DE102005023759B3

DE102005023759B3 - Schallwandler mit Vollkonus-Membran und Vollkonusmembran

Info

Publication number: DE102005023759B3
Application number: DE200510023759
Authority: DE
Inventors: Florat Seta
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler mit Vollkonus-Membran. DOLLAR A Es soll hierbei ein derartiger Schallwandler geschaffen werden, der negative Membran-Resonanzen nahezu vollständig ausgleicht bei verbesserter Pulsgenauigkeit und besonders gleichmäßiger Abstrahlung des Schalls. DOLLAR A Erreicht wird dies durch eine Vollkonus-Membran (2), die als kegelförmiger Vollkörper (8) ausgebildet ist und eine nach außen weisende Wölbung (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler mit Vollkonus-Membran gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches 1, sowie eine Vollkonus-Membran.
Übliche Schallwandler wie sie beispielsweise in Lautsprecherboxen eingesetzt sind werden auch als elektrodynamische Lautsprecher bezeichnet. Der hierbei übliche Aufbau des elektrodynamischen Lautsprechers bzw. Schallwandlers umfaßt ein magnetisches Gleichfeld aufbauenden Permanentmagneten oder Elektromagneten, in dem sich eine stromdurchflossene Schwingspule befindet. Diese Schwingspule befindet sich auf einem Schwingspulenträger der die Bewegungen der Schwingspule auf die Membran des Schallwandlers überträgt, wodurch die Membran in Schwingung versetzt wird.
Die Materialanforderungen an eine ideale Membran für einen Schallwandler sind gegensätzlich, da eine ideale Membran zur Verwirklichung eines hohen Wirkungsgrades leicht aber dennoch möglichst starr sein müsste, um gleichzeitig einen linearen Frequenzgang zu ermöglichen. Zur Vermeidung stehender Wellen, also Resonanzen, wäre ein unendlich steifes Membranmate rial erforderlich, da dieses die Bewegungen der Schwingspule direkt vom Zentrum zum Membranrand übertragen könnte, da sich die Membran perfekt gleichförmig bewegt unabhängig von der zu übertragenden Frequenz. In der Praxis ist allerdings bislang ein solcher Werkstoff nicht vorhanden, weshalb mit zunehmender Frequenz der Schall mehr Wellenzüge von der Anregungsstelle bis zum Rand der Membran benötigt. Es kommt hierbei zu den unerwünschten Stehwellen oder Resonanzen, die sich von der Anregungsstelle zum Rand aber auch am Membranumfang und beliebig diagonal über die Membran hin erstrecken. Die unerwünschten Resonanzspitzen treten daher weitgehend ungleichmäßig auf.
Gegen diese unerwünschten stehenden Wellen werden im Stand der Technik zwei verschiedene Lösungen verfolgt. Zum einen folgt eine Bedämpfung der Membran mit einer zähelastischen Beschichtung, wobei hier problematisch ist, dass diese Bedämpfung nicht linear ist und deutliche klangliche Auswirkungen aufweist.
Daher geht die Tendenz zur zweiten Lösung nämlich der Stabilisierung der Membranen, also der Anstrebung möglichst steifer Membranwerktstoffe. Es gibt hierfür verschiedene Ansätze. Beispielsweise wird zunehmend mit metallischen Membranen, vorzugsweise Aluminiummembranen gearbeitet wobei sich Aluminium als Membranmaterial im Mitteltonbereich bis hin zum Hochtonbereich ideal verhält. Oberhalb dieser Frequenzen treten allerdings weiterhin Resonanzen auf, die in herkömmlicherweise mittels Frequenzweichen ausgeblendet werden müssen. Die Frequenzweiche blendet hierbei die problematischen Frequenzbereiche dieser Lautsprecher aus.
Ein weiterer bekannter Ansatz zur Erhöhung der Steifheit der Membran ist die Verwendung von Vollkonus-Membranen. Die Verwendung solcher Membranen ist lange bekannt und beispielsweise im sogenannten Pudszus-Görlich-Lautsprecher mit einer Vollkonus-Membran aus einem Sandwichmaterial aus Hartschaum und Aluminiumfolie gelöst.
Die Vollkonus-Membran ist hierbei ebenfalls konusförmig nach innen verjüngt, weist allerdings eine flachere Neigung zum Mittelpunkt hin auf.

Die DE 30 48 431.2 beschreibt ebenfalls einen Lautsprecher mit einer Vollkörperstyropormembran die zur Aufgabe der Vermeidung von Verzerrungen durch den herkömmlichen Pappkonus eingesetzt wird. Es handelt sich hierbei um einen seiner Oberfläche planen Konus, dessen Flanken an die Neigung des Pappkonus abgepasst sind, in den der Membrankörper aus Styropor eingeklebt wird. An einer unteren der Schwingspule zugeneigten Seite ist dieser Styroporkörper ebenfalls abgeflacht und bildet einen Hohlkörper oberhalb der gewölbten Abdeckkappe (Dustcap) der eigentlichen Pappmembran.

Auch diese Lösung bewirkt keine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Schallwandlern, da es im Bereich des übergangs des Styropormembrankörpers zur Pappmembran an dessen äußeren Umfang im Bereich der Sicke weiterhin zu Verwindungen des Membrankörpers kommt, die zu stehenden Wellen bzw. Resonanzen führen. Zudem ist problematisch, dass ein oberhalb der Abdeckkappe der Pappmembran entstehender luftgefüllter Hohlraum entsteht, der ebenfalls zu unkontrollierten Schwingungen führt.

Aus der EP 72991 A2 ist ein Lautsprecher mit einer kegelförmigen Schwingungsplatte und einem magnetischen Kreis zum Antrieb der Schwingungsplatte bekannt. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass durch Vorspringen der kegelförmigen Schwingungsplatte in Richtung des ausgesendeten Schalls Senken- und Höckereffekte am zentralen und peripheren Teil der Schwingungsplatte auftreten. Dieser Effekt dient zur Erzielung angestrebter Schalldruckfrequenzen und zur Vermeidung des „dip-effects". Auch diese Lösung offenbart allerdings keine Verbesserung im gewünschten Sinne, da der Membrankörper in sich noch immer nicht eine Steifigkeit aufweist, die Resonanzbildungen sicher vermeidet.

Schließlich offenbart die Schrift EP 68285 A1 einen Lautsprecher, bei dem ein geschäumter Kunststoffkörper an der Vorderseite der Membran anliegt. Die hier angestrebte Verbesserung soll durch eine zusätzliche dünne und biegesteife Kunststoffschicht erreicht werden, die den geschäumten Kunststoffkörper überzieht und so auch gegen Beschädigungen schützt. Insgesamt soll so die elektroakustische Umformungseffizienz verbessert werden. Auch durch diese Anordnung können Membran-Resonanzen nicht effizient ausgeschaltet werden.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schallwandler mit einer Vollkonus-Membran zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile vermeidet und vorhandene Membran-Resonanzen nahezu vollständig ausgleicht. Es soll zudem eine Vollkonus-Membran (2) zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Schallwandlern offenbart werden, die zur Lösung dieser Aufgabe führt. Es soll desweiteren eine Verbesserung der Pulsgenauigkeit und ein höherer unverzerrt erreichbarer Signalpegel verwirklicht werden. Desweiteren soll durch den erfindungsgemäßen Schallwandler sowie die erfindungsgemäße Vollkonus-Membran eine besonders gleichmäßige Abstrahlung des Schalls erfolgen.

Erreicht wird dies durch einen Schallwandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vollkonus-Membran nach Anspruch 12.

Die Unteransprüche 2-11 haben weiterführende Merkmale zum Gegenstand, die vorteilhafte Bauformen des Schallwandlers betreffen.

Der erfindungsgemäße Schallwandler weist den Aufbau bekannter Schallwandler auf, wobei nun in die Konus-Membran, die beispielsweise herkömmlich aus Papier, Kunststoff o.ä. gefertigt ist, ein kegelförmiger Vollkörper eingesetzt ist, der eine nach außen weisende Wölbung aufweist. Auf diese Weise wird eine äußerst steife Vollkonus-Membran geschaffen, die das Auftreten von stehenden Wellen bzw. Resonanzen bis in den Be reich hoher Frequenzen sicher vermeidet. Die Vollkonus-Membran bewegt sich hierbei perfekt gleichförmig unabhängig von der zu übertragenden Frequenz, wodurch klanglich keinerlei Verzerrungen auftreten.

Durch das Ausbleiben jeglicher Verformung der erfindungsgemäßen Membran können die auf die Membran wirkenden Antriebskräfte vollständig und ungedämpft in Schall umgewandelt werden, da Zug- und Querkräfte, die bei herkömmlichen Membranen zu Verformungen führen, keine Wirkung haben. Somit wird eine höhere Impulsgenauigkeit erreicht. Zudem werden die bei konventionellen Schallwandlern auftretenden Taumelbewegungen der Sicke sowie der Spinne minimiert. Insgesamt führen diese Verbesserungen zur Erreichung eines höheren unverzerrt erreichbaren Maximalpegel.

Ein weiterer positiver Effekt hierbei ist, daß die in konventionellen Lautsprecherboxen benötigten Frequenz- und Filterweichen, die die zuvor beschriebenen Mängel der Schallwandler auffangen sollen, aufgrund der erreichten Verbesserungen nicht mehr bzw. nur noch in geringem Umfang erforderlich sind, wodurch qualitativ hochwertige Lautsprecherboxen wesentlich preiswerter herstellbar sind.

Hierbei spielt die Wölbung der Vollkonus-Membran eine entscheidende Rolle. Bekannte nach innen gewölbte bzw. plane Vollkonus-Membrane weisen weiterhin deutliche Verzerrungen auf, die vom Randbereich der Vollkonus-Membran im Bereich der umlaufenden Sicke herrühren. In diesem Bereich verjüngt sich die Vollkonus-Membran, wodurch diese Materialschwäche zu Verformungen führt, die wiederum die zu vermeidenden Resonanzen bedingen. Dies wird zu einem großen Teil durch die erfindungsgemäße Wölbung nach außen aufgefangen. Diese Wölbung wirkt den Verformungskräften im Übergangsbereich der Vollkonus-Membran zur Sicke wirksam entgegen und bewirkt daher die deutlichen klanglichen Verbesserungen in beschriebener Form.

Zudem führt die Wölbung zu einer deutlichen Verbesserung in Bezug auf das Rundstrahlverhalten des Schallwand lers. Dieser Effekt ist besonders positiv bei Membrandurchmessern oberhalb von 10 cm, da gerade hier herkömmliche Schallwandler starke Defizite im Rundstrahlverhalten aufweisen. Für die Anwendung in einer Lautsprecherbox bedeutet dies ein deutlich bessere Klangverbreitung im Raum und somit einen Wohlklang in weiten Bereichen des Raumes, wohingegen herkömmliche Schallwandler häufig einen nur sehr begrenzten Raum optimal beschallen.

Ein wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Lösungen ist desweiteren, daß die erfindungsgemäße Vollkonus-Membran den durch die herkömmliche Konus-Membran gebildeten Konusraum des Schallwandlers voll ausfüllt und in diese einsetzbar ist. Das heißt, die Vollkonus-Membran kann auch als Verbesserung in bereits bestehende Schallwandler eingesetzt werden. Durch die vollständige Ausfüllung des Bereiches zwischen Abdeckkappe und Sicke sind keine Hohlräume mehr vorhanden, in denen Luft zum Schwingen gebracht und so schädliche Schwingungen erzeugt werden können. Auch dies erhöht die Impulsgenauigkeit und vermeidet die Entstehung von Resonanzen.

Zweckmäßigerweise geht die Wölbung der Vollkonus-Membran direkt von der Anbindung an der umlaufenden Sicke des Schallwandlers aus. Dies ist ideal, da so die bereits erläuterten Verformungen aufgrund der Materialschwäche in diesem Bereich sicher vermieden werden können.

Die Tiefe der Wölbung variiert hierbei in Abhängigkeit vom gewählten Wölbungsradius und vom Durchmesser der Vollkonus-Membran selbst. Die Wölbung gegenüber der durch die umlaufende Sicke gebildeten frontalen Ebene des Schallwandlers beträgt hierbei in etwa 1 cm, was allerdings durch die obengenannten Parameter unterschiedlich ausfallen kann und sollte.

Die Wölbung bzw. der Wölbungsradius kann hierbei vorteilhafterweise bewußt gewählt werden angepaßt an die gewünschten Eigenschaften der Abstrahlung. Durch eine stärkere Wölbung werden die Rundstrahleigenschaften weiter verbessert.

Bei der Materialwahl ist es zweckmäßig, für den Vollkörper der Vollkonus-Membran einen sehr steifen und den noch möglichst leichten Baustoff zu verwenden. Als hierfür besonders geeignet wurden aufgeschäumte Kunststoffe, insbesondere Polystyrole gefunden. Diese Materialien sind sehr leicht und weisen dennoch die erforderliche Steifigkeit auf, um die Impulsübertragung ohne Verluste durch eine evtl. Verformung der Membran zu gewährleisten. Die schallabgebende gewölbte Fläche kann hierbei zweckmäßigerweise lackiert sein, vorteilhafterweise mit einem Acryllack, was sowohl die Schallabgabe als auch die Optik des Schallwandlers verbessert.

Es ist wie bereits angesprochen sowohl möglich, Schallwandler der erfindungsgemäßen Art durch ein Ersetzen der üblichen Membran-Konen durch die neuartigen Vollkonus-Membranen herzustellen. Es ist aber auch zweckmäßig, in herkömmliche Schallwandler mit beispielsweise Papier-Membran-Konen die erfindungsgemäßen Vollkonus-Membranen einzusetzen, insbesondere einzukleben. Die Vollkonus-Membranen sind hierfür genau der Form der Membran-Konen angepaßt ausgebildet und werden vollflächig in diese eingeklebt. Verwendung findet hierfür ein Spezialkleber, der zumindest eine hohe Zugfestigkeit und thermische Belastbarkeit aufweisen muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Figur zeigt den seitlichen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schallwandler.
In einen Schallwandler mit herkömmlicher Konus-Membran 6 ist der erfindungsgemäße Vollkörper 8 der Vollkonus-Membran 2 eingeklebt. Die Vollkonus-Membran 2 weist hierbei als schallabgebende Fläche eine deutliche Wölbung 3 auf, die direkt an der die Konus-Membran 6 anbindenden Sicke 7 ansetzt.
Die Vollkonus-Membran 2 ist hierbei genau der Form der herkömmlichen Konus-Membran 6 angepaßt ausgebildet und füllt somit den Raum zwischen der über der Schwingspule 4 angeordneten Abdeckkappe 5 und der umlaufenden Sicke 7 voll aus, so daß keinerlei Hohlräume zwischen der ursprünglichen Konus-Membran 6 und der Vollkonus-Membran 2 entstehen.

Claims

Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) als kegelförmiger Vollkörper (8) ausgebildet ist und eine nach außen weisende Wölbung (3) aufweist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Vollkonus-Membran (2) in bekannte konusförmige Membranen (6) eingesetzt ist, – wobei sie den Raum zwischen der über der Schwingspule (4) angeordneten Abdeckkappe (5) und der die Membran (6) haltenden umlaufenden Sicke (7) voll ausfüllt.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung (3) der Vollkonus-Membran (2) direkt von der umlaufenden Sicke (7) ausgeht.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung (3) der Vollkonus-Membran (2) in etwa 1 cm aus der Ebene der umlaufenden Sicke (7) herausragt.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) aus einem geschäumten Kunststoff gefertigt ist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) aus einem Polystyrol gefertigt ist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) zumindest im Bereich ihrer Wölbung (3) eine Lackierung aufweist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) zumindest im Bereich ihrer Wölbung (3) eine Lackierung aus Acryllack aufweist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) in die Membran (6) des Schallwandlers eingeklebt ist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkonus-Membran (2) in die Membran (6) des Schallwandlers mittels eines speziellen Klebers mit hoher Zugfestigkeit und thermischer Belastbarkeit eingeklebt ist.
Schallwandler (1) mit Vollkonus-Membran (2) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Wölbungsradius der Wölbung (3) ein gewünschtes Abstrahlverhalten der Vollkonus-Membran (2) und somit das Rundstrahlverhalten variierbar ist.
Vollkonus-Membran (2) zur Verwendung in Schallwandlern, dadurch gekennzeichnet, daß – die Vollkonus-Membran (2) als kegelförmiger Vollkörper (8) ausgebildet ist, – als schallabgebende Fläche eine nach außen weisende Wölbung (3) aufweist und – in ihrer Form dem Membran-Konus eines Schallwandlers angepaßt ist.