WO2004019652A2 - Lautsprecher - Google Patents

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WO2004019652A2
WO2004019652A2 PCT/EP2003/009036 EP0309036W WO2004019652A2 WO 2004019652 A2 WO2004019652 A2 WO 2004019652A2 EP 0309036 W EP0309036 W EP 0309036W WO 2004019652 A2 WO2004019652 A2 WO 2004019652A2
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plate
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Daniel Beer
Berthold Schlenker
Sandra Brix
Thomas Sporer
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Priority to EP03792319A priority patent/EP1506691B1/de
Priority to DE50301564T priority patent/DE50301564D1/de
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Publication of WO2004019652A3 publication Critical patent/WO2004019652A3/de
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    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/13—Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems

Definitions

  • the present invention relates to loudspeakers and in particular to flat loudspeakers or flat-panel sound converters.
  • the aim is to design loudspeakers so that they can be integrated into other devices or furniture, so that they can be distributed unobtrusively in the room. For example, there are already loudspeakers that act as picture frames, screens or even closet doors.
  • the cone loudspeaker is not suitable for the technical implementation of these "hidden” loudspeakers because its diaphragm shape means that it is not flat enough.
  • a loudspeaker is better suited if the diaphragm is flat as a plate from the start and the electro-acoustic excitation system is as small as possible.
  • This principle namely the use of a plate as a membrane in Connection with the use of an excitation system has already been used for an acoustic shop window advertisement in DE 465189 published in 1929 and its additions DE 484409 and 484872. There, a window pane of a shop window served as a membrane, which was stimulated to emit sound by an attached electrodynamic excitation system.
  • the basic function mechanism of this principle is that an electrical signal applied to the electrodynamic excitation system is converted into a tone-frequency mechanical vibration. This mechanical oscillation is transmitted to the plate serving as a membrane at an excitation point at which the excitation system rests on or is attached to the membrane, as a result of which structure-borne noise is generated in the plate.
  • the structure-borne sound component that spreads in the membrane using bending waves ensures the generation of airborne sound.
  • the properties of the flexible shaft in particular its excitation and its propagation, have a decisive influence on the construction of a flat loudspeaker based on the flexible shaft principle. Taking these properties into account, it results that diaphragm plates with low weight and large dimensions are necessary for broadband sound reproduction.
  • the required plate size now stands in the way of the goal of invisibly integrating the loudspeaker into the surroundings of the listener. Even with relatively large disks, the reproduction of the frequency range below about 200 Hz is of poor quality. The reason for this is that a plate only vibrates in its own modes with their associated natural frequencies and the mode density, ie the number of modes per frequency range, is decisive for sound reproduction. A sufficient mode density has not yet been achieved below 200 Hz.
  • DE 19541197 AI describes a cone loudspeaker with an electrodynamic vibration system, a cone-shaped membrane, a bead and a basket, on which the membrane is suspended over the bead.
  • the membrane When a sound signal is applied to the vibration system, the membrane carries out a lifting movement along the center line.
  • the membrane is provided with a layer of piezoelectric material, which is also connected to the sound signal source and experiences changes in expansion.
  • the layer acts as a thickness oscillator or bending oscillator.
  • DE19960082A1 describes a loudspeaker with a plate membrane which is operated on its rear side by an oscillation drive.
  • the plate membrane performs a lifting movement when it vibrates.
  • the object of the present invention is to provide a loudspeaker which enables a better reproduction quality with a fixed size or a more compact construction with a fixed reproduction quality.
  • a loudspeaker comprises a membrane, a first excitation device for excitation of structure-borne noise in the membrane and a second excitation device, which is different from the first, for displacing the membrane in
  • the problem of the low bass reproduction on the one hand and the size which is the opposite of the invisible integration or installation is solved by introducing a second excitation system which, in addition to the bending vibrations of the structure-borne noise, introduces the membrane or the plate serving as the membrane moved back and forth uniformly. Sound reproduction is therefore possible over the entire hearing frequency range without the goal of invisible integration or installation being hindered.
  • the main idea of the present invention is that a broadband reproduction can be obtained by means of a compact loudspeaker, which consists of a membrane and associated excitation device, by using two different excitation devices to excite the membrane, which differentiate the membrane Set in vibration and are responsible for different frequency bands or frequency ranges.
  • the one known excitation device for generating structure-borne noise in the membrane is only responsible for reproducing the high and mid-range, and its task is merely to excite as many bending waves as possible in the membrane.
  • the previously lacking low-frequency range is taken over by the excitation device added according to the invention, which excites the diaphragm for longitudinal forward and backward oscillation movements with a large stroke.
  • the membrane is excited by the second excitation device introduced according to the invention to longitudinal vibrations, whereby the membrane thus vibrates in the form of bending waves and additionally moves as a whole back and forth.
  • the deflection of the second excitation device can be far greater than that of the bending waves of the structure-borne noise generating device. Since the membrane has a relatively large fictitious membrane area, a lot of air volume is moved by moving the plate back and forth uniformly. In this way, the generation of sufficient sound levels in the low-frequency range is much better possible than with the flexible shaft principle, in which the membrane deflections can also be smaller.
  • An advantage of the present invention is again that by combining both types of excitation, i.e. the structure-borne sound generation and the longitudinal back and forth oscillation movement, a clearly better reproduction of the entire hearing frequency range is possible on a membrane.
  • an advantage of the present invention is that the bass reproduction is significantly improved with the membrane size remaining the same due to the combination of the two excitation devices.
  • the advantage of the Visible integration or installation is not eliminated by this, but is supplemented by better playback quality.
  • Another advantage of the present invention is that the fact that the longitudinal oscillation movement moves a lot of air volume means that the bass reflex principle can be used effectively, which has not led to any improvement in bass generation in previous flat speakers based on the bending wave principle.
  • Another advantage of the present invention is that since the reproduction in the low frequency range is carried out by the generation of back and forth vibrations of the membrane, the structure-borne noise generating device can also operate according to the piezoelectric principle, which was previously the case when only structure-borne noise was used of the very narrow frequency range for which the piezoelectric principle is suitable was only possible with a loss of bandwidth. As a result of the combination with the additional excitation system for the longitudinal vibration movement of the membrane, a significant improvement in the sound reproduction is achieved, so that the structure-borne sound generating device can operate according to the piezoelectric principle.
  • FIG. 1 a shows a schematic partial sectional side view of a flat loudspeaker according to an exemplary embodiment of the present invention, only the plate serving as the membrane being shown together with the structure-borne noise generating device without the longitudinal vibration excitation device, the vibration behavior of the membrane, ie that caused by the structure-borne noise generation device-generated bending waves are indicated;
  • Fig. Lb is a schematic partial sectional side view of the loudspeaker of Fig. La, only the plate serving as a membrane and the longitudinal vibration excitation device and not the structure-borne noise generating device is shown, the vibration behavior, i.e. the back and forth oscillation movement, which is indicated by the plate due to the longitudinal oscillation excitation device;
  • Fig. Lc is a schematic front view of the speaker of Fig la and lb;
  • Fig. Ld is a schematic partial sectional plan view of a
  • Loudspeaker in which the longitudinal vibration excitation device according to FIG. 1b and the structure-borne sound generation device according to FIG. La are combined to form a speaker;
  • FIGS. 2a and 2b show a schematic front view and partial sectional top view of a loudspeaker according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic partial sectional plan view of a loudspeaker according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic partial sectional plan view of a loudspeaker according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a schematic partial sectional plan view according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a partial sectional top view of a loudspeaker according to a further exemplary embodiment of the present invention, only the body sound generating device and not the longitudinal vibration excitation device being shown.
  • the loudspeaker which is generally indicated at 10, essentially consists of a plate 12 serving as a membrane, a structure-borne sound generating device 14, a longitudinal vibration excitation device 16 and an excitation signal generating device 18.
  • the structure-borne noise generating device 14 works according to the electrodynamic principle and is shown in more detail in cross section in FIG.
  • the structure-borne noise generating device 14 comprises an annular permanent magnet 20 which is polarized along its axis of rotation, a cylindrical pole core 22 which is centered or coaxial with the annular permanent magnet 20, and a voice coil 24 which extends in an annular air gap between the pole core 22 and the permanent magnet 20
  • the structure-borne sound generating device 14 formed as an electrodynamic drive can have, for example, disk-shaped or ring-shaped pole plates. Of course, another structure of the electric motor drive is also possible.
  • the part consisting of the voice coil 22 on the one hand and the part of the structure-borne sound generating device 14 consisting of the pole core 22 and the permanent magnet 20 on the other hand are displaceable relative to one another.
  • the structure-borne noise generating device 14 thus formed is fastened in a centered manner on the plate 12 via the part containing the voice coil 22.
  • the reverse case is also conceivable, as described below. Otherwise, the structure-borne noise generating device is not fixed or unsupported, ie the other part consisting of components 20 and 22 is freely movable.
  • the membrane 12 has been described by way of example as a perpendicular membrane 12, to which a coil 24 is fastened, which is immersed in an annular air gap between a cylindrical pole core 22 and an annular permanent magnet 20, the pole core 22 and permanent magnet 20 forming a unit, which is guided over the voice coil 24 in order to be displaceable relative to the same in the direction perpendicular to the direction of expansion of the membrane 12.
  • the vertical membrane is part of a wall, for example. In this vertical orientation, no force acts on the unsupported part 20, 22 of the drive 14 which points in the direction of the surface normal of the membrane 12, ie in the direction in which this part can be displaced relative to the voice coil 24, but only that weight force shown below.
  • this part naturally has a certain inertia, so that the excitation device 14, which is intended to generate structure-borne sound in the membrane 12 ', i.e. mechanical waves in the grating of the membrane 12, which propagate in it, is excited at high frequency, and that with sufficient inertia or sufficient weight of the freely movable part 20, 22 of the drive compared to the inertia or the weight of the diaphragm 12 this part will essentially not leave its position, but rather only the voice coil 24 together with the diaphragm 12 moved back and forth within the air gap and the free moving part 20, 22 continues to be prevented from being pulled down by gravity.
  • Factors such as the elasticity of the membrane material, play a role in how much the membrane 12 and thus also the voice coil 24 are deflected, so that the voice coil 24 can be prevented from sliding out of the air gap of the excitation device 14, with appropriate consideration.
  • the stroke caused by the longitudinal vibration excitation device 16 must also be taken into account in order to prevent the coil from being pulled out of the gap which virtually remains at a standstill due to the inertia of the freely movable part. This can be done, for example, by the corresponding length of the overlap of the coil 24 and the air gap.
  • an elastic connection of the two parts of the drive 14 which are slidable relative to one another can be provided, so that the freely movable part is moved together with the diaphragm and the part fastened to it in the event of vibrations, and also structure-borne noise due to higher-frequency relative movements to the fastened part of the membrane.
  • a loudspeaker of the type shown can also be attached in a different position, e.g. on the ceiling. Then, however, additional precautions would have to be taken to ensure that the moving parts of the drive 14 are coupled to one another, e.g. in addition to the mechanical air gap voice coil guide via an elastic connection, so that the two movable parts of the drive 14 alone already form an oscillatable system and a sliding down of the freely movable part of the drive 14 from the guide through the coil 24 is prevented.
  • the electrodynamic drive 14 converts an electrical excitation signal, which flows through the voice coil 24, according to the electrodynamic principle into a mechanical relative oscillation movement between the two parts, the one attached to the plate 12 and the freely movable one.
  • the freely movable part advantageously has enough Inertia in order to effectively transmit the mechanical relative oscillation movement to the plate 12, as a result of which structure-borne noise and in particular bending waves are generated in the plate 12, as is exaggeratedly shown in FIG.
  • the excitation signal, which flows through the voice coil 24, receives the same from the excitation signal generating device 18, which in turn generates the same from an electrical sound signal, which indicates the information to be reproduced in a suitable manner.
  • the longitudinal vibration excitation device 16 also works according to the electrodynamic principle and is shown in cross section in FIG. 1b.
  • the longitudinal vibration excitation device 16 is arranged coaxially to the structure-borne sound generating device 14.
  • the electrodynamic drive of the longitudinal vibration excitation device 16 also comprises a permanent magnet 30, a pole core 32 and a voice coil 34.
  • the voice coil 34 also receives its electrical excitation signal from the excitation signal generating device 18, which generates the same from this tone signal indicating the information to be reproduced.
  • the part comprising the voice coil 34 contacts the plate 12 - or is connected to it - via an adapter 36.
  • the voice coil 34 is firmly connected to the adapter 36, which extends from the voice coil 34 in the direction of the plate 12 and thereby radially extends to either rest or be attached, such as glued, to the plate 12 when the loudspeaker 10 is at rest along an annular excitation area with a certain diameter, and to surround the structure-borne sound generator 14 together with the plate 12.
  • the adapter 36 consists of a cylinder jacket 38 with a diameter which exceeds one tenth of the extent of the plate 12 at the narrowest point, and webs 40 which extend radially and connect the cylinder jacket 38 to the voice coil 34 such that the cylinder jacket 38 is coaxially aligned with an excitation point at which the mechanical Vibration of the structure-borne sound generating device 14 is exerted on the plate 12.
  • the adapter 36 does not have to have a circular cross-section or a circular excitation area, as shown in FIGS. 1a-1d, and is designed as a ring adapter, but can also be rectangular, for example.
  • the extent of the excitation area is, for example, between one tenth and new tenth of the extent of the plate 12 in the respective direction of expansion of the plate 12.
  • the adapter 36 enables the mechanical oscillation of the drive 16 to produce a longitudinal oscillatory movement of the plate 12 almost entirely, that is to say translationally , leads, as will be explained in the following.
  • Supports can be arranged along the contact surface of the adapter 36, which protrude from the adapter 36 in the direction of the plate 12, so that the adapter 36 only at isolated support points, i.e. the ends of the supports, rests on the plate 12 or is fastened there.
  • the influence of the adapter 36 or the longitudinal vibration excitation device 16 on the structure-borne noise generated can be further reduced without significantly. affect the uniformity of the drive of the longitudinal vibration excitation device 16.
  • the other part consists of the magnet 30 and the pole core 32 Partly fixed, such as attached to a rear wall of the speaker (not shown). In this way, the force transmission of the mechanical vibration generated by the longitudinal vibration excitation device 16 to the plate 12 is greater than in the case of the structure-borne noise generating device 14.
  • the loudspeaker 10 In order to convert the electrical sound signal, which specifies the information to be reproduced, into airborne sound in the form of longitudinal waves or pressure waves, the loudspeaker 10 comprises the two devices 14 and 16. Both devices 14 and 16 assume the reproduction of the information to be reproduced for different frequency ranges or frequency bands , The structure-borne noise generating device 14 is responsible for the reproduction of the high and mid-range, while the longitudinal vibration excitation device 16 is responsible for the low-frequency range.
  • the device 14 thus receives a higher-frequency component of the sound signal than the device 16.
  • the frequency range of the excitation signal for the structure-borne sound generating device 14 extends, for example, from 100 Hz to 25 kHz and preferably from 150 Hz to 20 kHz, while the frequency range of the excitation signal for the longitudinal vibration excitation direction 16 extends, for example, from 10 Hz to 2 kHz and preferably from 20 Hz to 200 Hz.
  • the excitation signal generating device 18 can be designed, for example, as a crossover.
  • the frequency range for structure-borne noise comprises a frequency which is higher than all frequencies covered by the frequency range for longitudinal vibration excitation, or the frequency ranges comprise a first frequency at which the excitation signal for structure-borne noise generation is higher than the other excitation signal and a second the first lower frequency at which the excitation signal for longitudinal vibration excitation is equal to or higher than the other excitation signal.
  • the mechanical vibrational movements generated by the excitation signal by the voice coil 24 lead to structure-borne noise in the plate 12 and in particular to bending waves, which in turn are converted to air-borne sound at the air-plate interface.
  • the structure-borne noise generating device 14 advantageously has a sufficient moment of inertia for this.
  • the longitudinal oscillation excitation device 16 sets the plate 12 in longitudinal oscillation movements 42 with a stroke which can be significantly larger, for example more than 20 times larger, than the amplitude of the structure-borne sound generating device 14, for example 20 mm.
  • This longitudinal forward and backward movement 42 of the plate 12 leads directly to longitudinal airborne sound waves or pressure waves 44 in the low frequency range.
  • the longitudinal vibration excitation device 16 with the the magnet 30 and the pole core 32 comprising part of the drive fixed, such as on a rear wall.
  • the adapter 36 serves to transmit the mechanical oscillation movement of the voice coil 34 distributed over the plate 12 in such a way that the plate 12 produces essentially translatory oscillation movements in the direction perpendicular to an expansion direction of the plate 12 is excited, ie the plate swings back and forth as much as possible.
  • the plate 12 thus vibrates in the form of bending waves, as shown in FIG. 1 a, and additionally as a whole back and forth, as shown by the double arrow 42 in FIG. 1 b.
  • the plate 12 Although it would be possible to carry the plate 12 only via a fixed connection through the adapter 36 to the part of the drive of the longitudinal vibration excitation device 16 comprising the voice coil 34 and the guidance of this part in the part comprising the permanent magnet 30 and the pole core 32, such as when the loudspeaker is suspended from the ceiling, it is preferred if a holder for the plate 12 is additionally provided, as is the case in the following exemplary embodiments.
  • the plate 12 is suspended so that during a longitudinal translation of the plate 12 from a rest position thereof in In the direction perpendicular to the plate extension, a force caused by the suspension counteracts this translational deflection in order to bring the membrane back into the rest position.
  • the suspension and plate 12 form an oscillatory system, in which the plate 12 is able to translate back and forth in the direction perpendicular to the direction of expansion.
  • This oscillation system should be designed for a natural frequency which is in the vicinity of the low-top area for which the longitudinal oscillation excitation device 16 is responsible in order to be able to use the resonance increase.
  • FIGS. 1a-1d show an exemplary embodiment for a loudspeaker in which the only difference from the exemplary embodiment in FIGS. 1a-1d is that the longitudinal vibration excitation device consists of four electrodynamically operating drives 16a, 16b, 16c and 16d, and the one serving as a membrane Plate 12 is suspended via a spider 50 on a frame 52, which in turn is fastened to a rear wall 54, to which in turn the part of the electrodynamically operating drives 16a-d comprising the permanent magnet 30 and the coil core 32 is also fastened.
  • Spider 50 is comprised of circumferentially attached elastic bands 56, such as rubber bands, which, from their attachment ends on the circumference of plate 12, extend substantially star-shaped outwardly from the center of plate 12 to the other end on the frame 52 to be attached.
  • the bands 56 are designed with regard to their fastening and spring constants in such a way that each edge piece is influenced equally.
  • the plate 12 serving as a membrane and the drives 16a-16d are preferably adjusted during assembly so that neither influences the direction of movement of the other. In this way, the diaphragm or plate mass and the mass of the longitudinal vibration excitation device 16 have no influence on the direction of vibration of the excitation coils 34 of the drives 16a-16d.
  • the spider 50 takes over the function of a bead, which dampens the membrane or plate 12 after each deflection and brings it back to the starting position or rest position.
  • the Rear wall 54 can serve as part of a speaker cabinet. However, the provision of a speaker cabinet is not necessary.
  • the excitation drives (16a-16d) are driven in phase either by one and the same excitation signal or by those which differ in amplitude in order to compensate for edge effects of the membrane plate 12.
  • FIG. 3 an embodiment of a loudspeaker is described which differs from the loudspeaker of FIGS. 2a-2b by a different suspension, but which also translates longitudinally vibrating movement of the plate 12 serving as a membrane back and forth about a rest position allows.
  • the membrane 12 is resiliently mounted on one axis 60 per corner of the rectangular plate 12 serving as a membrane.
  • the axles 60 are fixedly attached to the rear wall 54, on which the drives 16a-16d are also attached, the axles 60 projecting perpendicularly from the rear wall 54 running parallel to the plate 12, ie in the direction of the drives 16a-16d. 16d caused translational longitudinal vibration direction extend.
  • the plate 12 is supported at each corner, for example, by a corresponding hole at each corner through which the respective axis 60 extends.
  • a resilient mounting of the plate 12 at each corner on the axes 60 is achieved by, for example, spiral springs 62 which surround the axes 60, are guided by the latter and have an end fastened to the respective corner of the plate 12 and a fixed end, for example with the Rear wall 54 connected end.
  • spiral springs 62 which surround the axes 60
  • any other elastic means can also be used to define a potential minimum for the respective corner.
  • Vertical immersion of the voice coils of the drives 16a-16d is also ensured by the suspension according to FIG. 3.
  • the assembly is again preferably carried out in such a way that the membrane 12 and the drives 16a-16d do not mutually influence their directions of movement.
  • the rear wall 54 can serve as part of a loudspeaker housing.
  • Diaphragm mass and mass of the longitudinal vibration excitation device 16a-d have less influence on the direction of vibration of the voice coils 34 of the drives 16a-16d, ie they plunge into the respective air gap as in the non-installed state.
  • the springs take over the function of the bead, which dampens the membrane 12 after each deflection and returns it to the starting position.
  • the part of the drives of the longitudinal vibration excitation device comprising the voice coil can either be fixedly connected to the plate 12 or can only rest against it. In both cases, it is preferred that when the loudspeakers according to FIGS. 2a, 2b and 3 are assembled, the distance between the membrane plate 12 and the drives 16a-16d in the rest position of the membrane plate 12 is set in such a way that they just touch but in ru - when they do not exert any forces on each other. So that the membrane plate can better follow the movements of the drives 16a-16d, the part of the voice coil 22 or 34 comprising the same is preferably glued to the plate 12, for example.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a loudspeaker in which, in contrast to the loudspeaker according to FIG. 3, the drives 16a-16d forming the longitudinal excitation device are not fastened to the diaphragm plate 12 via the part comprising the voice coil 34, such as, for example, via a voice coil support via the part of the electrodynamic excitation system comprising the permanent magnet 30.
  • the voice coil 34 is on the sound speaker rear wall 54 and not attached to the membrane plate 12.
  • the suspension ie the axes 60 with the springs 62 or the spider 50, also ensures that the voice coil 34 is immersed vertically in the air gap between the permanent magnet 30 and the pole core 32.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a loudspeaker in which, as in the previous exemplary embodiments, both excitation devices 14 and 16 operate according to the electrodynamic principle, but the electrodynamic drive of the longitudinal vibration excitation device 16 as a magnet is the permanent magnet of the structure-borne sound generating device 14 used. 5 corresponds to that of FIGS. 3 and 4.
  • the longitudinal vibration excitation device 16 only comprises one coaxial to the voice coil 24 of the drive of the structure-borne sound generating device 14 arranged voice coil 70, which is fixed to the rear wall 54. Both voice coils 24 and 70 interact with the same permanent magnet 20. With this construction, a further pole core can additionally be provided around the voice coil 70.
  • the voice coil 70 thus surrounds the structure-borne noise generating device 14.
  • the part of the drive of the longitudinal vibration excitation device 16 comprising the voice coil 70 is fixed, while the other part is attached to the diaphragm plate 12 is, namely, the permanent magnet 20 of the structure-borne noise generating device 14.
  • the drive of the structure-borne noise generating device 14, on the other hand, is only fastened to the plate 12, namely with the part comprising the vibration coil 24.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment for a special attachment of structure-borne noise generating device 14 to plate 12, which serves as a membrane.
  • a voice coil support 80 which carries the voice coil 24 and has a conical part on the side facing the diaphragm plate 12, the cone tip being connected to the membrane 12.
  • a loudspeaker according to the invention with a housing in which the plate serving as a membrane is suspended from the housing via an airtight suspension in order to seal the housing airtight.
  • a special bead can be used, e.g. a continuous elastic band stretched between the circumference of the plate 12 and the circumference of a corresponding recess in the loudspeaker box.
  • the thickness can additionally be supported by the spring-axis suspension according to FIG. 3 or by the spider suspension according to FIGS. 2a and 2b. Since sufficient air volume is moved by the longitudinal translational movement of the entire membrane, the bass reflex principle can also be used here. For this purpose, a hole for the reflection channel is worked into the housing, for example laterally.
  • not only one or four drives can be provided for moving the membrane plate in longitudinal forward and backward oscillating movements, but any number. If several such longitudinal vibration drives are used, they are advantageously arranged in such a way that the membrane plate is driven in a uniformly distributed manner over the entire surface. If there are several drives, the adapter may be missing, as is the case with the examples in FIGS. 2-4.
  • the arrangement of several such longitudinal vibration drives is preferably always centrally symmetrical with respect to the membrane plate.
  • the use of several longitudinal vibration drives increases the possible sound level of the loudspeaker.
  • drives other than those described above could also be provided, drives based on a converter principle other than the electrodynamic principle based.
  • the drive used for the generation of structure-borne noise could also be designed to work according to the piezoelectric principle, such as, for example, a piezo crystal which is connected to the membrane on one side and connected to a weight on the other side and is otherwise freely movable ,
  • the structure-borne noise generating device is not firmly connected to the membrane, but that it is suspended, for example, by a suitable device from above at a fixed height, but otherwise in the longitudinal direction of vibration of the vertically oriented membrane is kept freely movable to rest against the membrane in the rest position.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßer Lautsprecher umfaßt eine Membran, eine erste Erregungseinrichtung (14) zur Erregung von Körperschall in der Membran (12) und eine zweite, von der ersten unterschiedlichen, Erregungseinrichtung (16) zum Versetzen der Membran (12) in eine longitudinale Schwingungsbewegung in Richtung senkrecht zur Membranausdehnung. Erfindungsgemäß wird das Problem der zu geringen Tieftonwiedergabe bzw. der der unsichtbaren Integration bzw. Installation entgegenstehende Größe dadurch gelöst, daß ein zweites Erregersystem eingeführt wird, welches die Membran (12) bzw. die als Membran dienende Platte zusätzlich zu den Biegeschwingungen des Körperschalls einheitlich vor und zurück bewegt. Die Schallwiedergabe ist dadurch über den gesamten Hörfrequenzbereich möglich, ohne daß das Ziel der unsichtbaren Integration bzw. Installation behindert wird.

Description

Lautsprecher
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und insbesondere auf Flachlautsprecher bzw. Flachschallwandler.
Der sich in der Unterhaltungselektronik abzeichnende Trend nach immer kleineren und kompakteren Komponenten macht auch vor der Lautsprechertechnologie nicht Halt. Der Trend geht sogar so weit, daß Lautsprecher nicht nur mehr klein sondern auch für den Hörer „unsichtbar", d.h. für das Auge des Hörers versteckt, sein sollen. Gerade für die Mehrkanal- Wiedergabe, wie Surround, und die Wellenfeldsynthese (WFS) ist die Möglichkeit der unsichtbaren Installation von großem Nutzen. Die hier benötigte Anzahl von einzelnen Kanälen und damit Lautsprechern erstreckt sich schnell auf über 50 Stück. Da solche Wiedergabesysteme aber auch für den Heimgebrauch entwickelt und angeboten werden sollen, und davon ausgegangen werden muß, daß der Kunde beispielsweise für ein WFS-System sein Wohnzimmer aus Platzgründen nicht mit 50 herkömmlichen Lautsprechern ausstatten will, müssen alternative Lautsprecher eingesetzt werden.
Ziel ist es, Lautsprecher so zu konstruieren, daß sie sich in andere Geräte oder Möbel integrieren lassen, so daß sich dieselben auf diese Weise unauffällig im Zimmer verteilen lassen. So gibt es beispielsweise bereits Lautsprecher, die gleichzeitig als Bilderrahmen, als Bildschirm oder sogar als Schranktür fungieren.
Für die technische Realisierung dieser „versteckten" Lautsprecher eignet sich der Konuslautsprecher nicht, da er aufgrund seiner Membranform nicht flach genug ist. Besser geeignet ist ein Lautsprecher, dessen Membran von vorneher- ein flach wie eine Platte ist und dessen elektroakustisches Erregersystem möglichst kleine Abmessungen hat. Dieses Prinzip, nämlich die Verwendung einer Platte als Membran in Verbindung mit der Verwendung eines Erregersystems, ist bereits in der 1929 veröffentlichten DE 465189 und deren Zusätzen DE 484409 und 484872 für eine akustische Schaufensterreklame verwendet worden. Dort diente eine Fenster- scheibe eines Schaufensters als Membran, welche durch ein angebrachtes elektrodynamisches Erregersystem zur Schallwiedergabe angeregt wurde.
Der diesem Prinzip grundlegende Funktionsmechanismus be- steht darin, daß ein an das elektrodynamische Erregersystem angelegtes elektrisches Signal in eine tonfrequente mechanische Schwingung umgewandelt wird. Diese mechanische Schwingung wird an einem Erregungspunkt, an welchem das Erregersystem an der Membran anliegt oder an derselben befe- stigt ist, auf die als Membran dienende Platte übertragen, wodurch Körperschall in der Platte erzeugt wird. Insbesondere derjenige Körperschallanteil, der sich anhand von Biegewellen in der Membran ausbreitet, sorgt für die Erzeugung von Luftschall.
Bei diesem Lautsprecherprinzip findet die Erzeugung von Luftschall folglich über den Umweg von Körperschall statt. Die longitudinalen mechanischen Schwindungsbewegungen der Schwingungspulse des Erregersystems werden nicht wie bei Konuslautsprechern von der Membran übernommen und sofort in Luftschall umgesetzt, sondern es wird zunächst Körperschall in der Membran erzeugt, der - und insbesondere der Biegewellenanteil desselben - dann die umgebende Luft zu Longi- tudinalwellen bzw. Druckwellen, d.h. Schall, anregt. Die Transformation Körperschall-Luftschall wirkt hierbei wie ein Filter in der Signalkette. Die Folge ist, daß nur derjenige Signalanteil des wiederzugebenden Signals als Luftschall wiedergegeben wird, der sich in der Platte als Körperschall ausbreiten und dann in den Raum abgestrahlt wer- den kann.
Da, wie bereits erwähnt, derjenige Körperschallanteil, der sich in Form der Biegewelle ausbreitet, den größten Beitrag zur Erzeugung von Luftschall mittels Plattenmembran liefert, haben die Eigenschaften der Biegewelle, insbesondere ihre Anregung und ihre Ausbreitung, entscheidenden Einfluß auf die Konstruktion eines Flachlautsprechers nach dem Bie- gewellenprinzip. Unter Beachtung dieser Eigenschaften ergibt sich, daß für eine breitbandige Schallwiedergabe Membranplatten mit geringem Gewicht und großen Abmessungen notwendig sind. Die erforderliche Plattengröße steht nun aber wiederum dem Ziel der unsichtbaren Integration des Lautsprechers in die Umgebung des Hörers im Wege. So ist bereits bei relativ großen Platten die Wiedergabe des Frequenzbereiches unterhalb von etwa 200 Hz von schlechter Qualität. Der Grund hierfür besteht darin, daß eine Platte nur in ihren Eigenmoden mit ihren zugehörigen Eigenfrequen- zen schwingt und für die Schallwiedergabe die Modendichte, d.h. die Anzahl der Moden pro Frequenzbereich, entscheidend ist. Unterhalb von 200 Hz ist eine ausreichende Modendichte bisher jedoch nicht erzielt worden.
Somit besteht ein Bedarf nach einem Lautsprecher, der einerseits der unsichtbaren Integration zugänglich ist, d.h. flach und klein implementierbar ist, und der andererseits nicht nur im Mittel- und Hochtonbereich sondern auch im Tieftonbereich eine zufriedenstellende Schallwiedergabe er- möglicht.
Die DE 19541197 AI beschreibt einen Konuslautsprecher mit einem elektrodynamischen Schwingungssystem, einer konusför- migen Membran, einer Sicke und einem Korb, an dem die Mem- bran über die Sicke aufgehängt ist. Bei Anlegen eines Tonsignals an das Schwingungssystem vollführt die Membran eine Hubbewegung entlang der Mittellinie. Die Membran ist mit einer Schicht eines piezoelektrischen Materials versehen, die ebenfalls mit der Tonsignalquelle verbunden wird und dabei Ausdehnungsänderungen erfährt. Je nachdem, ob die Schicht mit einer weiteren Schicht verbunden ist oder eine bimorphe Anordnung zweier gegensätzlich gepolter und mit¬ einander verklebter Längs- bzw. Radialschwinger-Platten ist, wirkt die Schicht als Dicken-Schwinger oder Biegeschwinger.
Die DE19960082A1 beschreibt einen Lautsprecher mit einer Plattenmembran, die an ihre Rückseite von einem Schwingungsantrieb betrieben wird. Die Plattenmembran vollführt bei der Schwingung eine Hubbewegung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lautsprecher zu schaffen, der bei fester Größe eine bessere Wiedergabequalität oder bei fester Wiedergabequalität einen kompakteren Aufbau ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Lautsprecher gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Lautsprecher umfaßt eine Membran, eine erste Erregungseinrichtung zur Erregung von Körperschall in der Membran und eine zweite, von der ersten unterschied- liehen, Erregungseinrichtung zum Versetzen der Membran in
eine longitudinale Schwingungsbewegung in Richtung senkrecht zur Membranausdehnung.
Erfindungsgemäß wird das Problem der zu geringen Tiefton- wiedergäbe einerseits und der der unsichtbaren Integration bzw. Installation entgegenstehenden Größe andererseits dadurch gelöst, daß ein zweites Erregersystem eingeführt wird, welches die Membran bzw. die als Membran dienende Platte zusätzlich zu den Biegeschwingungen des Körper- schalls einheitlich vor und zurück bewegt. Die Schallwiedergabe ist dadurch über den gesamten Hörfrequenzbereich möglich, ohne daß das Ziel der unsichtbaren Integration bzw. Installation behindert wird.
Anders ausgedrückt, besteht der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin, daß eine breitbandige Wiedergabe mittels eines kompakten Lautsprechers erhalten werden kann, der aus einer Membran und zugehöriger Erregungseinrichtung besteht, indem zur Erregung der Membran zwei unterschiedli- ehe Erregungseinrichtungen verwendet werden, die die Membran auf unterschiedliche Weise in Schwingung versetzen und für verschiedene Frequenzbänder bzw. Frequenzbereiche zuständig sind. Die eine, bereits bekannte Erregungseinrichtung zur Erzeugung von Körperschall in der Membran ist er- findungsgemäß lediglich für die Wiedergabe des Hoch- und Mitteltonbereiches zuständig und ihre Aufgabe besteht lediglich darin, möglichst viele Biegewellen in der Membran anzuregen. Den bisher fehlenden Tieftonbereich übernimmt die erfindungsgemäß hinzugefügte Erregungseinrichtung, die die Membran zu longitudinalen Vor- und Zurückschwingungsbewegungen mit großem Hub anregt. Entgegen der Schallerzeugung der Körperschallerregungseinrichtung wird die Membran von der erfindungsgemäß eingeführten zweiten Erregungseinrichtung zu longitudinalen Schwingungen angeregt, wodurch die Membran somit in sich in Form von Biegewellen schwingt und sich zusätzlich als Ganzes einheitlich vor und zurück bewegt . Die Auslenkung der zweiten Erregungseinrichtung kann weitaus größer sein als die der Biegewellen der Körperschaller- zeugungseinrichtung. Da die Membran eine relativ große fiktive Membranfläche besitzt, wird durch das einheitliche Vor- und Zurückbewegen der Platte viel Luftvolumen bewegt. Auf diese Weise ist die Erzeugung von ausreichend Schallpegel im Tieftonbereich deutlich besser möglich als mit dem Biegewellenprinzip, bei dem die Membranauslenkungen auch kleiner sein können.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht wiederum darin, daß durch die Kombination beider Erregungsarten, d.h. der Körperschallerzeugung und der longitudinalen Vor- und Zurückschwingungsbewegung, auf einer Membran eine deut- lieh bessere Wiedergabe des gesamten Hörfrequenzbereiches möglich ist.
Aufgrund der Ermöglichung eines größeren Membranhubs im Tieftonbereich durch die erfindungsgemäß hinzukommende Er- regungseinrichtung zum Versetzen der Membran in eine Vor- und Zurückschwingungsbewegung, kann die Membranfläche bei gleichbleibender Wiedergabequalität verkleinert werden. Im Gegensatz dazu benötigen Flachlautsprecher, die nur auf der Körperschallerzeugung beruhen, eine sehr große Membranflä- ehe, um im Tieftonbereich ausreichend Schallpegel zu erzeugen, da der geringe Membranhub der Biegewellen durch eine möglichst große Membranfläche ausgeglichen werden muß, um die gleiche Volumenverdrängung zu erreichen, wodurch herkömmliche Flachlautsprecher verhältnismäßig groß sein müs- sen. Folglich besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung auch darin, daß ein erfindungsgemäßer Lautsprecher aufgrund seiner Kompaktheit besser für eine unsichtbare Integration bzw. Installation geeignet ist.
Umgekehrt besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß bei gleichbleibender Membrangröße aufgrund der Kombination der beiden Erregungseinrichtungen die Tieftonwiedergabe deutlich verbessert wird. Der Vorteil der un- sichtbaren Integration bzw. Installation wird hierdurch nicht aufgehoben sondern durch eine bessere Wiedergabequalität ergänzt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dadurch, daß die longitudinale Schwingungsbewegung viel Luftvolumen bewegt, das Baßreflexprinzip wirksam einsetzbar ist, was bei bisherigen Flachlautsprechern nach Biegewellenprinzip zu keiner Verbesserung der Tieftonerzeu- gung führte.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß, da die Wiedergabe im Tieftonbereich durch die Erzeugung von Vor- und Zurückschwingungsbewegungen der Me - bran übernommen wird, die Körperschallerzeugungseinrichtung auch nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten kann, was bisher bei Verwendung von lediglich der Körperschallerzeugung aufgrund des sehr schmalen Frequenzbereiches, für den das piezoelektrische Prinzip geeignet ist, nur unter Einbu- ßen der Bandbreite möglich war. Durch die Kombination mit dem zusätzlichen Erregersystem zur longitudinalen Schwingungsbewegung der Membran wird folglich eine deutliche Verbesserung in der Schallwiedergabe erreicht, so daß die Kör- perschallerzeugungseinrichtung nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la eine schematische Teilschnittseitenansicht eines Flachlautsprechers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei lediglich die als Membran dienende Platte zusammen mit der Körperschallerzeugungseinrichtung ohne die Longi- tudinalschwingungserregungseinrichtung gezeigt ist, wobei auch das Schwingungsverhalten der Membran, d.h. die durch die Körperschallerzeugungs- einrichtung erzeugten Biegewellen, angedeutet sind;
Fig. lb eine schematische Teilschnittseitenansicht des Lautsprechers von Fig. la, wobei lediglich die als Membran dienende Platte sowie die Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung und nicht die Körperschallerzeugungseinrichtung gezeigt ist, wobei auch das Schwingungsverhalten, d.h. die Vor- und Zurückschwingungsbewegung, der Platte aufgrund der Longitudinalschwingungserregungsein- richtung angedeutet ist;
Fig. lc eine schematische Vorderansicht des Lautsprechers nach Fig. la und lb;
Fig. ld eine schematische Teilschnittdraufsicht eines
Lautsprechers, in dem die Longitudinalschwingung- serregungseinrichtung nach Fig. lb und die Kör- perschallerzeugungseinrichtung nach Fig. la zu einem Lautsprecher kombiniert sind;
Fig. 2a und 2b eine schematische Vorderansicht und Teilschnittdraufsicht eines Lautsprechers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Teilschnittdraufsicht eines Lautsprechers gemäß einem weiteren Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Teilschnittdraufsicht eines Lautsprechers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Teilschnittdraufsicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 6 eine Teilschnittdraufsicht eines Lautsprechers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei lediglich die Körper- Schallerzeugungseinrichtung und nicht die Longi- tudinalschwingungserregungseinrichtung gezeigt ist .
Bevor die vorliegende Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, daß gleiche oder funktionsgleiche Elemente in den Zeichnungen mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und daß zur Vermeidung von Wiederholungen in der Beschreibung der Figuren eine erneute Erläuterung dieser Ele- mente weggelassen wird.
Anhand der Fig. la-ld wird zunächst das allgemeine Prinzip der vorliegenden Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles für einen Lautsprecher näher erläutert. Der Lautspre- eher, der allgemein mit 10 angezeigt ist, besteht im wesentlichen aus einer als Membran dienenden Platte 12, einer Körperschallerzeugungseinrichtung 14, einer Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung 16 und einer Erregungs- signalerzeugungseinrichtung 18.
Die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 arbeitet nach dem elektrodynamischen Prinzip und ist in Fig. la detaillierter im Querschnitt dargestellt. Die Körperschallerzeugungsein- richtung 14 umfaßt einen ringförmigen Permanentmagnet 20, der entlang seiner Rotationsachse polarisiert ist, einen zentriert bzw. koaxial zu dem ringförmigen Permanentmagnet 20 angeordneten zylindrischen Polkern 22 und eine sich in einem ringförmigen Luftspalt zwischen Polkern 22 und Permanentmagnet 20 erstreckende Schwingspule 24. Darüber hinaus kann die als elektrodynamischer Antrieb gebildete Körper- schallerzeugungseinrichtung 14 beispielsweise scheiben- oder ringförmige Polplatten aufweisen. Natürlich ist ein anderer Aufbau des elektromotorischen Antriebs ebenfalls möglich. Der aus der Schwingspule 22 bestehende Teil einerseits und der aus dem Polkern 22 und dem Permanentmagnet 20 bestehende Teil der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 andererseits sind gegeneinander verschiebbar. Die so gebil- dete Körperschallerzeugungseinrichtung 14 ist über den die Schwingspule 22 enthaltenden Teil an der Platte 12 zentriert befestigt. Wie es im folgenden beschrieben wird, ist der umgekehrte Fall jedoch ebenfalls denkbar. Ansonsten ist die Körperschallerzeugungseinrichtung nicht fixiert bzw. ungehaltert, d.h. der andere aus den Komponenten 20 und 22 bestehende Teil, ist frei beweglich.
Vorliegend ist die Membran 12 exemplarisch als senkrecht stehende Membran 12 beschrieben worden, an der eine Spule 24 befestigt ist, die in einem ringförmigen Luftspalt zwischen einem zylindrischen Polkern 22 und einem ringförmigen Permanentmagnet 20 eingetaucht ist, wobei Polkern 22 und Permanentmagnet 20 eine Einheit bilden, die über die Schwingspule 24 geführt ist, um gegenüber derselben in Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Membran 12 verschiebbar zu sein. Die senkrecht stehenden Membran ist beispielsweise Teil einer Wand. In dieser senkrechten Ausrichtung wirkt auf den ungehalterten Teil 20, 22 des Antriebs 14 keine Kraft, die in Richtung der Flächennormalen der Membran 12 weist, d.h. in der Richtung, in der dieser Teil rela- tiv zur Schwingspule 24 verschiebbar ist, sondern lediglich die nach unten zeigende Gewichtskraft. Ohne Anlegen des Erregungssignals besteht folglich kein Anlaß, daß der Teil 20, 22 wegfällt. Zudem besitzt dieser Teil naturgemäß eine gewisse Trägheit, so daß die Erregungseinrichtung 14, die ja dazu vorgesehen ist, Körperschall in der Membran 12 zu erzeugen', also mechanische Wellen im Gitter der Membran 12, die sich in ihr ausbreiten, hochfrequent angeregt wird, und daß bei ausreichender Trägheit bzw. ausreichendem Gewicht des frei beweglichen Teils 20, 22 des Antriebs verglichen zu der Trägheit bzw. dem Gewicht der Membran 12 dieser Teil seine Lage im wesentlichen nicht verlassen wird, sondern sich vielmehr lediglich die Schwingspule 24 zusammen mit der Membran 12 innerhalb des Luftspaltes hin und her bewegt und dabei den freibeweglichen Teil 20, 22 weiterhin davon abhält, durch die Schwerkraft nach unten gezogen zu werden. Faktoren, wie zum Beispiel die Elastizität des Membranmaterials, spielen eine Rolle dabei, wie sehr die Membran 12 und damit auch die Schwingspule 24 ausgelenkt wird, so daß ein Herausgleiten der Schwingspule 24 aus dem Luftspalt der Erregungseinrichtung 14 bei entsprechender Berücksichtigung verhindert werden kann. Außerdem muß noch der durch die Longitudinalschwingungserregung- seinrichtung 16 bewirkte Hub berücksichtigt werden, um ein He- rausziehen der Spule aus dem aufgrund der Trägheit des freibeweglichen Teils quasi stehenbleibenden Spalts zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Länge der Überlappung von Spule 24 und Luftspalt geschehen. Zusätzlich kann eine elastische Verbindung der beiden gegeneinander gleitbar ver- schiebbaren Teile des Antriebs 14 vorgesehen sein, so daß der frei bewegliche Teil bei Schwingungen zusammen mit der Membran und dem an derselben befestigten Teil mitbewegt wird, und durch höherfrequente Relativbewegungen zum befestigten Teil noch Körperschall in der Membran erzeugt.
Freilich kann ein Lautsprecher der gezeigten Art auch in anderer Lage befestigt sein, wie z.B. an der Decke. Dann müßten jedoch zusätzlich Vorkehrungen dafür getroffen werden, daß die beweglichen Teile des Antriebs 14 miteinander gekoppelt sind, wie z.B. zusätzlich zur mechanischen Luftspalt-Schwingspule-Führung über eine elastische Verbindung, so daß auch die beiden beweglichen Teile des Antriebs 14 allein bereits ein schwingfähiges System bilden und ein Heruntergleiten des frei beweglichen Teils des Antriebs 14 aus der Führung durch die Spule 24 verhindert wird.
Der elektrodynamische Antrieb 14 wandelt ein elektrisches Erregungssignal, das durch die Schwingspule 24 fließt, nach dem elektrodynamischen Prinzip in eine mechanische Relativ- Schwingungsbewegung zwischen den beiden Teilen, dem an der Platte 12 befestigten und dem frei beweglichen, um. Der frei bewegliche Teil besitzt vorteilhafterweise genügend Trägheit, um die mechanische Relativschwingungsbewegung effektiv auf die Platte 12 zu übertragen, wodurch in der Platte 12 Körperschall und insbesondere Biegewellen erzeugt werden, wie es in Fig. la übertrieben dargestellt ist. Das Erregungssignal, welches durch die Schwingspule 24 fließt, erhält dieselbe von der Erregungssignalerzeugungseinrich- tung 18, die dasselbe wiederum aus einem elektrischen Tonsignal erzeugt, welches die wiederzugebenden Informationen auf geeignete Weise anzeigt.
Auch die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 arbeitet nach dem elektrodynamischen Prinzip und ist in Fig. lb im Querschnitt dargestellt. Die Longitudinalschwingung- serregungseinrichtung 16 ist koaxial zu der Körperschaller- zeugungseinrichtung 14 angeordnet. Der elektrodynamische Antrieb der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 umfaßt ebenfalls einen Permanentmagnet 30, einen Polkern 32 und eine Schwingspule 34. Die Schwingspule 34 erhält ihr elektrisches Erregungssignal ebenfalls von der Erregungssi- gnalerzeugungseinrichtung 18, die dasselbe aus demselben die wiederzugebenden Informationen anzeigenden Tonsignal erzeugt. Der die Schwingspule 34 umfassende Teil berührt die Platte 12 - oder ist mit derselben verbunden - über einen Adapter 36. Anders ausgedrückt ist die Schwingspule 34 fest mit dem Adapter 36 verbunden, der sich von der Schwingspule 34 aus in Richtung der Platte 12 erstreckt und dabei radial ausdehnt, um an der Platte 12 im Ruhezustand des Lautsprechers 10 entlang eines ringförmigen Erregungsbereiches mit gewissem Durchmesser entweder anzuliegen oder befestigt, wie z.B. angeklebt, zu sein, und um zusammen mit der Platte 12 die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 zu umgeben. Insbesondere besteht der Adapter 36 aus einem Zylindermantel 38 mit einem Durchmesser, der ein Zehntel der Ausdehnung der Platte 12 an der schmälsten Stelle über- schreitet, und Stegen 40, die sich radial erstrecken und den Zylindermantel 38 mit der Schwingspule 34 verbinden, derart, daß der Zylindermantel 38 koaxial zu einem Erregungspunkt ausgerichtet ist, an welchem die mechanische Schwingung der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 auf die Platte 12 ausgeübt wird.
Der Adapter 36 muß nicht, wie in Fig. la-ld gezeigt, einen kreisförmigen Querschnitt bzw. einen kreisförmigen Erregungsbereich aufweisen und als Ringadapter gebildet sein, sondern kann beispielsweise auch rechteckig gebildet sein. Die Ausdehnung des Erregungsbereiches beträgt beispielsweise zwischen einem Zehntel und neuen Zehnteln der Ausdehnung der Platte 12 in der jeweiligen Ausdehnungsrichtung der Platte 12. Der Adapter 36 ermöglicht, daß die mechanische Schwingung des Antriebs 16 zu einer longitudinalen Schwingungsbewegung der Platte 12 nahezu im ganzen, also translatorisch, führt, wie es im folgenden erläutert werden wird. Durch den koaxialen bzw. den zentralsymmetrischen Aufbau wird die Beeinflussung verringert, die die Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung 16 durch den Erregungsbereich bzw. Auflagebereich auf die von der Körperschaller- zeugungseinrichtung 14 erzeugten Biegewellen, die sich an- nähernd isotropisch von dem koaxialen Erregungspunkt der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 ausbreiten, ausübt.
Entlang der Auflagefläche des Adapters 36 können Stützen angeordnet sein, die von dem Adapter 36 in Richtung der Platte 12 vorstehen, so daß der Adapter 36 nur an vereinzelten Stützpunkten, d.h. den Enden der Stützen, auf der Platte 12 aufliegt oder dort befestigt ist. Hierdurch kann der Einfluß des Adapters 36 bzw. der Longitudinalschwin- gungserregungseinrichtung 16 auf den erzeugten Körperschall weiter reduziert werden, ohne wesentlich . die Gleichmäßigkeit des Antriebs der der Longitudinalschwingungserregung- seinrichtung 16 beeinträchtigen.
Während der aus der Schwingspule 34 bestehende Teil des elektrodynamischen Antriebs der Longitudinalschwingungser- regungseinrichtung 16 über den Adapter 36 mit der Platte 12 verbunden, oder, durch Anlegen, gekoppelt ist, ist der andere, aus dem Magneten 30 und dem Polkern 32 bestehende Teil ortsfest fixiert, wie z.B. an einer Rückwand des Lautsprechers (nicht gezeigt) befestigt. Auf diese Weise ist die Kraftübertragung der von der Longitudinalschwingungser- regungseinrichtung 16 erzeugten mechanischen Schwingung auf die Platte 12 größer als bei der Körperschallerzeugungsein- richtung 14.
Nachdem im vorhergehenden der Aufbau des Lautsprechers von Fig. la-ld beschrieben worden ist, wird im folgenden dessen Funktionsweise beschrieben. Um das elektrische Tonsignal, welches die wiederzugebenden Informationen angibt, in Luftschall in Form von Longitudinalwellen bzw. Druckwellen umzuwandeln, umfaßt der Lautsprecher 10 die zwei Einrichtungen 14 und 16. Beide Einrichtungen 14 und 16 übernehmen die Wiedergabe der wiederzugebenden Informationen für unterschiedliche Frequenzbereiche bzw. Frequenzbänder. Die Kör- perschallerzeugungseinrichtung 14 ist für die Wiedergabe des Hoch- und Mitteltonbereiches zuständig, während die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 für den Tieftonbereich zuständig ist. Obwohl es möglich ist, das elektrische Tonsignal den elektrodynamischen Antrieben beider Einrichtungen 14 und 16 und somit den beiden das gleiche Erregungssignal zuzuführen, womit die Einrichtung 18 gegebenenfalls überflüssig wäre, wird es bevorzugt, daß denselben verschiedene Erregungssignale zugeführt werden, die hinsichtlich des Frequenzbandes voneinander abweichen und optimal an den jeweiligen Arbeitsbereich der Einrichtung 14 bzw. 16 angepaßt sind. So erhält die Einrichtung 14 einen höherfrequenteren Anteil des Tonsignals als die Ein- richtung 16. Der Frequenzbereich des Errpgungssignals für die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 erstreckt sich beispielsweise von 100 Hz bis 25kHz und vorzugsweise von 150Hz bis 20kHz, während sich der Frequenzbereich des Erregungssignals für die Longitudinalschwingungserregungsein- richtung 16 beispielsweise von 10Hz bis 2kHz und vorzugsweise von 20Hz bis 200Hz erstreckt. Hierzu kann die Erre- gungssignalerzeugungseinrichtung 18 beispielsweise als Frequenzweiche ausgeführt sein. Allgemein ist es also vorteil- haft, wenn der Frequenzbereich zur Körperschallerzeugung eine Frequenz umfaßt, die höher ist als alle von dem Frequenzbereich zur Longitudinalschwingungserregung umfaßten Frequenzen, oder die Frequenzbereiche umfassen eine erste Frequenz, an dem das Erregungssignal zur Körperschallerzeugung höher als das andere Erregungssignal ist, und eine zweite, zu der ersten niedrigere Frequenz, an dem das Erregungssignal zur Longitudinalschwingungserregung gleich dem anderen Erregungssignal oder höher als dasselbe ist.
Die durch das Erregungssignal durch die Schwingspule 24 erzeugten mechanischen Schwingungsbewegungen führen in der Platte 12 zu Körperschall in der Platte 12 und insbesondere zu Biegewellen, die wiederum an der Schnittstelle Luft- Platte zu Luftschall umgewandelt werden. Die Körperschall- erzeugungseinrichtung 14 weist hierzu vorteilhafterweise ein ausreichendes Trägheitsmoment auf.
Die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 versetzt die Platte 12 in longitudinale Schwingungsbewegungen 42 mit einem Hub, der bedeutend größer, wie z.B. mehr als 20 mal größer, als die Amplitude der Körperschallerzeugungsein- richtung 14 sein kann, wie z.B. 20mm. Diese longitudinale Vor- und Zurückbewegung 42 der Platte 12 führt unmittelbar zu longitudinalen Luftschallwellen bzw. Druckwellen 44 im Tieftonbereich. Um den großen Hub der Longitudinalschwin- gungserregungseinrichtung 16 zu ermöglichen, ohne daß durch die Masse des Antriebs der Longitudinalschwingungserregung- seinrichtung 16 die Schwingspule 34 nicht mehr senkrecht in das Feld des Luftspaltes eintauchen kann und somit Verzerrungen entstehen, ist die Longitudinalschwingungserregung- seinrichtung 16 mit dem den Magnet 30 und den Polkern 32 umfassenden Teil des Antriebs fixiert, wie z.B. an einer Rückwand. Der Adapter 36 dient dazu, die mechanische Schwingungsbewegung der Schwingspule 34 derart über die Platte 12 verteilt zu übertragen, daß die Platte 12 zu im wesentlichen translatorischen Schwingungsbewegungen in Richtung senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung der Platte 12 angeregt wird, d.h. die Platte möglichst im ganzen vor und zurück schwingt. Die Platte 12 schwingt somit in sich in Form von Biegewellen, wie es in Fig. la gezeigt ist, und zusätzlich als Ganzes einheitlich vor und zurück, wie es durch den Doppelpfeil 42 in Fig. lb gezeigt ist.
Obwohl es möglich wäre, die Platte 12 lediglich über eine feste Verbindung durch den Adapter 36 mit dem die Schwingspule 34 umfassenden Teil des Antriebs der Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung 16 und die Führung dieses Teils in dem den Permanentmagnet 30 und den Polkern 32 umfassenden Teil zu tragen, wie z.B. bei Anbringung des Lautsprechers im herunterhängenden Zustand an der Decke, wird es bevorzugt, wenn zusätzlich eine Halterung für die Platte 12 vorgesehen ist, wie es bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Fall ist. Obwohl es ferner möglich ist, die translatorische Longitudinalschwingungsbewegung 42 der Platte 12 lediglich über den elektrodynamischen Antrieb zu erzeugen, wird es bevorzugt, wenn die Platte 12 derart schwingfähig aufgehängt bzw. gelagert ist, daß bei einer longitudinalen Translation der Platte 12 aus einer Ruhelage derselben in Richtung senkrecht zu der Plattenausdehnung eine durch die Aufhängung bewirkte Kraft dieser translatorischen Auslenkung entgegenwirkt, um die Membran in die Ru- helage zurückzubringen. Auf diese Weise bilden Aufhängung und Platte 12 ein schwingfähiges System, bei dem die Platte 12 in der Lage ist, translatorisch sich in Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung vor und zurück zu bewegen. Dieses Schwingungssystem sollte für eine Eigenfrequenz aus- gelegt sein, die in der Nähe des Tieftopbereiches liegt, für den die Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16 zuständig ist, um die Resonanzüberhöhung ausnutzen zu können.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, anhand welcher verschiedene Möglichkeiten für die Aufhängung der als Membran dienenden Platte, für die Befestigung der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung sowie für die Positionierung derselben auf der Platte beschrieben werden.
Fig. 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel für einen Lautsprecher, bei dem als die einzigen Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. la-ld die Longitudinalschwin- gungserregungseinrichtung aus vier elektrodynamisch arbeitenden Antrieben 16a, 16b, 16c und 16d besteht, und die als Membran dienende Platte 12 über eine Spinne 50 an einem Rahmen 52 aufgehängt ist, welcher wiederum an einer Rückwand 54 befestigt ist, an welcher wiederum auch der den Permanentmagnet 30 und den Spulenkern 32 umfassende Teil der elektrodynamisch arbeitenden Antriebe 16a-d befestigt ist.
Die Spinne 50 besteht aus entlang des Umfangs angebrachten elastischen Bändern 56, wie z.B. Gummibändern, welche sich von ihren Anbringungsenden am Umfang der Platte 12 aus im wesentlichen sternförmig von der Mitte der Platte 12 nach außen hin wegweisend erstrecken, um am anderen Ende an dem Rahmen 52 befestigt zu sein. Die Bänder 56 sind bezüglich ihrer Befestigung und Federkonstanten derart ausgelegt, daß jedes Randstück gleichermaßen beeinflußt wird. Durch die Befestigung der Antriebe 16a-16d an der Rückwand einerseits und die Aufhängung der Platte 12 über die Spinne 50 andererseits wird die Gefahr gebannt, daß durch die Masse der Antriebe 16a-16d die Schwingspulen 34 derselben nicht mehr senkrecht in das Feld des Luftspaltes eintauchen können und somit Verzerrungen entstehen. Die als Membran dienende Platte 12 und die Antriebe 16a-16d werden bei Zusammenbau bevorzugterweise so justiert, daß keine die Bewegungsrichtung des anderen beeinflußt. Auf diese Weise haben die Membran- bzw. Plattenmasse und die Masse der Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung 16 keinen Einfluß auf die Schwingungsrichtung der Erregerspulen 34 der Antriebe 16a-16d. Die Spinne 50 übernimmt die Funktion einer Sicke, die die Membran bzw. Platte 12 nach jeder Auslenkung dämpft und in die Ausgangsposition bzw. Ruhelage zurückbringt. Die Rückwand 54 kann als Teil eines Lautsprechergehäuses dienen. Das Vorsehen eines Lautsprechergehäuses ist jedoch nicht erforderlich. Aufgrund der zentralsymmetrischen Anordnung der Antriebe 16a-16d ist die Störung, die dieselben durch ihre Berührung bzw. Verbindung mit der Platte 12 an den Erregungspunkten auf die Biegewellen, die durch die Körperschallerzeugungseinrichtung 14 erzeugt werden, ausüben, reduziert. Die Erregungsantriebe (16a-16d) werden gleichphasig entweder von ein und demselben Erregungssignal getrieben oder durch solche, die sich hinsichtlich der Amplitude unterscheiden, um Randeffekte der Membranplatte 12 auszugleichen .
Bezug nehmend auf Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel für einen Lautsprecher beschrieben, der sich von dem Lautsprecher von Fig. 2a-2b durch eine andere Aufhängung unterscheidet, die aber ebenfalls eine translatorische longitudinale Schwingungsbewegung der als Membran dienenden Platte 12 vor und zurück um eine Ruhelage ermöglicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Membran 12 federnd auf jeweils einer Achse 60 pro Ecke der rechteckigen, als Membran dienenden Platte 12 gelagert. Die Achsen 60 sind fest an der Rückwand 54 befestigt, an welcher auch die Antriebe 16a-16d angebracht sind, wobei die Achsen 60 senkrecht von der par- allel zur Platte 12 verlaufenden Rückwand 54 vorstehen, d.h. sich in Richtung der durch die Antriebe 16a-16d bewirkten translatorischen longitudinalen Schwingungsrichtung erstrecken. Die Lagerung der Platte 12 an jeder Ecke ist beispielsweise durch ein entsprechendes Loch an jeder Ecke realisiert, durch welches sich die jeweilige Achse 60 erstreckt. Eine federnde Lagerung der Platte 12 an jeder Ecke auf den Achsen 60 wird durch beispielsweise Spiralfedern 62 erzielt, die die Achsen 60 umgeben, von denselben geführt werden und ein an der jeweiligen Ecke der Platte 12 befe- stigtes Ende und ein festes, beispielsweise mit der Rückwand 54 verbundenes Ende, aufweisen. Natürlich kann auch jedes andere elastische Mittel dazu verwendet werden, um für die jeweilige Ecke ein Potentialminimum zu definieren. Senkrechtes Eintauchen der Schwingspulen der Antriebe 16a- 16d wird durch die Aufhängung nach Fig. 3 ebenfalls sichergestellt. Ferner erfolgt der Zusammenbau wiederum vorzugsweise derart, daß die Membran 12 und die Antriebe 16a-16d nicht gegenseitig ihre Bewegungsrichtungen beeinflussen. Wie auch bei Fig. 2a und 2b kann die Rückwand 54 als Teil eines Lautsprechergehäuses dienen. Membranmasse und Masse der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung 16a-d haben weniger Einfluß auf die Schwingungsrichtung der Schwingspu- len 34 der Antriebe 16a-16d, d.h. sie tauchen wie im nicht eingebauten Zustand in den jeweiligen Luftspalt ein. Die Federn übernehmen die Funktion der Sicke, die die Membran 12 nach jeder Auslenkung dämpft und in die Ausgangsposition zurückbringt.
Wie bereits Bezug nehmend auf Fig. la-ld beschrieben worden ist, kann der die Schwingspule umfassende Teil der Antriebe der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung mit der Platte 12 entweder fest verbunden sein oder an derselben lediglich anliegen. In beiden Fällen wird es bevorzugt, daß bei Zusammenbau der Lautsprecher nach Fig. 2a, 2b und 3 der Abstand zwischen der Membranplatte 12 und den Antrieben 16a-16d in der Ruhelage der Membranplatte 12 derart eingestellt wird, daß sich dieselben gerade berühren aber im Ru- hezustand dieselben keine Kräfte aufeinander ausüben. Damit die Membranplatte den Bewegungen der Antriebe 16a-16d besser folgen kann, wird der die Schwingspule 22 bzw. 34 umfassende Teil derselben vorzugsweise mit der Platte 12 beispielsweise verklebt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lautsprechers, bei dem im Unterschied zu dem Lautsprecher nach Fig. 3 die die Longitudinalerregungseinrichtung bildenden Antriebe 16a-16d nicht über den die Schwingspule 34 umfassenden Teil, wie z.B. über einen Schwingungsspulenträger, an der Membranplatte 12 befestigt sind sondern über den den Permanentmagnet 30 umfassenden Teil des elektrodynamischen Erregersystems. Die Schwingspule 34 ist hingegen an der Laut- sprecherrückwand 54 und nicht an der Membranplatte 12 befestigt. Für das senkrechte Eintauchen der Schwingspule 34 in den Luftspalt zwischen Permanentmagnet 30 und Polkern 32 sorgt weiterhin die Aufhängung, d.h. die Achsen 60 mit den Federn 62 bzw. die Spinne 50.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lautsprechers, bei dem, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, beide Erregungseinrichtungen 14 und 16 nach dem elektrody- namischen Prinzip arbeiten, wobei jedoch der elektrodynamische Antrieb der Longitudinalschwingungserregungseinrich- tung 16 als Magneten den Permanentmagneten der Körper- schallerzeugungseinrichtung 14 verwendet. Hinsichtlich Aufhängung und Körperschallerzeugungseinrichtung 14 entspricht das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 demjenigen von Fig. 3 und 4. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen von Fig. 3 und 4 umfaßt die Longitudinalschwingungserregungseinrich- tung 16 jedoch lediglich eine koaxial zu der Schwingspule 24 des Antriebs der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 angeordnete Schwingspule 70, die an der Rückwand 54 befestigt ist. Beide Schwingspulen 24 und 70 wirken mit demselben Permanentmagnet 20 zusammen. Bei dieser Konstruktion kann zusätzlich ein weiterer Polkern um die Schwingspule 70 vorgesehen sein. Die Schwingspule 70 umringt somit die Kör- perschallerzeugungseinrichtung 14. Wie also auch bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 2a, 2b und 3 ist der die Schwingspule 70 umfassende Teil des Antriebs der Longitudi- nalschwingungserregungseinrichtung 16 fixiert, während der andere Teil an der Membranplatte 12 befestigt ist, vorlie- gend nämlich der Permanentmagnet 20 der Körperschallerzeu- gungseinrichtung 14. Der Antrieb der Körperschallerzeu- gungseinrichtung 14 ist hingegen lediglich an der Platte 12 befestigt, nämlich mit dem die Schwingungsspule 24 umfassenden Teil.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine spezielle Befestigung der Körperschallerzeugungseinrichtung 14 an der als Membran dienenden Platte 12. Statt wie bei den vorher- gehenden Beispielen einer Befestigung der Schwingspule an der Membranplatte 12 über einen ringförmigen Schwingungsspulenträger auf einem Erregungsbereich ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ein Schwingspulenträger 80 vorge- sehen, der die Schwingspule 24 trägt und an dem der Membranplatte 12 zugewandten Seite einen kegelförmigen Teil aufweist, wobei die Kegelspitze mit der Membran 12 verbunden ist. Hierdurch wird eine optimale Punktanregung der als Membran dienenden Platte 12 zu Biegewellen und eine höhere obere Grenzfrequenz der Körperschallerzeugungseinrichtung erzielt.
Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß es möglich ist, einen erfindungsgemäßen Lautsprecher mit Gehäuse her- zustellen, bei dem die als Membran dienende Platte über eine luftdichte Aufhängung an dem Gehäuse aufgehängt ist, um das Gehäuse luftdicht abzuschließen. Um dies zu ermöglichen, kann eine spezielle Sicke verwendet werden, wie z.B. ein durchgehendes, zwischen dem Umfang der Platte 12 und dem Umfang einer entsprechenden Aussparung der Lautsprecherbox gespanntes elastisches Band. Für sehr schwere Membranplatten bzw. Kombinationen aus Membranplatte und aufgeklebten Erregungssystemen, kann die Dicke noch zusätzlich durch die Feder-Achsen-Aufhängung nach Fig. 3 oder durch die Spinnenaufhängung nach Fig. 2a und 2b unterstützt werden. Da durch die longitudinale Translationsbewegung der gesamten Membran ausreichend Luftvolumen bewegt wird, kann hierbei zusätzlich das Baßreflexprinzip genutzt werden. Dazu wird ein Loch für den Reflexionskanal, beispielsweise seitlich, in das Gehäuse eingearbeitet.
Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl im vorhergehenden bei jedem Ausführungsbeispiel lediglich eine Körperschall- erzeugungseinrichtung vorgesehen war, ferner mehrerer sol- eher Einrichtungen verwendet werden können. Hierbei ist eine Verteilung um die Mitte der Membranplatte bevorzugt. Jedoch ist sowohl im Fall lediglich einer als auch im Fall mehrerer Körperschallerzeugungseinrichtungen auch eine de- zentrierte Anordnung entfernt von der Mitte möglich. Die Anordnung sollte derart gewählt werden, daß die Anregung der Biegewellen optimal ist.
Ferner können zum Versetzen der Membranplatte in longitudinale Vor- und Zurückschwingungsbewegungen nicht nur eine oder vier Antriebe vorgesehen sein, sondern jede beliebige Anzahl. Bei Verwendung mehrerer solcher Longitudinalschwin- gungsantriebe werden dieselben vorteilhafter Weise derart angeordnet, daß die Membranplatte über die gesamte Fläche hinweg gleichmäßig verteilt angetrieben wird. Bei mehreren Antrieben kann der Adapter fehlen, wie es auch bei den Beispielen von Fig. 2-4 der Fall ist. Die Anordnung mehrerer solcher Longitudinalschwingungsantriebe ist bevorzugterwei- se immer zentralsymmetrisch bezogen auf die Membranplatte. Durch die Verwendung mehrerer Longitudinalschwingungsan- triebe steigt der mögliche Schallpegel des Lautsprechers.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß die obigen Variationen der Ausführungsbeispiele nach Fig. la - Fig. 6 beliebig miteinander kombiniert werden können, sowohl in Hinblick auf die Aufhängung, die Positionen der Antriebe als auch die Anbringung der relativ zueinander beweglichen Teile der Antriebe.
Ferner wird hinsichtlich der vorhergehenden Beschreibung der Fig. 2a-5 darauf hingewiesen, daß anstatt der elastischen bzw. schwingungsfähigen Aufhängung der Membranplatte durch die vorbeschriebenen elastischen Einrichtungen, d.h. die elastischen Bänder 56 und die Federn 62, ferner eine elastische Aufhängung bzw. Befestigung der Antriebe der Longitudinalschwingungserregungseinrichtung vorgesehen sein könnte, während die Membranplatte hingegen lediglich durch die Achsen 60 geführt oder frei ist.
Ferner könnten auch andere Antriebe als die im vorhergehenden beschriebenen vorgesehen sein, Antriebe, die auf einem anderen Wandlerprinzip als dem elektrodynamischen Prinzip beruhen. Insbesondere der für die Körperschallerzeugung verwendete Antrieb könnte ferner als nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitend ausgeführt sein, wie z.B. als ein Piezokristall, der auf der einen Seite mit der Membran ver- bunden ist und auf der anderen Seite mit einem Gewicht verbunden und ansonsten frei beweglich ist.
Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß es ferner möglich ist, daß die Körperschallerzeugungseinrichtung nicht fest mit der Membran verbunden ist, sondern daß sie beispielsweise durch eine geeignete Vorrichtung von oben herabhängend auf einer festen Höhe, aber ansonsten in lon- gitudinaler Schwingungsrichtung der vertikal ausgerichteten Membran frei beweglich gehalten wird, um in Ruhelage an der Membran anzuliegen.

Claims

Patentansprüche
1. Lautsprecher mit
einer Membran (12) ;
einer ersten Erregungseinrichtung (14) zur Erzeugung von Körperschall in der Membran (12); und
einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen, Erregungseinrichtung (16) zum Versetzen der Membran (12) in eine longitudinale Schwingungsbewegung (42) in Richtung senkrecht zur Membranausdehnung.
2. Lautsprecher gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Erregungseinrichtung (14) ausgebildet ist, um nach dem elektrodynamischen oder dem piezoelektrischen Prinzip zu arbeiten.
3. Lautsprecher gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Einrichtung (18) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Erregungssignals mit einem ersten Frequenzbe- reich und eines zweiten elektrischen Erregungssignals mit einem zweiten Frequenzbereich aus einem wiederzugebende Informationen angebenden elektrischen Signal, wobei der erste Frequenzbereich eine Frequenz umfaßt, die höher ist als alle von dem zweiten Frequenzbereich umfaßten Frequenzen, oder der erste und der zweite Frequenzbereich eine erste Frequenz, an dem das erste Erregungssignal höher als das zweite Erregungssignal ist, und eine zweite, zu der ersten niedrigeren Frequenz umfassen, an dem das zweite Erregungssignal gleich dem ersten Erregungssignal oder höher als das erste Erregungssignal ist.
4. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Erregungseinrichtung (14) an der Membran (12) befestigt und ansonsten ungehaltert ist.
5. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) ortsfest fixiert ist.
6. Lautsprecher gemäß Anspruch 5, bei dem die zweite Er- regungseinrichtung (16) von der Membran (12) um einen derartigen Abstand beabstandet ist, daß in einem Ruhezustand die zweite Erregungseinrichtung (16) und die Membran (12) keine Kräfte aufeinander ausüben.
7. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) mit der Membran (12) verbunden ist.
8. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) ausgebildet ist, um die Membran (12) an einem zusammenhängenden, ausgedehnten Bereich entlang der Membran (12) zu erregen.
9. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) ausgebildet ist, um die Membran (12) an einer Mehrzahl von Erregungspunkten entlang der Membran (12) zu erregen.
10. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die zweite Erregungseinrichtung ausgebildet ist, um die Membran gleichmäßig anzuregen.
11. Lautsprecher gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der zu- sammenhängende, ausgedehnte Bereich oder die Mehrzahl von Erregungspunkten zentralsymmetrisch bezüglich der Membran (12) angeordnet sind.
12. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die zweite Erregungseinrichtung einen Adapter umfaßt, der über voneinander beabstandete Stützen auf der Membran aufliegt oder an der Platte befestigt ist.
13. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) ausgebildet ist, um nach dem elektrodynamischen Prinzip zu arbeiten.
14. Lautsprecher gemäß Anspruch 13, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) eine Schwingspule (34) aufweist, die über einen Adapter (36) derart mit der Membran (12) gekoppelt ist, daß eine Schwingung der Schwingspule (34) entlang eines ringförmigen Erregungsbereiches auf die Membran (12) übertragen wird.
15. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die zweite Erregungseinrichtung (16) mehrere Erre- gereinheiten (16a-16d) aufweist, die von gleichen Erregungssignalen getrieben werden.
16. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Aufhängung (50; 60, 62) zum schwingfähigen Lagern der Membran (12), derart, daß sie eine longitudinale Translation der Membran (12) aus einer Ruhelage derselben in Richtung senkrecht zu der Membranausdehnung ermöglicht und bei der Translation _der Membran (12) aus der Ruhelage wirksam ist, um der Translation entgegenzuwirken .
17. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Spinne (50), mittels welcher die Membran (12) aufgehängt ist. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Membran (12) entlang des Umfangs durch senkrecht zur Membranausdehnung verlaufende Achsen (60) gelagert ist, um in Richtung senkrecht zur Membranausdehnung beweglich zu sein, wobei an jeder Achse (60) eine Federeinrichtung (62) vorgesehen ist, die mit einem Ende am Umfang der Membran (12) befestigt ist, während das andere Ende ortsfest fixiert ist.
19. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die erste und die zweite Erregungseinrichtung (14, 16) ausgebildet sind, um elektrodynamisch zu arbeiten, wobei die erste Erregungseinrichtung (14) eine erste Schwingspule (24) und einen Permanentmagneten (20) aufweist und an der Membran (12) befestigt ist, und die zweite Erregungseinrichtung (16) eine zweite Schwingspule (70) aufweist, die die erste Erregungseinrichtung (14) umgibt, um mit dem ersten Permanent- magneten (20) zusammenzuwirken.
20. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die erste Erregungseinrichtung (14) einen kegelförmigen Teil aufweist, der gegen einen weiteren, un- gehalterten Teil der erste Erregungseinrichtung (14) beweglich ist, und dessen Kegelspitze an der Membran (12) befestigt ist und einen Erregungspunkt definiert, an dem eine mechanische Schwingung der ersten Erregungseinrichtung (14) auf die Membran (12) übertragen wird.
21. Lautsprecher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, der ferner eine Rückwand (54) aufweist, an welcher die Membran (12) derart aufgehängt ist, daß sie in Rich- tung senkrecht zur Membranausdehnung translatorisch bewegbar ist, und an welcher die zweite Erregungseinrichtung (16) befestigt ist, und welche zusammen mit der Membran ein Baßreflexgehäuse bildet.
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