DE1088099B - Druckkammersystem fuer elektrodynamische Lautsprecher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Druckkammerlautsprecher, die nach dem elektrodynamischen Antriebsprinzip arbeiten. Bei diesen Lautsprechern arbeitet die Membran gegen einen Kompressionsraum, so daß das Luftvolumen (entsprechend Membranoberfläche mal Membranhub) durch die Austrittsöffnung des Kompressionsraumes herausgedrückt wird, wobei wegen des wesentlich kleineren Querschnitts an der Austrittsöffnung das bewegte Luftvolumen einen erheblich größeren Hub ausführen muß. Dieses führt zu einer Geschwindigkeitserhöhung der austretenden Luftströmung. Auf Grund dieser Geschwindigkeitstransformation wird der akustische S trahlungs wider stand des Lautsprechers erhöht, größenordnungsmäßig in erster Annäherung um das Zahlenverhältnis von Antriebsmembranfläche zu Öffnungsfläche am Druckkammeraustritt. Hierdurch erhöht sich um den gleichen Faktor die abgestrahlte akustische Leistung, was gleichbedeutend mit einer beträchtlichen Wirkungsgraderhöhung des Lautsprechers ist. Bei dem allgemein kleinen Wirkungsgrad aller übrigen Lautsprecher ist dies ein wesentlicher Vorteil des Druckkammersystems.

Trotz dieses besonderen Vorzugs werden Druckkammerlautsprecher insbesondere in Musikübertra- gungs- und anderen qualitativ hochwertigen elektroakustischen Anlagen verhältnismäßig wenig angewendet, weil bei den technischen Ausführungen zusätzliche Effekte auftreten, die den erwähnten Vorzug verkleinern oder sogar ganz aufheben. Die angenommenen Gesetzmäßigkeiten in der Druckkammer sind nur dann voll gültig, wenn die Luft nicht kompressibel wäre, also sich wie eine Flüssigkeit verhalten würde. Mit zunehmender Frequenz ist dies jedoch immer weniger der Fall. Bei hohen Frequenzen schließlich erfolgt kaum noch eine Geschwindigkeitstransfoimation, so daß der Wirkungsgrad wieder stark zurückgeht. Dies macht sich um so mehr bemerkbar, je größer das im Druckkammerraum eingeschlossene Luftvolumen ist. Es ist bekannt, aus diesem Grund das eingeschlossene Luftvolumen so klein wie irgend möglich zu machen, weil dann durch den Membranhub ein so großer Druckanstieg erfolgt, daß ein Abströmen zur Austrittsöffnung hin erzwungen wird. Macht man andererseits den Druckkammer raum zu klein, dann entstehen bei der Strömung so große Reibungsverluste an den Wandungen, daß der Wirkungsgrad wieder kleiner wird.

Es ist weiter bekannt, daß die Strömungsverhältnisse an der Außenöffnung der Druckkammer eine besonders große Rolle spielen. So hat man beispielsweise in die Austrittsöffnungen Leitkörper von meist zwiebelförmiger Gestalt mit verschiedenen Schlitzanordnungen eingesetzt, durch die ein günstiger Übergang Drackkammersystem
für elektrodynamische Lautsprecher

Anmelder:
Isophon -Werke

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Berlin -Tempelhof

Alfred Grade, Berlm-Friedenau,
ist als Erfinder genannt worden

zu dem Schalltrichter entstehen soll. Es hat sich jedoch ergeben, daß derartige zwiebeiförmige oder sonstige Einsätze an der Schallaustrittsöffnung teilweise die laminare Strömung, die entlang der Druckkammerwand entsteht, stört, so daß es zu einer turbulenten Strömung unterhalb bzw. zwischen den Einsatzkörpern kommt Dies führt zu Frequenzeinbrüchen und Wirkungsgradverlusten, wodurch der Lautsprecher gerade für qualitativ hohe Übertragungsansprüche unbrauchbar wird.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man daher ferner bereits die vorzugsweise als Konvexkalotte ausgebildete Membran gegenüber der Schallaustrittsöffnung mit einem Leitkörper in Form einer kegelförmigen Ausstülpung der Membran versehen, wodurch Turbulenzeffekte vermieden werden.

Ein weiteres Problem besteht in der Halterung bzw. Zentrierung der Membran. Diese wird bei den konvexkalottenförmigen Membranen der vorstehend erwähnten Art üblicherweise in Form einer Randeinspannung der Membran am Außenrand vorgenommen. Diese Einspannung beeinflußt aber die Druckvorgänge in der Druckkammer, weil über das normalerweise elastisch ausgebildete Zwischenglied die Bewegung, die an der Einspannstelle die Größe Null hat, allmählich in den vollen Hub der Membran (an der Verbindungsstelle der Zentrierung mit der Membran) übergeht.

Ein weiteres Problem besteht bei Druckkamme*rsystemen darin, der Membran die erforderliche Steifheit zu verleihen; diese ist bei Druckkammersystemen von besonderer Bedeutung, weil beim Kompressionshub der Druck in der Kammer dazu führen kann, daß eine weniger steife Membran nachgibt und sich durchdrückt; hierdurch wird jedoch das Druckkammer-

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prinzip unwirksam, der Wirkungsgrad geht stark zurück. Besonders störend wirkt der Umstand, daß dieser Effekt bei bestimmten Frequenzen besonders stark auftritt, was zu Frequenzeinbrüchen führt.

Man hat daher aus den beiden \^rorstehend erwähnten Gründen. (Zentrierproblem, Steifheit) bereits den Weg beschriften, die eigentliche, mit der Druckkammeraustrittsöffnung zusammenwirkende konvexe Schallmembran auf eine konusförmige Trägermembran nach Art der üblichen freistrahlenden Lautsprecher aufzusetzen, wobei die Zentrierung an dieser Konusmembran vorgenommen wird. Bei einer bekannten Ausführung dieser Art sind die beiden Membranen in Form zweier gleich großer Konusmembranen ausgeführt, welche mit ihren Basen aufeinandergesetzt und am Rand miteinander verbunden sind. Dabei ist keine der Membranen am Rand eingespannt, die Zentrierung erfolgt ausschließlich an der unteren Trägermembran. Bei der bekannten Ausführung handelt es sich dabei um einen auf dem elektromagnetischen Prinzip beruhenden Lautsprecher, bei dem die Spitze des unteren Membrankonus starr mit der Magnetzunge verbunden ist. Abgesehen davon, daß eine derartige Ausführung bei einem elektrodynamischen Lautsprecher nicht anwendbar ist, wird infolge der fehlenden Randeinspannung der Trägermembran nur eine ungenügende Versteifung der gesamten Membran erzielt, so daß diese, um dennoch eine ausreichende Eigensteife zu erhalten, aus metallischem Werkstoff hergestellt sein muß; dies führt, abgesehen von der Gewichtserhöhung, zu Klirreffekten und scheidet für Lautsprecher mit hohen qualitativen Anforderungen aus. Ein Leitkörperansatz an der oberen, eigentlichen Schallmembran ist bei der bekannten Ausführung nicht vorgesehen.

Schließlich hat man zur Erhöhung der Steifigkeit bei einem Druckkammerlautsprecher mit üblicher konvexkälottenförmiger, am Rand eingespannter Schallmembran aus Papier oder Pappenguß die Schallmembran mit einer Lackimprägnierung versehen. Ein Leitkörperansatz ist bei dieser Membran nicht vorhanden. ^; Die Erfindung betrifft ein Druckkammer system für elektrodynamische Lautsprecher mit einer am Rand eingespannten und an ihrem verjüngten Teil die Schwingspule tragenden Konusmembran. Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile und zur Erzielung besonderer, weiter unten beschriebener Vorteile -ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß auf die als Trägermembran dienende, in an sich bekannter Weise an der Schwingspule mit einer Außenzentrierung oder einer Innenzentrierung geführte Konusmembran eine mit einem Leitkörper ausgebildete Schallmembran aufgesetzt ist, wobei die Verbindungsstelle zwischen Schallmembran und Trägermembran entsprechend dem gewünschten Frequenzgang des Druckkammer systems gewählt ist.

Durch diese Maßnahme ergibt sich ein in einfacher Weise und billig herzustellender Druckkammerlautsprecher, der qualitativ hohen Ansprüchen genügt. Durch die Verwendung einer konischen Trägermembran in der bei freistrahlenden elektrodynamischen Lautsprechern üblichen Bauart mit sogenannter Außen- oder Innenzentrierung wird die Zentrierung vollständig aus dem Druckkammerraum heraus verlegt. Durch die Maßnahme, in diese Trägermembran die eigentliche, mit der Austrittsöffnung des Druckkammerraumes zusammenwirkende Schallmembran ■ einzusetzen und diese mit einem angeformten Leitkörperansatz zu versehen, wird gleichzeitig eine erhebliche Versteifung der Gesamtmembran erzielt, während andererseits die Vorteile einer mit einem Leitkörperansatz versehenen konvexkalottenförmigen Schallmembran gegeben sind. Infolge der erzielten Versteifung der Membran kann diese insbesondere aus Papier oder Pappe hergestellt werden, ohne daß eine Beeinträchtigung des Druckkammerprinzips und eine Verringerung des Wirkungsgrades zu befürchten ist.

Von ganz entscheidender Bedeutung, insbesondere für die akustische Qualität eines Lautsprechers, ist

ίο jedoch die weitere Maßnahme gemäß der Erfindung, die Einsatz- bzw. Verbindungsstelle zwischen Schallmembran und Trägermembran entsprechend dem gewünschten Frequenzgang des Druckkammersystems zu wählen. Es hat sich nämlich ergeben, daß durch Veränderung dieser Verbindungsstelle der Frequenzgang in bestimmter Weise beeinflußt werden kann, wodurch ein überaus einfaches und wirkungsvolles Mittel zur Erzielung bestimmter vorgegebener akustischer Eigenschaften des Lautsprechers an die Hand gegeben ist. Besonders vorteilhaft ist die Anbringung der Schallmembran im oberen Drittel der Konusfläche der Trägermembran, wodurch im Frequenzgang die Tiefenfrequenzen angehoben werden, was bei Druckkammerlautsprechern besonders wesentlich ist.

Schließlich sei noch die Einfachheit der Herstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Druckkammersystems erwähnt; hierzu kann eine konische Membran, wie sie in den üblichen Ausführungen von freistrahlenden elektrodynamischen Lautsprechern benutzt wird, verwendet" werden, wobei lediglich nachträglich die mit dem Leitkörper ausgebildete Schallmembran auf die Konusmembran aufgesetzt wird, und zwar je nach dem gewünschten Frequenz verhalten in einer bestimmten Höhe des unteren Trägerkonus.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Leitkörper unten durch eine Abdeckung geschlossen ist.

'Die in die Trägermembran eingesetzte Schallmembran mit Leitkörper hat vorzugsweise eine konvexe Form.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele an Hand der beiden Figuren der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt (etwa in doppeltem Maßstab) ein Ausführungsbeispiel, in welchem 1 die Antriebsschwingspule, 2 eine in Form einer Konvexkalotte ausgebildete Druckkammermembran mit dem im Bereich der Schallaustrittsöffnung angeformten kegelförmigen Leitkörper 3 darstellt. 5 bezeichnet die im Bereich des Ansatzes 3 kegelstumpfförmige Wandung des Druckkammerraumes und 4 die ' Schallaustrittsöffnung.

Die Zentrierung ist an einer Konusmembran 9 vorgenommen, .welche akustisch nicht wesentlich wirksam ist, sondern vor allem als Träger für die auf sie aufgesetzte Schallmembran2 dient. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Konusträgermembran, mit einer Außenzentrierung 7 an sich bekannter Ausführung versehen, dargestellt, während Fig. 2 ein entsprechendes Ausführungsbeispiel mit Innenzentrierung 8 betrifft. In beiden Ausführungen ist die in der Druckkammer, wirksame Schallmembran 2 als Konvexkörper ausgebildet: Es wäre gegebenenfalls auch eine Konkavforrii möglich. Als Halterung der Membran der Druckkammer ist bei dieser Ausführung gemäß der Erfindung mit Trägermembran nur ein einfaches Gelerik 6 erforderlich, wodurch die Schwierigkeiten der." früheren Ausführung, bei -welcher dieionvexkalottenförmige Schallmemtran 2

selbst am Rand zentriert und eingespannt war, weitgehend vermieden sind. Diese Randeinspannung der Membran 2 bei den bekannten Ausführungen hatte die Druckvorgänge in der Druckkammer ungünstig beeinflußt, weil über dieses elastische Zwischenglied die Bewegung, die an der Einspannstelle die Größe Null hat, allmählich in den Hub der Membran (an der Verbindungsstelle der Zentrierung mit der Membran) überging.

Ein weiterer Vorzug der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen besteht darin, daß der ganze Membrankörper eine außerordentliche Steifigkeit besitzt. Diese ist bei Druckkammersystemen von besonderer Bedeutung, weil beim Kompressionshub der Druck in der Kammer dazu führen kann, daß eine weniger steife Membran nachgibt und sich durchdrückt. Hierdurch würde jedoch das Druckkammerprinzip unwirksam und der Wirkungsgrad herabgesetzt.

Von besonderer Bedeutung ist die Wahl der Stelle, an welcher die Konvexkalotte 2 in der Trägermembran 9 befestigt wird. Bei Befestigung in der Nähe der Schwingspule, d. h. im unteren Teil der Trägermembran, ergibt sich eine Bevorzugung der hohen Frequenzen, wahrend bei der dargestellten Befestigung im oberen Drittel des Konus 9 eine Verschiebung nach den tieferen Frequenzen hin erfolgt.

Von Einfluß ist es auch, ob der Raum unterhalb dem kegelförmigen Leitkörperaufsatz 3 der Schallmembran geschlossen oder offen ist, was einmal auf die Stabilität der ganzen Membranform und andererseits auf das Verhältnis der gesamten Membranmasse zur Schwingspulenmasse einwirkt, so daß sich hierdurch zusätzliche Abstimmöglichkeiten in bezug auf den Frequenzgang ergeben. Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Konvexmembran 2 mit ihrem Ansatz 3 aus einem Stück hergestellt, wobei dieser Ansatz in Fig. 1 unten offen, in Fig. 2 geschlossen ist.

Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen die Ausbildung von Druckkammerlautsprechern, welche gegenüber den bisherigen Ausführungen neben einem hohen Wirkungsgrad einen großen Frequenzumfang und günstige gleichmäßige Übertragungseigenschaften über ein weites Frequenzband hinweg besitzen. In der Herstellung ist das System gemäß der Erfindung äußerst einfach, da weitgehend Bauelemente von freistrahlenden Lautsprechersystemen verwendet werden können.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Druckkammersystem für elektrodynamische Lautsprecher mit einer am Rand eingespannten und an ihrem verjüngten Teil die Schwingspule tragenden Konusmembran, dadurch gekennzeichnet, daß auf die als Trägermembran dienende, in an sich bekannter Weise an der Schwingspule (1) mit einer Außenzentrierung (7) ader einer Innenzentrierung (8) geführte Konusmembran (9) eine mit einem Leitkörper (3) ausgebildete Schallmembran (2) aufgesetzt ist, wobei die Verbindungsstelle zwischen Schallmembran und Trägermembran entsprechend dem gewünschten Frequenzgang des Druckkammersystems gewählt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallmembran mit der Trägermembran (9) im oberen Drittel der Konusflache verbunden ist, wodurch im Frequenzgang die tiefen Frequenzen angehoben werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (3) mit der Schallinembran (2) aus einem Stück besteht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (3) unten durch eine Abdeckung geschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallmembran (2) eine konvexe Form hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 691 930;
USA.-Patentschriften Nr. 1 918 164, 1 962 374,
733 013, 1 768 903.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 589/315 8.60