WO2008090077A1 - Flächenlautsprecher sowie verfahren zur einstellung des schwingverhaltens eines schwingsystems - Google Patents

Flächenlautsprecher sowie verfahren zur einstellung des schwingverhaltens eines schwingsystems Download PDF

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WO2008090077A1
WO2008090077A1 PCT/EP2008/050499 EP2008050499W WO2008090077A1 WO 2008090077 A1 WO2008090077 A1 WO 2008090077A1 EP 2008050499 W EP2008050499 W EP 2008050499W WO 2008090077 A1 WO2008090077 A1 WO 2008090077A1
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WO
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vibration
surface element
correction
exciter
vibration exciter
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PCT/EP2008/050499
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Inventor
Robert Bösnecker
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/045—Plane diaphragms using the distributed mode principle, i.e. whereby the acoustic radiation is emanated from uniformly distributed free bending wave vibration induced in a stiff panel and not from pistonic motion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response

Definitions

  • the invention relates to a flat-panel loudspeaker with a vibration system comprising a vibratory vibration body and to a method for adjusting the vibration behavior of a vibration system.
  • At least one vibration exciter is coupled to the vibration body of the area loudspeaker.
  • This vibration exciter for example a voice coil, is set into vibration by means of an acoustic signal and excites the vibration body by means of these vibrations.
  • Under a vibration body is henceforth a substantially sheet-like, self-supporting, lightweight and rigid body to understand, which is excitable to vibrations and in particular made of glass, wood or plastic.
  • a device for an acoustic window display advertising is known.
  • a trained as vibration exciter voice coil with a trained as a shop window vibrating body is firmly connected.
  • the voice coil is excited to vibrate, which are transmitted to the shop window.
  • the shop window radiates an audible sound spectrum.
  • a combination of a display and a loudspeaker in which a flat display in the manner of a flat-panel loudspeaker can be excited to oscillate.
  • This combination can be embodied as a touch screen or as a touch-sensitive display by registering touches of the display by means of at least one actuator or sensor.
  • vibration exciter can also be made of a different material vibration body to vibrate and thereby bring to radiation of a sound spectrum.
  • wooden or plastic plate-shaped vibrating bodies can be made to vibrate.
  • Such an acoustic reproduction apparatus is also referred to as area loudspeaker.
  • One or more of these area speakers for example, in the establishment of a room as a wall or ceiling panel integrated. In this way, a space-saving acoustic reproduction device can be realized.
  • a disadvantage of such a flat panel speaker are its non-linear acoustic properties. This means that in particular either very high or very low frequencies are not reproduced or only inadequately.
  • human hearing is not equally sensitive to all frequency ranges. Thus, the hearing sensation for particularly high and very low frequencies decreases sharply. Therefore, especially in these frequency ranges, a strong amplification of the acoustic signal must be made in order to increasingly stimulate the oscillatory system in these frequency ranges and to produce a balanced sound spectrum for the human ear.
  • a vibration body for a flat-panel loudspeaker which has at least one partial area for coupling in a differentiated acoustic signal. This is achieved in particular by a variation of the thickness and / or the material of the vibration body.
  • Each subregion of the vibration body with different acoustic properties is assigned one or more voice coils as vibration exciters.
  • the area loudspeaker is further assigned a control unit which activates each vibration exciter by a subband signal of a frequency band signal which is split up into subband signals.
  • a subband signal is to be understood as meaning an acoustic signal which represents only a subarea of the entire frequency range to be reproduced.
  • each subregion of the vibration body is acted upon by the vibration spectrum, for the reproduction of which it is optimally formed.
  • This achieves an improved reproduction of the sound spectrum.
  • a crossover is provided in particular, as has been used for multi-way loudspeakers for decades.
  • the under- The difference between a conventional reusable loudspeaker and the described flat-panel loudspeaker lies merely in the fact that the mixture of the sound spectrum in the multi-way loudspeaker takes place in the air and in the area loudspeaker in the vibrating body.
  • a flat-panel loudspeaker in which nonlinearities in the reproduction of the frequency spectrum of the vibrating body are computationally compensated by means of a correction method.
  • a so-called inverse frequency response correction is performed.
  • the acoustic signal is amplified in the frequency ranges otherwise reproduced too quietly by the oscillating system and attenuated in the frequency ranges reproduced too loud by the oscillating system. This is done in particular mathematically by means of modern digital technology.
  • a correction function is charged in a control unit with the acoustic signal to be reproduced. In this way, an acoustic signal optimized for the acoustic properties of the vibration body can be generated.
  • the frequency band signal adjusting unit is very expensive.
  • an analogue digital converter is required for converting the analog frequency band signal into a digital signal.
  • the digital signal is adjusted by means of a high-resolution and therefore expensive signal processor and finally converted by means of a digital-to-analog converter back into an analog frequency band signal.
  • the analog frequency band signal is split by means of a crossover for the application of several vibration exciters.
  • the invention has for its object to provide a surface speaker, in which a correction of the non-linear frequency response in a simple manner and inexpensively feasible. Furthermore, the invention is the task underlying to provide a simple and compact manageable area speaker.
  • a surface element is coupled to the or each vibration exciter.
  • At least one correction element for adapting the acoustic signal and thus the vibration behavior of the vibration system is arranged on the surface element.
  • a correction element is any device by means of which the oscillation behavior of the oscillating system can be influenced, but in particular an electrical or mechanical device.
  • the oscillating system now comprises, in addition to the vibration body and the vibration exciter, the surface element and the correction element (s).
  • the frequency response of the oscillating system and the sound spectrum radiated by it can therefore be adapted within wide limits.
  • the surface element and the correction elements are themselves vibrated. These vibrations interfere with the vibrations of the vibrating body.
  • About material, areal extent and thickness of the surface element thus the vibration behavior of the vibration system can be selectively influenced.
  • a correction of the radiated sound spectrum can also be carried out by means of the surface element.
  • the vibration body, the vibration exciter, the surface element and the correction elements together form not only the area speaker, but also a mounting unit.
  • passive electrical components are provided as correction elements.
  • passive electrical components such as resistors, coils and capacitors
  • a passive correction of the frequency response is feasible.
  • an adaptation of the acoustic signal before the application of the vibration system is attenuated in terms of their amplitude.
  • an inverse frequency response correction is achieved solely by means of passive electrical components.
  • the passive electrical components are firmly connected to the vibration body.
  • the surface element thus absorbs the passive electrical components as well, as happens in the case of a conventional reusable speaker through the speaker housing, and can be mounted as a mounting unit.
  • a board is provided as a surface element.
  • a board which is made of epoxy or Pertinax, for example, can be by means of a conductor train arrangement provide an electrical interconnection of the electrical components in a simple and known manner.
  • the board and the electrical components mounted on the board form a unit that is inexpensive to produce in a mass production process.
  • the surface element is fastened between the vibration body and the vibration exciter.
  • the surface element is thus coupled directly to the vibration body and to the vibration exciter and thus integrated directly into the vibration system. It is excited by the vibration exciter directly to vibrations and transmits these vibrations to the vibrating body.
  • the surface element has a high rigidity and is comparatively thin, as is the case, for example, with an epoxy or Pertinax board, high frequencies can be reproduced in the first place or with a larger amplitude. This makes it possible to compensate for a lack of suitability of the vibration body for the reproduction of high frequencies.
  • the surface element is arranged on the side facing away from the vibration body of the vibration exciter.
  • the free over the vibration exciter protruding part of the surface element is excited to free vibrations.
  • These vibrations are further enhanced by the masses of the correction elements arranged on the surface element.
  • a sufficient area assuming moderate expansion of the surface element, in particular low frequencies with a higher amplitude can be reproduced.
  • the human ear is comparatively insensitive to low frequencies. To perceive low frequencies sufficiently loud, they must therefore be reproduced in the sound spectrum with a sufficiently high amplitude.
  • coupling elements for coupling the surface element to the vibration body and / or the
  • Vibration exciter provided such that the vibration behavior of the vibration system is affected.
  • an adhesive as a coupling element between surface element and vibration exciter, a rigid coupling of the vibration exciter to the surface element can be achieved.
  • this arrangement can be used, in particular, to further improve reproduction of the high frequencies of the frequency spectrum. Due to the direct coupling of surface element and
  • Vibration exciters are high frequencies transmitted directly to the surface element for playback there.
  • the vibration body opposite side of the vibration exciter can achieve that the surface element can swing almost free. In this way, a particularly good amplification of the low frequencies of the frequency spectrum is achieved.
  • mass elements are attached to the surface element and / or to the correction elements in such a way that the vibration behavior of the vibration system is influenced.
  • the mass elements are, for example, small cuboids or small cylinders made of a metallic material, which can be fastened to the correction elements or to the surface element in a simple manner, for example by screwing or gluing.
  • mass coupling elements for coupling the mass elements are provided such that the vibration behavior of the oscillating system is influenced.
  • the mass coupling elements can be made rigid or elastic. In this way, a further fine adjustment of the vibration behavior of the vibration system can be achieved.
  • the object is further achieved by a method for adjusting the vibration behavior of a vibration system in which the vibration system comprises a vibratory vibration body and at least one coupled to the vibration body and can be acted upon by an acoustic signal vibration exciter to excite the membrane. At least one surface element is coupled to the vibration exciter. At least one correction element for adapting the acoustic signal and thus the vibration behavior of the vibration system is arranged on the surface element.
  • the embodiments and advantages described for the area loudspeaker are to be transferred to the method.
  • 1 shows a first area speaker with a surface element between a vibration body and a vibration exciter in a sectional side view
  • 2 shows a second flat-panel loudspeaker with a vibration exciter fastened directly to a vibration body, on whose rear side a surface element is arranged, likewise in a sectioned side view.
  • an area loudspeaker has a vibrating system 2, which comprises an oscillatory oscillating body 4 and a vibration exciter 6.
  • the vibration exciter 6 is not directly, but attached via a surface element 8 on the vibrating body 4.
  • the surface element 8 is glued to the vibration body 4 by means of an adhesive layer 10.
  • the vibration exciter 6 comprises a voice coil 11 and a vibration transmitter 12.
  • the vibration transmitter 12 is fastened to the surface element 8.
  • the vibration transmitter 12 is designed in one piece in an annular geometry. In the side view of this annular geometry only two webs are visible. However, the vibration transmitter 12 may also have a different geometry and composed for example of several pins.
  • the surface element 8 is designed as a printed circuit board and made of epoxy. On the printed circuit board conductor tracks, not shown in the drawing, are arranged, by means of which the passive electrical components fastened to the surface element 8 are interconnected. In FIG. 1, a coil 14 and a capacitor 16 are shown by way of example for the passive, electrical components. Coil 14 and capacitor 16 are each secured by means of an adhesive layer 18 on the surface element 8 and electrically conductively connected to each other via the conductor tracks.
  • the area loudspeaker is supplied with an acoustic signal which carries the information about the sound spectrum to be reproduced by the surface loudspeaker.
  • This acoustic signal is first processed by means of the passive electrical components 14,16. Then the exciter 6 charged with the processed acoustic signal.
  • the vibration transmitter 12 is excited to oscillate in a vibration direction 20 perpendicular to the surface of the vibration body 4. These vibrations are first transmitted to the surface element 8 and from there to the vibration body 4.
  • the vibrating body 4 emits a sound spectrum 22 that is perceptible as a sound by the human ear of a listener.
  • the passive electrical components 14,16 there is an adaptation of the acoustic signal to take into account the frequency response of the vibration system 2.
  • the vibration behavior of the vibration exciter 6, the vibration body 4 and arranged between the vibration body 4 and the vibration exciter 6 surface element 8 is taken into account.
  • the acoustic signal is conditioned to produce regions of the frequency spectrum too loud from the vibrating system 2, i. with too high an amplitude, would be reproduced, attenuated. In other words, the amplitude of the oscillations is reduced in these frequency ranges.
  • the surface element designed as a board has a high rigidity, it can be excited to oscillations with a high frequency. Thus, even high frequencies can be reproduced with a sufficient amplitude. Weaknesses of the oscillatory membrane during the reproduction of the high frequencies are compensated by the surface element 8.
  • the passive electrical components 14,16 have a mass which is also vibrated when the surface element 8 vibrates.
  • the passive electrical components 14,16 thus additionally function as mass elements 14,16.
  • These mass elements 14,16 have an influence on the vibration behavior of the surface element 8 and thus of the vibration system 2.
  • the attachment of further, not shown in the figure, mass elements on the surface element 8 is possible.
  • the passive electrical components 14, 16 may be provided with housings or attachments which also change the mass distribution acting on the surface element 8. In this way, a further adaptation of the frequency response is achieved.
  • the flat-panel loudspeaker with its oscillating system 2 and its correction elements 14, 16 similarly makes a conventional reusable loudspeaker a mounting unit. Further correction elements which are spatially separated from flat loudspeakers are not necessary. Rather, just as in a conventional multi-way speaker, an amplifier for processing the acoustic signal and an analog cable for transmitting the acoustic signal is necessary.
  • the preparation of the acoustic signal by means of passive electrical components 14,16 only requires that the acoustic signal with a sufficient signal strength, i. with a sufficient amplitude, is provided. This ensures that even after a passive correction of the acoustic signal, a sufficient volume of the sound spectrum 22 can be achieved.
  • another area loudspeaker has a vibrating system 2, which in turn, as in FIG. 2,
  • Vibration body 4 and a vibration exciter 6 includes.
  • the vibration exciter 6 is attached via the vibration transformer 12 directly to the vibrating body 4.
  • a rubber layer 24 is first fixed by means of an adhesive layer 10, and a surface element 8 by means of a further adhesive layer 10. This is the surface element 8 elastically coupled to the vibrating system 2.
  • the surface element 8 is, as already described in Fig. 1, designed as a board and provided with passive electrical components 14,16.
  • the arrangement of the passive electrical components 14,16, their attachment and their function is the description to FIG 1 refer.
  • An acoustic signal is processed analogously to the manner described in FIG. 1 by means of the passive electrical components 14, 16 and excites the vibration exciter 6 to oscillate in a vibration direction 20 perpendicular to the surface of the vibration body 4.
  • the surface element 8 is offset with its correction elements 14,16 in forced oscillations.
  • the vibration body 4, the vibration exciter 6 and the surface element 8 with its correction elements 14,16 a vibrating system 2.
  • the rubber layer 24 causes vibrationally a partial decoupling of the surface element 8 from the vibration exciter 6.
  • the surface element 8 in particular to vibrations in low frequency range excited. These vibrations overlap with the vibrations of the membrane 4. This results in a sound spectrum 22, which has an amplification of the vibrations in the range of low frequencies.
  • the lowest frequency reproducible by the surface element 8 depends on its areal extent.
  • the elasticity of the rubber layer 24 can be used to specify with which amplitude the surface element reproduces the frequencies in the low frequency range.
  • the surface element 8 with its correction elements 14, 16 is in each case a component of the surface loudspeaker and, together with the vibration exciter 6 and the vibration element 4, forms an easy-to-handle assembly unit.

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Abstract

Der Flächenlautsprecher umfasst ein Schwingsystem (2) mit einem schwingfähigen Schwingungskörper (4) und zumindest einen an den Schwingungskörper (4) angekoppelten und mit einem akustischen Signal beaufschlagbaren Schwingungsanreger (6). An den Schwingungsanreger (6) ist zumindest ein Flächenelement (8) angekoppelt. Am Flächenelement (8) ist zumindest ein Korrekturelement (14,16) zur Anpassung des Schwingverhaltens des Schwingsystems (2) angeordnet.

Description

Beschreibung
Flächenlautsprecher sowie Verfahren zur Einstellung des Schwingverhaltens eines Schwingsystems
Die Erfindung bezieht sich einen Flächenlautsprecher mit einem einen schwingfähigen Schwingungskörper umfassenden Schwingsystem sowie auf ein Verfahren zur Einstellung des Schwingverhaltens eines Schwingsystems. An den Schwingungs- körper des Flächenlautsprechers ist zumindest ein Schwingungsanreger angekoppelt. Dieser Schwingungsanreger, beispielsweise eine Schwingspule, ist mittels eines akustischen Signals in Schwingungen versetzbar und regt den Schwingungskörper mittels dieser Schwingungen an. Unter einem Schwin- gungskörper ist fortan ein im wesentlichen flächenförmiger, selbsttragender, leichter und biegsteifer Körper zu verstehen, der zu Schwingungen anregbar ist und insbesondere aus Glas, Holz oder Kunststoff gefertigt ist.
Aus der DE 484 872 ist eine Einrichtung für eine akustische Schaufensterreklame bekannt. Dabei ist eine als Schwingungsanreger ausgebildete Schwingspule mit einem als Schaufensterscheibe ausgebildeten Schwingungskörper fest verbunden. Mittels einer Steuereinheit wird die Schwingspule zu Schwin- gungen angeregt, die auf die Schaufensterscheibe übertragen werden. Dabei strahlt die Schaufensterscheibe ein hörbares Klangspektrum ab.
Aus der DE 102 19 641 Al ist eine Kombination aus einer An- zeige und einem Lautsprecher bekannt, bei der eine flächig ausgebildete Anzeige nach Art eines Flächenlautsprechers zu Schwingungen anregbar ist. Diese Kombination ist als Touch- screen bzw als berührungsempfindliche Anzeige ausbildbar, indem mittels zumindest eines Aktuators oder Sensors Berührun- gen der Anzeige registriert werden. Mittels eines oder mehrerer Schwingungsanreger lässt sich auch ein aus einem anderen Werkstoff gefertigter Schwingungskörper zum Schwingen und dadurch zum Abstrahlen eines Klangspektrums bringen. So lassen sich beispielsweise aus Holz o- der aus Kunststoff gefertigte plattenförmige Schwingungskörper zum Schwingen anregen. Eine derartige akustische Wiedergabevorrichtung wird auch als Flächenlautsprecher bezeichnet. Einer oder mehrere dieser Flächenlautsprecher sind beispielsweise in die Einrichtung eines Raumes als Wand- oder Deckenverkleidung integrierbar. Auf diese Weise ist eine Platz sparende akustische Wiedergabevorrichtung realisierbar.
Nachteilig bei einem derartigen Flächenlautsprecher sind seine nicht linearen akustischen Eigenschaften. Dies führt dazu, dass insbesondere entweder besonders hohe oder besonders niedrige Frequenzen nicht oder nur unzureichend wiedergegeben werden .
Weiterhin ist von Nachteil, dass das Schwingverhalten des Schwingungskörpers des Flächenlautsprechers sehr stark von seinen Werkstoffeigenschaften abhängt. So reproduziert ein vergleichsweise steifer und dünner Schwingungskörper einer niedrigen spezifischen Dichte insbesondere Töne einer hohen Frequenz gut. Hingegen reproduziert ein vergleichsweise di- cker Schwingungskörper mit einer vergleichsweise niedrigen
Steifigkeit und einer hohen spezifischen Dichte insbesondere Töne einer niedrigen Frequenz gut. Hinzu kommen spezifische Eigenschaften des Schwingungskörperwerkstoffes, die sich e- benfalls auf das vom Schwingungskörper reproduzierbare Klang- spektrum auswirken. Weiterhin ist insbesondere für die Wiedergabe von Tönen einer niedrigen Frequenz eine hohe Anregungsenergie notwendig, um eine akzeptable Lautstärke zu erzielen. Im Gegensatz dazu ist die Wiedergabe eines homogenen Klangspektrums mittels eines konventionellen Mehrwegelaut- Sprechers bedeutend einfacher realisierbar. Bei einem derartigen Mehrwegelautsprecher finden üblicherweise mehrere Kalottenlautsprecher Einsatz. Jeder dieser Kalottenlautsprecher weist eine konusförmige schwingende Membran auf, die nach immer der gleichen Weise im Lautsprechergehäuse montiert ist und deren Schwingverhalten bekannt ist. Dagegen kann das Schwingungsverhalten des Flächenlautsprechers und damit sein wiedergegebenes Klangspektrum von seiner Einbausituation abhängig stark schwanken.
Zudem ist zu beachten, dass das menschliche Gehör nicht für alle Frequenzbereiche gleichermaßen sensibel ist. So nimmt das Hörempfinden für besonders hohe und besonders niedrige Frequenzen stark ab. Daher muss insbesondere in diesen Frequenzbereichen eine starke Verstärkung des akustischen Signals erfolgen, um das Schwingsystem in diesen Frequenzbereichen verstärkt anzuregen und um ein für das menschliche Ohr ausgewogenes Klangspektrum zu erzeugen.
In der DE 20 2004 020 473 Ul ist ein Schwingungskörper für einen Flächenlautsprecher beschrieben, der zumindest einen Teilbereich zum Einkoppeln eines differenzierten akustischen Signals aufweist. Dies wird insbesondere durch eine Variation der Dicke und/oder des Werkstoffs des Schwingungskörpers erreicht. Jedem Teilbereich des Schwingungskörpers mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften werden eine oder mehrere Schwingspulen als Schwingungsanreger zugeordnet. Dem Flächenlautsprecher ist weiterhin eine Steuereinheit zugeordnet, die jeden Schwingungsanreger durch ein Teilbandsignal eines in Teilbandsignalen zerlegten Frequenzbandsignals ansteuert. Unter einem Teilbandsignal ist dabei ein akustisches Signal zu verstehen, das nur einen Teilbereich des gesamten wiederzugebenden Frequenzbereichs repräsentiert. Somit wird jeder Teilbereich des Schwingungskörpers mit dem Schwingungsspektrum beaufschlagt, für dessen Wiedergabe er optimal ausgebildet ist. Damit ist eine verbesserte Wiedergabe des Klangspektrums erreicht. Für eine derartige Aufspaltung eines Frequenzbandsignals in mehrere Teilbandsignale ist insbesondere eine Frequenzweiche vorgesehen, wie sie bei Mehrwegelautsprechern seit Jahrzehnten Anwendung findet. Der Unter- schied zwischen einem konventionellen Mehrwegelautsprecher und dem beschriebenen Flächenlautsprecher liegt lediglich darin, dass die Mischung des Klangspektrums beim Mehrwegelautsprecher in der Luft und beim Flächenlautsprecher im Schwingungskörper erfolgt.
Aus der EP 1 169 884 Bl ist weiterhin ein Flächenlautsprecher bekannt, bei dem Nichtlinearitäten in der Wiedergabe des Frequenzspektrums des Schwingungskörpers mittels eines Korrek- turverfahrens rechnerisch ausgeglichen werden. Dabei wird eine so genannte inverse Frequenzgangkorrektur durchgeführt. Das akustische Signal wird hierzu in vom Schwingsystem ansonsten zu leise wiedergegebenen Frequenzbereichen verstärkt und in vom Schwingsystem zu laut wiedergegebenen Frequenzbe- reichen gedämpft. Dies geschieht insbesondere rechnerisch mittels moderner Digitaltechnik. Hierzu wird in einer Steuereinheit eine Korrekturfunktion mit dem wiederzugebenden akustischen Signal verrechnet. Auf diese Weise lässt sich ein auf die akustischen Eigenschaften des Schwingungskörpers opti- miertes akustisches Signal generieren.
Die Steuereinheit zur Anpassung des Frequenzbandsignals ist jedoch sehr kostspielig. Für die Umrechnung des analogen Frequenzbandsignals in ein digitales Signal wird ein Analog-Di- gital-Wandlers benötigt. Anschließend wird das digitale Signal mittels eines hoch auflösenden und daher teuren Signalprozessors angepasst und schließlich mittels eines Digital- Analog-Wandlers wieder in ein analoges Frequenzbandsignal gewandelt. Gegebenenfalls wird das analoge Frequenzbandsignal noch mittels einer Frequenzweiche für die Beaufschlagung von mehreren Schwingungsanregern aufgespalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flächenlautsprecher anzugeben, bei dem eine Korrektur des nicht linearen Frequenzganges in einfacher Weise und kostengünstig durchführbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfach und kompakt handhabbaren Flächenlautsprecher anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem an den oder jeden Schwingungsanreger ein Flächenelement angekoppelt ist. Am Flächenelement ist zumindest ein Korrekturelement zur Anpassung des akustischen Signals und damit des Schwingungsverhaltens des Schwingsystems angeordnet. Unter einem Korrekturelement ist hierbei jede Vorrichtung zu verstehen, mittels derer das Schwingverhalten des Schwingsystems beeinflussbar ist, insbesondere jedoch eine elektrische oder mechanische Vorrichtung.
Das Schwingsystem umfasst nunmehr neben dem Schwingungskörper und dem Schwingungsanreger das Flächenelement und das oder die Korrekturelemente. Der Frequenzgang des Schwingsystems und das von ihm abgestrahlte Klangspektrum ist damit in weiten Grenzen anpassbar. Durch die Ankopplung des Flächenelements und der Korrekturelemente an den Schwingungsanreger werden zudem das Flächenelement und die Korrekturelemente selbst in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen überlagern sich mit den Schwingungen des Schwingungskörpers. Über Werkstoff, flächenmäßige Ausdehnung und Dicke des Flächenelements ist somit das Schwingverhalten des Schwingsystems gezielt beeinflussbar. Somit ist auch mittels des Flächenelements eine Korrektur des abgestrahlten Klangspektrums durchführbar. Der Schwingungskörper, der Schwingungsanreger, das Flächenelement und die Korrekturelemente bilden gemeinsam nicht nur den Flächenlautsprecher, sondern auch eine Mon- tageeinheit. Auf diese Weise lässt sich der Flächenlautsprecher an seinen Montageort verbringen und muss lediglich noch mittels eines oder mehrerer analoger Kabel wie ein konventioneller Mehrwegelautsprecher mit dem wiederzugebenden akustischen Signal beaufschlagt werden. Eine externe, räumlich vom Flächenlautsprecher getrennte Unterbringung des oder der Korrekturelemente ist nicht notwendig. Vorteilhaft sind als Korrekturelemente passive elektrische Bauteile vorgesehen. Mittels dieser passiven elektrischen Bauteile, wie Widerständen, Spulen und Kondensatoren, ist eine passive Korrektur des Frequenzganges durchführbar. Dabei erfolgt eine Anpassung des akustischen Signals vor der Beaufschlagung des Schwingsystems. Mittels der passiven Frequenzgangkorrektur werden Frequenzbereiche, die das Schwingsystem ansonsten zu laut wiedergeben würde, hinsichtlich ihrer Amplitude gedämpft. Somit ist allein mittels passiven elektri- sehen Bauelementen eine inverse Frequenzgangkorrektur erreicht .
Eine Anhebung der Amplitude für einen Frequenzbereich ist mit passiven elektrischen Bauteilen außer mittels akustisch un- vorteilhafter Resonanzkreise nicht möglich. Daher ist, beispielsweise mittels eines vorgeschalteten Verstärkers, ein akustisches Signal mit einer hinreichend hohen Amplitude im gesamten Frequenzbereich vorgegeben. Mittels der passiven e- lektrischen Bauteile erfolgt eine Absenkung von Teilbereichen des Frequenzspektrums hinsichtlich ihrer Amplitude. Eine hinreichende Leistung des vorgeschalteten Verstärkers vorausgesetzt, ergeben sich gegenüber der aktiven Frequenzgangkorrektur mittels eines digitalen Signalprozessors keine Nachteile. Weiterhin sind die passiven elektrischen Bauteile be- deutend kostengünstiger als ein digitaler Signalprozessor.
Diese Kosten wirken sich unmittelbar auf die Herstellungskosten des Flächenlautsprechers aus. Mittels des an den Schwingungsanreger angekoppelten Flächenelements sind die passiven elektrischen Bauteile fest mit dem Schwingungskörper verbun- den. Das Flächenelement nimmt somit die passiven elektrischen Bauteile ebenso auf, wie es im Falle eines konventionellen Mehrwegelautsprechers durch das Lautsprechergehäuse geschieht, und ist als Montageeinheit montierbar.
Vorteilhaft ist als Flächenelement eine Platine vorgesehen. Auf einer derartigen Platine, die beispielsweise aus Epoxy oder Pertinax gefertigt ist, lässt sich mittels einer Leiter- bahnanordnung eine elektrische Verschaltung der elektrischen Bauteile in einfacher und bekannter Weise vorsehen. Die Platine und die auf der Platine montierten elektrischen Bauteile bilden eine Einheit, die in einem Massenfertigungsprozess kostengünstig herstellbar ist.
In einer vorteilhaften Variante ist das Flächenelement zwischen dem Schwingungskörper und dem Schwingungsanreger befestigt. Das Flächenelement ist somit direkt an den Schwin- gungskörper und an den Schwingungsanreger angekoppelt und damit unmittelbar in das Schwingungssystem integriert. Es wird vom Schwingungsanreger direkt zu Schwingungen angeregt und überträgt diese Schwingungen an den Schwingungskörper. Weist das Flächenelement eine hohe Steifigkeit auf und ist ver- gleichsweise dünn, wie dies beispielsweise bei einer Platine aus Epoxy oder Pertinax der Fall ist, so lassen sich insbesondere hohe Frequenzen überhaupt erst oder mit einer größeren Amplitude wiedergeben. Damit lässt sich eine mangelnde Eignung des Schwingungskörpers für die Wiedergabe hoher Fre- quenzen ausgleichen. So ist beispielsweise bei Flächenlautsprechern, deren Schwingungskörper als Deckeneinlegeplatte für die Montage in einer Decke eines Raumes ausgebildet ist, die Wiedergabe hoher Frequenzen entscheidend und auf einfache Weise verbessert. Bei einer derartigen Deckeneinlageplatte beginnt bereits bei 3000 Hz im wiedergegebenen Klangspektrum ein rapider Abfall hinsichtlich der Amplitude. Durch die Verwendung des versteifend wirkenden Flächenelements lässt sich auch eine um eine Oktave höhere Frequenz von 6000 Hz noch hinreichend wiedergeben.
In einer anderen vorteilhaften Variante ist das Flächenelement an der dem Schwingungskörper abgewandten Seite des Schwingungsanregers angeordnet. Hierdurch wird der frei über den Schwingungsanreger überstehende Teil des Flächenelements zu freien Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen werden durch die Massen der auf dem Flächenelement angeordneten Korrekturelemente weiter verstärkt. Eine hinreichende flächen- mäßige Ausdehnung des Flächenelements vorausgesetzt, lassen sich insbesondere niedrige Frequenzen mit einer höheren Amplitude wiedergeben. Hierbei ist insbesondere von Bedeutung, dass das menschliche Ohr für niedrige Frequenzen vergleichs- weise unempfindlich ist. Um niedrige Frequenzen hinreichend laut wahrzunehmen, müssen sie im Klangspektrum daher mit einer hinreichend hohen Amplitude wiedergegeben werden.
In einer Weiterbildung sind Kopplungselemente zur Ankopplung des Flächenelements an den Schwingungskörper und/oder den
Schwingungsanreger derart vorgesehen, dass das Schwingungsverhalten des Schwingsystems beeinflusst ist. So lässt sich durch einen Kleber als Kopplungselement zwischen Flächenelement und Schwingungsanreger eine starre Ankopplung des Schwingungsanregers an das Flächenelement erreichen. Ist das Flächenelement zusätzlich noch mit einer vergleichbaren Klebeverbindung auf den Schwingungsanreger aufgeklebt, so lässt sich mit dieser Anordnung insbesondere eine Wiedergabe der hohen Frequenzen des Frequenzspektrums weiter verbessern. Durch die unmittelbare Kopplung von Flächenelement und
Schwingungsanreger werden hohe Frequenzen unmittelbar auf das Flächenelement zur dortigen Wiedergabe übertragen.
Andererseits kann mittels eines elastischen Kopplungselemen- tes erreicht werden, dass das Schwingverhalten von Schwingungsanreger und Flächenelement zumindest teilweise entkoppelt sind. So lässt sich bei der Befestigung des Flächenelementes an der rückwärtigen, dem Schwingungskörper gegenüberliegenden Seite des Schwingungsanregers erreichen, dass das Flächenelement nahezu frei schwingen kann. Auf diese Weise ist eine besonders gute Verstärkung der niedrigen Frequenzen des Frequenzspektrums erreicht.
Vorteilhaft sind Massenelemente am Flächenelement und/oder an den Korrekturelementen befestigt derart, dass das Schwingungsverhalten des Schwingsystems beeinflusst ist. Mittels dieser Massenelemente ist eine Feinjustierung des Frequenz- gangs des Schwingsystems erreichbar. Bei den Massenelementen handelt es sich beispielsweise um kleine Quader oder kleine Zylinder aus einem metallischen Werkstoff, die in einfacher Weise an den Korrekturelementen oder am Flächenelement be- festigbar sind, beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben .
In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind Massenkopplungselemente zur Ankopplung der Massenelemente vorgesehen derart, dass das Schwingungsverhalten des Schwingsystems beeinflusst ist. Wie schon im Fall der Kopplungselemente beschrieben, können auch die Massenkopplungselemente starr oder elastisch ausgeführt sein. Auf diese Weise lässt sich eine weitere Feinjustage des Schwingungsverhaltens des Schwingsystems er- reichen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Einstellung des Schwingverhaltens eines Schwingsystems, bei dem das Schwingsystem einen schwingfähigen Schwingungskörper und zumindest einen an den Schwingungskörper angekoppelten und mit einem akustischen Signal beaufschlagbaren Schwingungsanreger zur Anregung der Membran umfasst. An den Schwingungsanreger ist zumindest ein Flächenelement angekoppelt. Am Flächenelement ist zumindest ein Korrekturelement zur An- passung des akustischen Signals und damit des Schwingverhaltens des Schwingsystems angeordnet. Sinngemäß sind auf das Verfahren die für den Flächenlautsprecher beschriebenen Ausgestaltungen und Vorteile zu übertragen.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 einen ersten Flächenlautsprecher mit einem Flächenelement zwischen einem Schwingungskörper und einem Schwingungsanreger in einer geschnittenen Seitenansicht sowie FIG 2 einen zweiten Flächenlautsprecher mit einem direkt an einem Schwingungskörper befestigten Schwingungsanreger, an dessen Rückseite ein Flächenelement angeordnet ist, ebenfalls in einer geschnittenen Sei- tenansicht.
Gemäß FIG 1 weist ein Flächenlautsprecher ein Schwingsystem 2 auf, das einen schwingfähigen Schwingungskörper 4 und einen Schwingungsanreger 6 umfasst. Der Schwingungsanreger 6 ist nicht direkt, sondern über ein Flächenelement 8 am Schwingungskörper 4 befestigt. Dazu ist das Flächenelement 8 mittels einer KlebstoffSchicht 10 auf den Schwingungskörper 4 aufgeklebt. Der Schwingungsanreger 6 umfasst eine Schwingspule 11 und einen Schwingungsübertrager 12. Der Schwingungsübertrager 12 ist am Flächenelement 8 befestigt. Der Schwingungsübertrager 12 ist einteilig in einer ringförmigen Geometrie ausgeführt. In der Seitenansicht sind von dieser ringförmigen Geometrie nur zwei Stege sichtbar. Der Schwingungsübertrager 12 kann jedoch auch eine andere Geometrie aufweisen und sich beispielsweise aus mehreren Stiften zusammensetzen.
Das Flächenelement 8 ist als eine Leiterplatine ausgeführt und aus Epoxy gefertigt. Auf der Leiterplatine sind in der Zeichnung nicht gezeigte Leiterbahnen angeordnet, mittels de- rer auf dem Flächenelement 8 befestigte passive elektrische Bauteile miteinander verschalten sind. In der FIG 1 sind stellvertretend für die passiven, elektrischen Bauteile exemplarisch eine Spule 14 und ein Kondensator 16 eingezeichnet. Spule 14 und Kondensator 16 sind jeweils mittels einer Kleb- Stoffschicht 18 auf dem Flächenelement 8 befestigt und über die Leiterbahnen elektrisch leitend miteinander verbunden.
Der Flächenlautsprecher wird mit einem akustischen Signal beaufschlagt, das die Information über das vom Flächenlaut- Sprecher wiederzugebendes Klangspektrum trägt. Dieses akustische Signal wird zunächst mittels der passiven elektrischen Bauteile 14,16 verarbeitet. Anschließend wird der Schwin- gungsanreger 6 mit dem verarbeiteten akustischen Signal beaufschlagt. Mittels der Schwingspule 11 wird der Schwingungsübertrager 12 zu Schwingungen in einer Schwingrichtung 20 senkrecht zur Oberfläche des Schwingungskörpers 4 angeregt. Diese Schwingungen werden zunächst auf das Flächenelement 8 und von diesem auf den Schwingungskörper 4 übertragen. Der Schwingungskörper 4 strahlt ein Klangspektrum 22 ab, die vom menschlichen Ohr eines Zuhörers als Schall wahrnehmbar ist.
Mittels der passiven elektrischen Bauteile 14,16 erfolgt eine Anpassung des akustischen Signals zur Berücksichtigung des Frequenzgangs des Schwingsystems 2. Dabei findet insbesondere das Schwingverhalten des Schwingungsanregers 6, des Schwingungskörpers 4 und des zwischen dem Schwingungskörper 4 und dem Schwingungsanreger 6 angeordneten Flächenelementes 8 Berücksichtigung. Das akustische Signal wird derart aufbereitet, dass es Bereiche des Frequenzspektrums, die vom Schwingsystem 2 zu laut, d.h. mit einer zu hohen Amplitude, wiedergegeben würden, herabdämpft. Mit anderen Worten wird in die- sen Frequenzbereichen die Amplitude der Schwingungen reduziert .
Da das als Platine ausgeführte Flächenelement eine hohe Steifigkeit aufweist, ist es zu Schwingungen mit einer hohen Fre- quenz anregbar. Somit können auch hohe Frequenzen mit einer ausreichenden Amplitude wiedergegeben werden. Schwächen der schwingfähigen Membran bei der Wiedergabe der hohen Frequenzen werden durch das Flächenelement 8 ausgeglichen.
Zu beachten ist noch, dass die passiven elektrischen Bauteile 14,16 eine Masse haben, die beim Schwingen des Flächenelements 8 ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Die passiven elektrischen Bauelemente 14,16 fungieren somit zusätzlich als Massenelemente 14,16. Auch diese Massenelemente 14,16 haben einen Einfluss auf das Schwingverhalten des Flächenelementes 8 und somit des Schwingsystems 2. Mittels einer geschickten und angepassten Verteilung der Massenelemente 14,16 auf dem Flächenelement 8 ist somit eine weitere Anpassung des Frequenzgangs des Schwingsystems 2 und damit des wiedergegebenen Klangspektrums 22 durchführbar. Für eine Feinjustierung, d.h. für eine weitere Anpassung des wiederge- gebenen Klangspektrums 22, ist das Anbringen weiterer, in der Figur nicht dargestellter Massenelemente auf dem Flächenelement 8 möglich. Weiterhin können die passiven elektrischen Bauteile 14,16 mit Gehäusen oder Anbauten versehen sein, die die am Flächenelement 8 angreifende Massenverteilung eben- falls ändern. Auf diese Weise ist eine weitere Anpassung des Frequenzgangs erreicht.
Der Flächenlautsprecher mit seinem Schwingsystem 2 und seinen Korrekturelementen 14,16 stellt vergleichbar einen konventio- nellen Mehrwegelautsprecher eine Montageeinheit dar. Weitere Korrekturelemente, die räumlich von Flächenlautsprecher getrennt anzuordnen sind, sind nicht notwendig. Vielmehr ist lediglich, wie bei einem konventionellen Mehrwegelautsprecher, ein Verstärker zur Aufbereitung des akustischen Signals sowie ein analoges Kabel zur Übertragung des akustischen Signals notwendig. Die Aufbereitung des akustischen Signals mittels passiver elektrischer Bauteile 14,16 erfordert hierbei lediglich, dass das akustische Signal mit einer ausreichenden Signalstärke, d.h. mit einer ausreichenden Amplitude, zur Verfügung gestellt wird. Damit ist sichergestellt, dass auch nach einer passiven Korrektur des akustischen Signals eine hinreichende Lautstärke des Klangspektrums 22 erreichbar ist.
Gemäß FIG 2 weist ein weiterer Flächenlautsprecher ein Schwingsystem 2 auf, das wiederum, wie in FIG 1, einen
Schwingungskörper 4 und einen Schwingungsanreger 6 umfasst. Der Schwingungsanreger 6 ist über den Schwingungsübertrager 12 direkt am Schwingungskörper 4 befestigt. An der dem Schwingungskörper 4 abgewandten Seite des Schwingungsanregers 6 ist zunächst mittels einer KlebstoffSchicht 10 eine Gummischicht 24 und mittels einer weiteren KlebstoffSchicht 10 ein Flächenelement 8 befestigt. Damit ist das Flächenelement 8 elastisch an das Schwingsystem 2 angekoppelt. Das Flächenelement 8 ist, wie bereits in Fig. 1 beschrieben, als Platine ausgeführt und mit passiven elektrischen Bauteilen 14,16 versehen. Die Anordnung der passiven elektrischen Bauteile 14,16, ihre Befestigung und ihre Funktion ist der Beschreibung zu FIG 1 zu entnehmen.
Ein akustisches Signal wird analog zur in FIG 1 beschriebenen Weise mittels der passiven elektrischen Bauteile 14,16 aufbe- reitet und regt den Schwingungsanreger 6 zu Schwingungen in einer Schwingrichtung 20 senkrecht zur Oberfläche des Schwingungskörpers 4 an. Dabei wird auch das Flächenelement 8 mit seinen Korrekturelementen 14,16 in erzwungene Schwingungen versetzt. Auch in diesem Fall bilden der Schwingungskörper 4, der Schwingungsanreger 6 und das Flächenelement 8 mit seinen Korrekturelementen 14,16 ein Schwingsystem 2. Die Gummischicht 24 bewirkt schwingungstechnisch eine teilweise Entkopplung des Flächenelements 8 vom Schwingungsanreger 6. Dadurch wird das Flächenelement 8 insbesondere zu Schwingungen im niedrigen Frequenzbereich angeregt. Diese Schwingungen ü- berlagern sich mit den Schwingungen der Membran 4. Damit ergibt sich ein Klangspektrum 22, das eine Verstärkung der Schwingungen im Bereich niedriger Frequenzen aufweist. Die niedrigste vom Flächenelement 8 wiedergebbare Frequenz hängt hierbei von dessen flächenmäßiger Ausdehnung ab. Über die E- lastizität der Gummischicht 24 ist vorgebbar, mit welcher Amplitude das Flächenelement die Frequenzen im niedrigen Frequenzbereich wiedergibt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist eine einfache und kostengünstige Anpassung des Frequenzganges des Flächenlautsprechers und damit des abgestrahlten Klangspektrums 22 erreicht. Das Flächenelement 8 mit seinen Korrekturelementen 14,16 ist jeweils Bestandteil des Flächenlautsprechers und bildet zu- sammen mit dem Schwingungsanreger 6 und dem Schwingungskörper 4 eine einfach handhabbare Montageeinheit.

Claims

Patentansprüche
1. Flächenlautsprecher mit einem einen schwingfähigen Schwingungskörper (4) umfassenden Schwingsystem (2) und mit zumindest einem an den Schwingungskörper (4) angekoppelten Schwingungsanreger (6), gekennzeichnet durch zumindest ein an den Schwingungsanreger (6) angekoppeltes Flächenelement (8) und zumindest ein am Flächenelement (8) angeordnetes Korrektur- element (14,16) zur Frequenzgangkorrektur des Schwingsystems (2) .
2. Flächenlautsprecher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch passive elektrische Bauteile (14,16) als Korrekturelemente (14,16).
3. Flächenlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Platine als Flächenelement
(8) .
4. Flächenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (8) zwischen dem Schwingungskörper (4) und dem Schwingungsanreger (6) befestigt ist.
5. Flächenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (8) an der dem Schwingungskörper (4) abgewandten Seite des Schwingungsanregers (6) angeordnet ist.
6. Flächenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Kopplungselemente (10, 24) zur An- kopplung des Flächenelements (8) an den Schwingungskörper (4) und / oder den Schwingungsanreger (6) derart dass das Schwingungsverhalten des Schwingsystems (2) be- einflusst ist.
7. Flächenlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Massenelemente (14,16) zur Befestigung am Flächenelement (8) und / oder an den Korrekturelementen (14,16) derart, dass das Schwingungsverhalten des Schwingsystems (2) beeinflusst ist.
8. Flächenlautsprecher nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Massenkopplungselemente (18) zur Ankopplung der Massenelemente (14,16) am Flächenelement (8) und / oder an den Korrekturelementen (14,16) derart, dass das Schwingungsverhalten des Schwingsys- tems (2) beeinflusst ist.
9. Verfahren zur Einstellung des Schwingverhaltens eines
Schwingsystems (2), bei dem das Schwingsystem (2) einen schwingfähigen Schwingungskörper (4) und zumindest einen an den Schwingungskörper (4) angekoppelten Schwingungsanreger (6) umfasst, wobei zumindest ein Flächenelement (8) an den Schwingungsanreger (6) angekoppelt ist und das akustische Signal und damit der Frequenzgang des Schwingsystems (2) angepasst wird, indem am Flächenele- ment 8 zumindest ein Korrekturelement (14,16) zur Anpassung des akustischen Signals vorgesehen ist.
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