial section through a cone membrane M, the inner edge with a
  • electromagnetic drive E which acts in the direction of the membrane axis 1.
  • the cone membrane is rigid, ring-shaped, rotationally symmetrical and conical.
  • the drive is diaphragm and cone diaphragm drive at the same time.
  • Edge ring Rr over which is flexible and ring-shaped and has the shape of a bead. (An edge ring with several beads can also be used).
  • the edge ring Rr has on its outer edge an annular extension F, which is used to clamp the
  • a roationssym metric, rigid membrane P which serves as a dome vibrator and dust protection for the drive E.
  • the membrane P driven by the drive E in the form of a voice coil, acts as a piston oscillator.
  • Wall thickness h increases in a central ring area around R O / 2 with decreasing values of the radial coordinate r.
  • Membrane edge (r R) increasingly steeper. while increasing increasingly steeply in the direction of the membrane axis 1.
  • Adhere to distortion e.g. due to membrane deformation
  • the wall thickness must therefore be chosen in accordance with previous practice so that at the maximum deflection (which is dependent on the predetermined maximum load capacity of the sound transducer) the membrane does not experience fatigue fractures or inadmissible clinking.
  • the membrane preferably consists of homogeneous or foamed material with a smooth surface; if a higher effort and thus a higher price is permitted.
  • the loudspeaker shown schematically in section in FIG. 2 also has a permanent magnetic ring magnet 2
  • Regulations for the embodiments of the invention with membrane are also applicable to other basic membrane forms, e.g. on domed bell.
  • the radial coordinate for the membrane drive E 'does not coincide with the radial coordinate for the edge of the membrane P. However, if one only looks at the membrane P, it is actually directly driven at its edge by the cone membrane M, the cone membrane is therefore a "drive" for the membrane.
  • the cone membrane M merges at its outer edge into an edge ring R r , the extension F of which is attached to a loudspeaker basket 5, which in turn is connected to the pole plate 4.
  • the statements made in connection with FIG. 1 apply to the edge ring.
  • FIG. 3 shows a cross section of another membrane P ′, the course of the wall thickness h again being the same as in FIG. 1.
  • the middle is the membrane with a
  • Weight loaded consisting of a rod-shaped
  • the mass formed by the connecting member G, the body K and partly also by the centering membrane Z is a substitute for the mass which the membrane P does not have in the middle in that the wall thickness h does not approach infinity, as is actually the case the

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  • Audible-Bandwidth Dynamoelectric Transducers Other Than Pickups (AREA)

Abstract

Bei Schallwandlern soll Klirren durch Partialschwingungen der Membran verhindert werden. Die in der Mitte geschlossene Membrane (P) hat einen Verlauf ihrer Wandstärke (h), gemessen in Richtung ihrer Achse (1), der in einem mittleren Ringbereich zur Membranachse (1) hin ansteigt und von diesem Ringbereich ausgehend zur Membranmitte hin immer steiler ansteigt, während er zum Membranrand (R0) immer steiler abfällt. Das Membransystem ist insbesondere als Schallwandler mit Kalottenschwinger einsetzbar.

Description

Beschreibung
Membransystem
Die Erfindung betrifft ein Hembransyst em nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solches System ist bekannt aus der US-PS 4,532,383. Außerdem sei hingewiesen auf die DE-PS 30 36 030, DE-OS 36 22 526 und die
veröffentlichte internationale CPCT-) Anmeldung 87/00275.
Die Erfindung ist anwendbar für eine Membran oder ein
Membranteil von Membransystemen für Schallwandler,
insbesondere Lautsprecher aller Art, z.B. für
Kalottenstrahler, für Druckkammersysteme, für ein
Mittelteil eines Lautsprecherkonus oder einer -platte. Bei solchen Anwendungen führen unerwünschte Partialschwingungen zu Verzerrungen bei den abgestrahlten Schallschwingungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Membransystem anzugeben, bei welchem die Verzerrungen abgestrahlter
Schallschwingungen gering sind gegenüber den Schwingungen seines Antriebes.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Membransystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf Berechnungen und Versuchen, die ergeben haben, daß mit der gefundenen Bemessungsvorschrift gute mechanische Eigenschaften einer Membran mit der Folge erzielt werden können, daß störende Partialschwingungen weitgehend vermieden werden. Um solche Partialschwingungen einzudämmen, muß bei der Membran von innen nach außen ein bestimmter Verlauf der Biegesteifigkeit und des
Flächenträgheitsmomentes eingehalten oder angenähert werden.
Vorzugsweise wird dabei auf versteifende Streben oder
Fachwerke verzichtet und statt dessen eine bevorzugt massive Gestalt gewählt, zu der allerdings auch geschäumte Varianten zu rechnen sind.
An der im Patentanspruch 1 genannten Befestigungszone am Rand für die Befestigung des Antriebes der Membran kann auch ein Randring vorgesehen sein, welchen die Membran an ihrem Rand aufweist und der seinerseits ortsfest eingespannt ist, damit eine Führung der Membran in Axialrichtung
gewährleistet ist. Es kann sich bei der Befestigungszone aber auch um die Zone handeln, wo die Membran mit einer Konusmembran eines Lautsprechers verbunden ist, wobei die Membran den Innenrand oder das Zentrum der Konusmembran überdeckt oder überbrückt.
Auch bei der Ausführungsform, bei welcher die Membran das Zentrum einer Konusmembran koaxial überbrückt, kann sich die Befestigungszone, wo die Membran mit der Konusmembran verbunden ist, und der Antrieb beim selben
RadiaIkoordinatenwert befinden.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Figur 1 zeigt eine Hälfte eines Schnittes entlang eines
Durchmessers eines Membransystems für einen
Lautsprecher,
Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Lautsprechers im Schnitt,
Figur 3 stellt eine Hälfte eines Schnittes eines weiteren
Membransystems im Prinzip dar. Figur 1 zeigt eine Hälfte eines Radialschnittes durch eine Konusmembran M, die an ihrem inneren Rand mit einer
Radialführung Rf (nicht zwingend) und einem
elektromagnetischen Antrieb E versehen ist, der in Richtung der Membranachse 1 wirkt. Die Konusmembran ist biegesteif, ringförmig, rotationssymmetrisch und konisch. Der Antrieb ist zugleich Membran- und Konusmembranantrieb.
Die in Richtung der Membranachse 1 gemessene Wandstärke H der Konusmembran M verändert sich in Abhängigkeit von einer Radialkoordinate r, die im Zentrum der Membran P mit dem Wert r = O beginnt, am inneren Rand den Wert r = ri aufweist und am äußeren Rand der Konusmembran ihren Maximalwert r = R erreicht. Dort geht die Konusmembran M in einen
Randring Rr über, der biegeelastisch und ringförmig ist sowie die Gestalt einer Sicke aufweist. (Es kann auch ein Randring mit mehreren Sicken zur Anwendung gelangen) .
Die ebenfalls in Richtung der Membranachse 1 gemessene
Wandstärke S des Randringes verringert sich in Richtung einer Abstandskoordinate s von s = O ausgehend bis zum
Außenrand. Der Randring Rr weist an seinem Außenrand einen ringförmigen Fortsatz F auf, der zur Einspannung des
Randringes und damit indirekt auch der Membran M dient.
Innerhalb des inneren Randes der Konusmembran M befindet sich nun eingeklebt eine roationssym metrische, biegesteife Membran P, die als Kalottenschwinger und als Staubschutz für den Antrieb E dient. Die Wandstärke h dieser Membran P verändert sich in Abhängigkeit von der Radialkoordinate r, die in der Membranachse 1 mit dem Wert r = O beginnt und für die Membran P bis zu dem Grenzwert r = RO am Plattenrand läuft.
Bei r = RO sind die Konusmembran M und die Membran P
miteinander in nicht näher dargestellter Weise verklebt. Die Klebestelle wird Befestigungszone genannt. Ihre radiale Ausdehnung ist in der schematischen Figur 1 als vernachlässigbar klein angenommen worden. Die Membran P und die Konusmembran M können auch einstückig hergestellt sein. Dann weichen die Verläufe der Wandstärken h und H in der Umgebung des RadiaIkoordinatenwertes r = RO ( x = r/RO = 1) von den aufgrund theoretischer Überlegungen errechenbaren Werten in der Praxis ab; denn theoretisch ist die Wandstärke bei r = RO verschwindend klein, was natürlich in der Praxis nicht realisierbar ist.
Die Membran P, angetrieben durch den Antrieb E in Gestalt einer Schwingspule, wirkt als Kolbenschwinger. Ihre
Wandstärke h nimmt in einem mittleren Ringbereich um RO/2 herum mit sinkenden Werten der Radialkoordinate r zu. Der Minimalwert der Wandstärke h wird bei r = RO erreicht und der Maximalwert bei (oder in der Praxis nahe) r = O.
Ausgehend vom mittleren Ringbereich fällt die Wandstärke h - immer gemessen in Achsrichtung - in Richtung zum
Membranrand (r = R) zunehmend steiler ab. während sie in Richtung zur Membranachse 1 zunehmend steiler zunimmt. Die Wandstärke h folgt mit zulässigen Toleranzen von ± 5 % bevo rzugt de r Be z i e hung h = c · ( 1 - x2 ) m · xn m i t x = r / RO , c = Kon s t ant e , m = 0 , 1 . . . 0 .4, n = -0 ,05 . .. -0 , 2
(bevorzugt: m = 0,2, n = -0,1). Zwischen dem Maximum und dem Minimum verläuft die Wandstärke h selbst, aber auch deren Zu- bzw. deren Abnahme (also der Differentialquotient dh/dr) stetig oder wenigstens stückweise angenähert stetig
(quasi stetig). Dies trifft jedenfalls in einem Bereich zu. der sich von r = 0-05 RO bis an die Befestigungszone um r = RO erstreckt; denn die Befestigungszone am Rand muß aus den oben angegebenen Gründen unter Umständen bei Aussagen über den Wandstä rkever Lauf ausgenommen werden, und ähnliches gilt für einen kleinen Mittenbereich um die Membranachse 1 herum, wo die Wandstärke theoretisch unendlich groß sein müßte, was aber in der Praxis nicht möglich ist. Der Betrag der Konstanten c und damit der Mittelwert der Wandstärke der Membran, wird in bekannter Weise entweder aufgrund von Erfahrungswerten mit Sicherheitszuschlägen oder aufgrund von Berechnungen oder Versuchen festgelegt. Dabei ist die Festigkeit des gewählten Materials zu berücksichtigen und auch dessen Dichte (spezifisches Gewicht), denn von den bewegten Massen hängt die untere Grenzfrequenz eines
Schallwandlers ab. An sich würde man die Wandstärke gerne möglichst klein wählen, muß aber mit Rücksicht auf die
Gefahr von Ermüdungsbrüchen und auf die Gefahr von
Klirrerscheinungen (z.B. aufgrund von Membranverformungen) Mindestwandstärken einhalten. Die Wandstärke muß also in Übereinstimmung mit der bisherigen Praxis so gewählt sein, daß bei der maximalen Auslenkung (die abhängig ist von der vorgegebenen maximalen Belastbarkeit des Schallwandlers) der Membran weder Ermüdungsbrüche noch unzulässiges Klirren auftreten.
Die Membran besteht bevorzugt aus homogenem oder geschäumtem Material mit glatter Oberfläche; wenn ein höherer Aufwand und damit höherer Preis zugelassen ist. werden
Sandwich-Formen bevorzugt.
Der schematisch im Schnitt in Figur 2 gezeigte Lautsprecher weist einen permanentmagnetischen Ringmagneten 2 mit
weichmagnetischem Kern 3 und mit einer Polplatte 4 auf. Im Luftspalt des damit gebildeten magnetischen Kreises befindet sich ein Membranantrieb E' an einem Hohlzylinder Z. der durch eine Radialführung Rf geführt ist und über den eine Konusmembran M angetrieben ist. Dabei handelt es sich um eine sogenannte Nawi-Membran (nicht abwickelbare Membran) die von der Konusform (Figur 1) abweicht, aber dennoch ein der Figur 1 entsprechendes Wandstärkeprofil aufweist. Die Konusmembranform ähnelt einem ExponentiaItrichter. Bei dieser Gelegenheit sei darauf verwiesen, daß die
Vorschriften für die Ausführungsformen der Erfindung mit Membran auch auf andere Membran-Grundformen anwendbar sind, z.B. auf glockenförmig gewölbte.
Bei dem Beispiel nach Figur 2 fällt die Radialkoordinate für den Membranantrieb E' nicht mit der Radialkoordinate für den Rand der Membran P zusammen. Betrachtet man allerdings nur die Membran P, so wird diese tatsächlich an ihrem Rand von der Konusmembran M unmittelbar angetrieben, die Konusmembran ist also "Antrieb" für die Membran.
Die Konusmembran M geht an ihrem Außenrand über in einen Randring Rr, dessen Fortsatz F an einem Lautsprecherkorb 5 befestigt ist, der seinerseits mit der Polplatte 4 verbunden ist. Für den Randring gilt das im Zusammenhang mit Figur 1 Gesagte.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer anderen Membran P', wobei der Verlauf der Wandstärke h aber wieder derselbe wie in Figur 1 ist. In der Mitte ist die Membran mit einem
Gewicht belastet, bestehend aus einem stabförmigen
Verbindungsglied G und einem daran befestigten Körper K, der wiederum mit einer Zentriermembran Z verbunden ist, welche am Rand in einem ortsfesten Lager L gelagert ist. Die durch das Verbindungsglied G, den Körper K und teilweise auch durch die Zentriermembran Z gebildete Masse bildet einen Ersatz für diejenige Masse, welche die Membran P dadurch in der Mitte nicht aufweist, daß die Wandstärke h hier nicht gegen Unendlich geht, wie es eigentlich entsprechend der
Formel h = c · (1-x2)m · xn der Fall sein müßte.

Claims

Patentansprüche
1. Membransystem mit in der Mitte geschlossener
rotationssymmetrischer Membran eines Schallwandlers, die nahe ihrem Rand über eine ringförmige Befestigungszone für einen Antrieb angetrieben ist und in einem mittleren
Ringbereich zwischen Membranrand (Ro) und -achse (1) einen
Verlauf der in Richtung der Membranachse (1) gemessenen
Wandstärke (h) aufweist, der zur Membranachse (1) hin ansteigt, wobei der Verlauf zwischen der Befestigungszone am
Membranrand (Ro) und einem Mittenbereich, der sich mit einem
Durchmesser von weniger als 5 % des Membrandurchmessers um die Membranachse (1) erstreckt, stetig oder quasistetig ist und von dem mittleren Ringbereich ausgehend bis zur
Befestigungszone am Membranrand (Ro) hin zunehmend steiler abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf vom
mittleren Ringbereich ausgehend zum Mittenbereich hin zunehmend steiler ansteigt.
2. Membransystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ringförmigen Bereich von 20% bis 70% des
Membran radi us (Ro) ein Wendepunkt (W) des
Wandstärkeverlaufes liegt.
3. Membransystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendepunkt (W) in einem Bereich von 30 % bis 60 % des Membranradius (Ro) liegt.
4. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (P) bei 5 %
ihres Membran radi us (Ro) ungefähr doppelt so dick oder dicker ist als bei 95 % des Membranradius (Ro).
5. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Mittenbereich ein Gewicht (G, K, Z) angeordnet ist, das aus einem anderen Material besteht als die Membran (P).
6. Membransystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsglied (G) zwischen dem Mittenbereich und einer Zentriermembran (Z) Teil des Gewichtes ist.
7. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandstärkeverlauf innerhalb eines Wertebereiches von x = 5 % bis x = 90 % der Beziehung h = c · (1-x2)m · xn
folgt, wobei x die auf den Membranradius (RO) normierte Radialkoordinate ist, die senkrecht auf der Membranachse (1) steht, c eine Konstante, h die in Richtung der
Membranachse (1) gemessene Wandstärke und m = 0,1 ... 0,4, n = -0,05 ... -0,2 ist und Toleranzabweichungen von
± 5 % zugelassen sind.
8. Membransystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß m = 0,2 und n = -0,1 ist.
9. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdichte und/oder der Elastizitätsmodul des Membranmaterials unabhängig von der Radialkoordinate (r), die senkrecht auf der
Membranachse (1) steht, soweit konstant ist, wie es mit üblichen Herstellungsmethoden erzielt wird.
10. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdichte von einem Kernbereich ausgehend in beide Axialrichtungen (A, B) zunimmt.
11. Membransystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus homogenem oder quasihomogenem, insbesondere geschäumtem Material besteht.
12. Membransystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (P) nur
bezüglich ihrer Umhüllenden rotationssymmetrisch ist und aus einem geschäumten oder als Fachwerk oder
wabenförmig gebildeten Kern zwischen zwei festeren
Deckschichten besteht.
13. Membransystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (P) den achsnahen Bereich einer ringförmigen zweiten Membran M) überbrückt, welche den Antrieb für die erstgenannte Membran (P) bildet
PCT/EP1989/001142 1988-09-30 1989-09-28 Membransystem WO1990003709A1 (de)

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JP (1) JPH04503739A (de)
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WO (1) WO1990003709A1 (de)

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