Lautsprecheranlage mit elektrostatischen Lautsprecherelementen. Die Wiedergabe der extrem tiefen Töne ebenso wie der extrem hohen des akustischen Bereiches stiess bisher bei den elektrosta tischen Lautsprechern auf grosse Schwierig keiten. Man versuchte, die einwandfreie Wiedergabe der tiefen Töne durch Ver grösserung der Fläche zu erzielen; dadurch wuchs aber die Kapazität der Anordnung, wodurch wiederum ein zusätzlicher kapazi- tiver Kurzschluss für die hohen Frequenzen ";eschaffen wurde, der der Wiedergabe der hohen Töne abträglich war.
Obwohl durch die Verwendung grosser, hochelastischer, freischwingender und von beiden Seiten er regter Membranen schon ein grosser Fort schritt in qualitativer und quantitativer Hinsicht erreicht wurde, liess der elektro akustische Wirkungsgrad derartiger Ein richtungen doch noch zu wünschen übrig, ganz abgesehen davon, dass die genannten Mängel, bedingt durch Parallelkapazität und räumliche Begrenzung der Membranamplitu- den, grundsätzlich noch weiter bestanden. Teilweise sind die obengenannten Schwie rigkeiten auch schon beseitigt durch Ver wendung von Einrichtungen, die aus einer Mehrzahl Lautsprecher bestehen, von denen jeder einen bestimmten Teil des akustischen Frequenzbereiches beherrscht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser Lautsprecheranlagen und besteht darin, dass jeder akustische Teil bereich von einzelnen Lautsprecherelementen beherrscht wird, die hinsichtlich des Abstan des zwischen schwingender und ruhender Kapazitätsfläche untereinander verschieden sind. Die Elemente können gegebenenfalls konstruktiv in einem einzelnen Lautsprecher vereinigt sein, dessen ruhender Belag bezw. ruhende Beläge unterschiedliche Abstände vom schwingenden Belag aufweisen.
Die einzelnen Elemente erhalten zweck mässig in an sich bekannter Weise Wechsel spannungen, die von einzelnen Spannungs quellen, zum Beispiel Verstärkerröhren, ge- liefert werden. Die Gitter dieser Röhren sind vorzugsweise parallel geschaltet.
Die Verwendung von getrennten Wechsel spannungsquellen für die einzelnen Teil-, Bereiche hat sich gewissermassen als notwen dig erwiesen, um die gegenseitige Beeinflus sung und Abhängigkeit zu vermeiden, die sich in der Ausbildung elektrischer Resonanz lagen, kapazitiver Kurzschlüsse und der gleichen bemerkbar macht.
Zur Erzeugung grosser Schallmengen, wie es zum Beispiel bei der Vorführung von Tonfilmen und dergleichen notwendig ist, kann eine grosse Anzahl von Lautsprecher elementen zu Gruppen zusammengeschaltet werden. Hierbei werden zweckmässig für die Wiedergabe der tiefen Töne Lautsprecher mit grossen Luftabständen, für die Wieder gabe der hohen Töne solche mit kleinen Luftabständen verwendet. Dementsprechend wird mit Zunahme des Luftabstandes die Energie den Lautsprecherelementen mit zu nehmender Spannung zugeführt.
Dem Ele ment, das die tiefen Frequenzen abzustrahlen hat, wird nun, um annähernd gleiche Feld dichten zu bekommen, eine etwa zehnmal so grosse Wechselspannung zugeführt als dem Element, dass für die Abstrahlung der hohen Frequenzen vorgesehen ist. Da sich bei glei cher Kapazität der kapazitive Widerstand bei der Frequenz 100 zu dem bei der Fre quenz 10,000 wie 1:100 verhält, muss dieser Tatsache mit Rücksicht auf den Wirkungs grad der Einrichtung Rechnung getragen werden.
Dies geschieht zum Beispiel dadurch, dass man die Lautsprecherelemente kapazitzv oder galvanisch an die Verstärkerröhren an koppelt und dabei mit Zunahme der Luft zwischenräume zwischen den Elektroden die Anodenwiderstände der zugehörigen Ver- stärkerröhren ebenfalls zunehmen lässt.
Für die Wiedergabe der tiefen Frequenzen wer den daher zweckmässig Verstärkerröhren mit hohem innerem Widerstand und hohen Anodenspannungen und für die Wiedergabe der hohen Frequenzen Verstärkerröhren mit gerade umgekehrten Merkmalen verwendet. Man kann aber auch -. was schaltungstech nisch mit Rücksicht auf gleichmässige Gitter und Anodenpotentiale zweckmässig ist - ein ander gleiche Verstärkerröhren benutzen und die Anpassung durch besondere Transforma toren vornehmen.
Die Übersetzungsverhält- nisse dieser Transformatoren werden vorzugs weise so gewählt, dass der kapazitive Wider stand jedes Lautsprecherelementes in dem ihm zugewiesenen Frequenzgebiet im Mittel dem mittleren Widerstand des Anodenkreises der zugehörigen Verstärkerröhre gleich ist.
In diesem Falle wird man für die Laut sprecherelemente mit grossem Luftabstand vorwiegend auf Spannung transformieren, da gegen bei den Lautsprecherelementen, die die hohen Frequenzen abstrahlen, zweckmässiger weise auf Strom transformieren, beziehungs weise sie direkt galvanisch oder kapazitiv an den Verstärker ankoppeln.
Im, allgemeinen ist es erwünscht, für jedes Frequenzgebiet einen besonderen Transfor mator zu verwenden. Würde man dies zum Beispiel nicht tun und sämtliche Lautspre cherelemente ohne weiteres von einem ge meinsamen Transformator speisen, dann würde in manchen Fällen die erforderliche grosse Kapazität des Lautsprecherelementes für die Abstrahlung der tiefen Frequenzen eine kapazitive Belastung des Transforma tors darstellen, wodurch sekundärseitig die Ausbildung der Wechselspannungen für die hohen Frequenzen geschwächt würde.
Es kann jedoch ein einziger besonders kon struierter Transformator verwendet werden, bei welchem ein gemeinsamer Eisenkern für den hohen und tiefen Frequenzbereich vor gesehen ist, bei welchem aber die verschiede nen Wicklungen derart angeordnet sind, dass die magnetischen Kraftlinienkreise für die beiden Frequenzgebiete getrennt sind, so dass kein Übergreifen der Induktion der zu jedem Frequenzgebiet ' gehörenden primären und sekundären Wicklungen auf das andere Gebiet stattfindet.
Der praktische Vorteil eines derartigen Transformators ist die Er sparung eines zweiten Eisenkernes, was von wirtschaftlicher Bedeutung, besonders bei hochlegierten und teuren Transformatoren blechen ist.
In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen veran schaulicht.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der akustische Bereich in drei Teile zerlegt. Die Lautsprecherelemente, die als einzelne Laut sprecher h, h und 1;s ausgebildet sind, unter scheiden sich hinsichtlich der Grösse ihrer strahlenden Fläche, der Luftdämpfung und vor allem hinsichtlich der Grösse ihres Luft spaltes zwischen Membrane und Kapazitäts fläche. Lautsprecher 1, ist für die Abstrah lung der hohen, h für die der mittleren und l3 für die tiefen Frequenzen vorgesehen.
Die Vorspannungseinrichtung für die Mem brane ist nicht mitgezeichnet. An Stelle der Einzellautsprecher können auch Gruppen gleichartiger Lautsprecher verwendet wer den. Die einzelnen Lautsprechergruppen wer den über die entsprechend ausgebildeten Transformatoren<I>t,,</I> t= und<B>1,</B> durch die Ver- stärkeranordnung <I>r,,</I> r. und r2 erregt. Die Gitter der Verstärkerröhen sind parallel ge schaltet und werden gemeinsam betätigt.
In der Figur sind nur einzelne Röhren ge zeichnet; es können aber selbstverständlich auch mehrere, zum Beispiel in Gegentakt arbeitende Röhrengruppen für jede Stufe vorgesehen sein. Die Energieaufnahme der Lautsprecher kann je nach Wunsch ver schieden gehalten werden; jedoch dürfte es sich empfehlen, jeder einzelnen Frequenz gruppe ungefähr die gleiche Wattleistung aufzudrücken.
Die Fig. 2 veranschaulicht eine Anord nung, wobei nur zwei Teilbereiche vorgesehen sind, ausserdem nur ein Lautsprecher, dessen ruhende Belege aber in verschiedene Zonen <I>b,</I> und b. unterteilt sind, die sich in unter schiedlichen Abständen von der Membrane befinden. Die zu verstärkende Spannung Eg wird den Gittern der Verstärkerröhren r, und r2 zugeführt.
In den Anodenkreisen der beiden Röhren liegen die auf einen ge- meinsamen Eisenkern t aufgebrachten Pri märwicklungen P, und P2 und Sekundär wicklungen ,S', und S, der zu den einzelnen Teilbereichen gehörigen Transformatoren. Wie aus den in der Figur angegebenen Pf eil- richtungen ersichtlich ist, sind die Wick lungen derart auf den Eisenkern angeordnet, dass die in den einzelnen Frequenzbereichen angeordneten Wicklungen sich gegenseitig in ihrer Wirkung nicht stören.
Die ausgezoge nen Pfeile stellen dabei schematisch den Ver lauf des in dem Transformator P1 S1 be stehenden Kraftflusses dar, während die gestrichelten Pfeile den Verlauf des Kraft flusses in dem andern Transformator P2 S2 angeben.
Eine Wirkung des aus dem Mittel schenkel des Eisenkernes T kommenden magnetischen Flusses auf die Wicklungen auf dem äussern Schenkel kann nicht ein treten, denn die eingezeichneten punktierten Pfeile lassen ersehen, dass auf der Primär seite P, eine magnetische Gegenkomponente auftritt von der gleichen Grösse wie bei der Sekundärspule S,, so dass sich also diese Flüsse gegenseitig aufheben und keine zu sätzliche Spannung induzieren. Die Sekun därwicklung S, erzeugt hohe Spannungen. Diese Spannungen werden den mittleren Be legen<I>b,</I> des Lautsprechers d zugeführt. Die Sekundärwicklung<B>8,</B> ist mit den äussern Belegen b2 des gleichen Lautsprechers ver bunden.
Unter dem Einfluss der sich ändern den Anodenspannungen werden an den Laut sprechern Wechselspannungen erzeugt, und zwar hohe Spannungen an den Belegen b, und niedrigere Spannungen an den Belegen b2. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass unter Benutzung eines einheitlichen Trans formators und einer einzigen Membrane die Vorteile der Erfindung verwirklicht wer den, die in einer vollkommenen Beherrschung des gesamten Frequenzbereiches und damit einer einwandfreien Wiedergabe der ganzen Tonskala liegen.
Public address system with electrostatic loudspeaker elements. The reproduction of the extremely low tones as well as the extremely high tones of the acoustic range have so far encountered great difficulties with the electrostatic loudspeakers. Attempts were made to achieve the perfect reproduction of the low tones by enlarging the surface; this increased the capacity of the arrangement, which in turn created an additional capacitive short circuit for the high frequencies, which was detrimental to the reproduction of the high tones.
Although the use of large, highly elastic, freely oscillating membranes excited from both sides has already made great progress in qualitative and quantitative terms, the electro-acoustic efficiency of such devices still left a lot to be desired, quite apart from the aforementioned Deficiencies, caused by parallel capacitance and spatial limitation of the membrane amplitudes, basically persisted. In some cases, the difficulties mentioned above have already been eliminated by using devices that consist of a plurality of loudspeakers, each of which dominates a certain part of the acoustic frequency range.
The present invention relates to an improvement of these loudspeaker systems and consists in the fact that each acoustic sub-area is dominated by individual loudspeaker elements which differ from one another in terms of the distance between the oscillating and resting capacitance area. The elements can optionally be structurally combined in a single loudspeaker, the static covering BEZW. static pads have different distances from the vibrating pad.
The individual elements expediently receive alternating voltages in a manner known per se, which are supplied by individual voltage sources, for example amplifier tubes. The grids of these tubes are preferably connected in parallel.
The use of separate AC voltage sources for the individual sub-areas has proven to be necessary to a certain extent in order to avoid the mutual influence and dependency that were in the formation of electrical resonance, capacitive short circuits and the like.
To generate large amounts of sound, as is necessary, for example, when showing sound films and the like, a large number of loudspeaker elements can be interconnected to form groups. In this case, speakers with large air gaps are expediently used for the reproduction of the low tones, those with small air gaps for the reproduction of the high tones. Accordingly, as the air gap increases, the energy is supplied to the loudspeaker elements with a voltage to be increased.
The element that has to radiate the low frequencies is now supplied with an alternating voltage that is about ten times as large as the element that is intended for the radiation of the high frequencies in order to achieve approximately the same field densities. Since the capacitive resistance at frequency 100 to that at frequency 10,000 is 1: 100 with the same capacity, this fact must be taken into account with regard to the efficiency of the device.
This is done, for example, by capacitively or galvanically coupling the loudspeaker elements to the amplifier tubes and, as the air spaces between the electrodes increase, the anode resistances of the associated amplifier tubes also increase.
For the reproduction of the low frequencies who therefore expediently use amplifier tubes with high internal resistance and high anode voltages and for the reproduction of the high frequencies amplifier tubes with just the opposite features. But you can also -. what is appropriate in terms of circuitry with regard to uniform grid and anode potentials - use different amplifier tubes of the same type and adjust them using special transformers.
The transformation ratios of these transformers are preferably chosen so that the capacitive resistance of each loudspeaker element in the frequency range assigned to it is on average equal to the mean resistance of the anode circuit of the associated amplifier tube.
In this case, the loudspeaker elements with a large air gap will mainly be transformed to voltage, as opposed to the loudspeaker elements that emit the high frequencies, more appropriately transforming them to current, or they are directly galvanically or capacitively coupled to the amplifier.
In general, it is desirable to use a particular transformer for each frequency range. If this were not done, for example, and all loudspeaker elements were fed easily from a common transformer, then in some cases the large capacity of the loudspeaker element required to radiate low frequencies would represent a capacitive load on the transformer, which would result in the formation of the secondary side AC voltages for the high frequencies would be weakened.
However, a single specially constructed transformer can be used in which a common iron core is provided for the high and low frequency ranges, but in which the various windings are arranged in such a way that the magnetic circles of lines of force are separated for the two frequency ranges that the induction of the primary and secondary windings belonging to each frequency area does not spill over to the other area.
The practical advantage of such a transformer is that it saves a second iron core, which is of economic importance, especially for high-alloy and expensive transformers.
In the drawing, the invention is illustrated in various embodiments.
In the arrangement according to FIG. 1, the acoustic area is divided into three parts. The loudspeaker elements, which are designed as individual loudspeakers h, h and 1; s, differ in terms of the size of their radiating surface, the air damping and, above all, the size of their air gap between the membrane and the capacitance surface. Loudspeaker 1 is intended for the abstraction of the high frequencies, h for the middle and l3 for the low frequencies.
The pretensioning device for the mem brane is not shown. Instead of the individual speakers, groups of speakers of the same type can also be used. The individual loudspeaker groups are controlled by the appropriately designed transformers <I> t ,, </I> t = and <B> 1, </B> through the amplifier arrangement <I> r ,, </I> r. and r2 excited. The grids of the amplifier rows are connected in parallel and are operated together.
In the figure, only individual tubes are drawn; however, it is of course also possible to provide several tube groups, for example working in push-pull, for each stage. The energy consumption of the loudspeakers can be kept different as desired; however, it is advisable to apply approximately the same wattage to each individual frequency group.
2 illustrates an arrangement in which only two sub-areas are provided, and also only one loudspeaker, but its resting documents are in different zones <I> b, </I> and b. are divided, which are located at different distances from the membrane. The voltage Eg to be amplified is supplied to the grids of the amplifier tubes r 1 and r 2.
The primary windings P and P2 and secondary windings, S 'and S, of the transformers belonging to the individual sub-areas are located in the anode circles of the two tubes. As can be seen from the arrow directions indicated in the figure, the windings are arranged on the iron core in such a way that the windings arranged in the individual frequency ranges do not interfere with one another in their effect.
The solid arrows represent schematically the course of the power flow existing in the transformer P1 S1, while the dashed arrows indicate the course of the power flow in the other transformer P2 S2.
An effect of the magnetic flux coming from the middle leg of the iron core T on the windings on the outer leg cannot occur, because the dotted arrows shown indicate that on the primary side P, a magnetic countercomponent of the same size as in the secondary coil S ,, so that these flows cancel each other out and do not induce any additional voltage. The secondary winding S generates high voltages. These voltages are fed to the middle legs <I> b, </I> of loudspeaker d. The secondary winding <B> 8 </B> is connected to the outer covers b2 of the same loudspeaker.
Under the influence of the changing anode voltages, alternating voltages are generated at the loudspeakers, namely high voltages on documents b and lower voltages on documents b2. This arrangement has the advantage that using a uniform transformer and a single membrane, the advantages of the invention are realized, which are in a perfect mastery of the entire frequency range and thus a perfect reproduction of the entire tone scale.