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E L B K T R C S T A T I S C H E S R O E D E N A T O R =
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D A L T S P R E C H A R S Y S T E M Die vorliegende Erfindung betrifft
ein eldktrostatisches Kondensatorlautsprechersystem.
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Jcheon seit langen werden elektrostatische Lautsprechersysteme benutzt,
die nach dem Kondensatorprinzip arbeiten. Sie bestehen im allgemeinen aus mindestens
einer festen Kondensatorplatte und siner beweglichen kondensatorplatte, die meist
als dünne Folie ausgebildet ist. Die dünne folie Fntahält auf ihrer Oberflache elektrische
Ladungen, Auf sie wirkt ein Wchselfeld, welches mit der Tonwechselspannung moduliert
ist. Dieses Wechsclfeld treibt die Folie ir Rythmus der Tonwechsedlspannubng an,
wobei sie die bensachbarte Luft in Schwingungen versetzt, Gesenüber dem dynamischen
Lautsprecher hat der elektaostatische lautsprecher den grundsatzlichen Vorteil,
daß seine embaran nicht nur extrem leicht ist, sondern daßsie auch auf der Ganzen
Flache angetrieben wird, so daß sich deine Verformungen mit Fartialschwingungen
ergeben können, welche bekanntlich Finbrüche in der Frequenzkurve des Dautsprechers
hervorrufen.
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Trotz dieser Frundsåtzlichen Vorteile hat sich der elektrosstatische
Dautsprecher nicht allgemein druchgesstzt. Am enesten benutzt man ihn noch als Hochtoniautspracher,
während nur wenige Ausführungen bekannt sind, welche auc eine gen2gend intensive
Bassabstrahlung erlauben.
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Die elektrostatischen Lautsprecher können nmch zwei Prinzipien aufgebaut
sein Nach dem ersten Prinzip werden einfach zwei Kondensaorpaltten benutzt,von denen
die eine als schallabstrahlende bewegliche Flatte (Folie) ausgebildet ist. An diesen
Kondensator wird die Fonwechselspannung gelegt, welcher winer Hochspannung überlagert
ist. Dieses einfahc eKondensatorlautsprecherprinzip führt allerdinge zu großen nichtlinearen
Verzerrungen.
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Nsch dem zweiten Prinzip wird die Folie zwischen zwei durchlöcherte
feste Flatten aufgehängt, auf wealche die Tonwechsellspannung gelegt wird Die Polie
wird durch eine getrennte Hochspannungsquelle
aufgeladen Die niestlinsaren
verzerrungen sind bei diesem Gegentaktprinzeip Aeringer. Sie können fast völlig
zum Verchwinden gebracht werden, wenn man durch einen sehr hoher Widerstand der
leitenden schicht auf der Eittelfolie dafür sorgt, daß sich die ladungen auch bei
niederfrequenten Schwingungen nicht verschieben können.ln diesem Falle wirken die
Ladungen als freie und isolierteladungen im Raume, so daß ihre Sewegungen im Wechselfeld
linear sind.
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sowohl laut precher,die nach des ersten Prinzil),wie auch Lauteprecher,die
nack dem zweiten irinzip aufgebaut sind, haben den Nachteil, die elektrische Energie
nit nur geringer Effizienz in Schallenere-ie umzuwandeln. Das liegt vor allen daran,daß
die Hochspannung aus lsolationsgründem nicht so hoch gewahlt werden kann, wie es
für einen starken Kraftantrieb erforderlich wäre.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden.
Sie ist gekennzeichnet durch eine Mehrfachanordnung von leitenden Schichten , wel
che durch elastische isolierende Schichten getrennt sind, wobei die leitenden Schichten
abwechaelnd mit einer konstanten Hochspannugsquelle und mit der Quelle für die Tonwechseispannung
verbunden sind.lm prinzip wird damit ein Kondensator hoher Kapazität erzeugt,ahnlich
wie ja jeder Rollkondensator durch das Abwechseln der positiven und negativen Spannung
an den aufeinanderfolgenden Schichten charakterisiert ist.beim Kondensatorlautsprecher
erreicht man aber mit dieser Nassnahme nicht nur eine Vergrößereung der Kapazität
- also eine Verkleinerung seiner Impedanz - sondern auch eine Vergrößerung des Hubes
und damit der akutisch abgegebenen Leistung.Freilich bleibt auch nach dieser Prinzip
der Hauptnachteil des Kondensatorlautsprechers erhalten:Die Bewegung ist im Prinzip
nicht linear.Da man aber mit sehr kleinen relativen Auslenkungen arbeiten kann,ist
der Einfluß der Nichtlinearitat vernachläßigbar klein.Die Verhältnisse sind in etwa
analog wie bei einem magnetischen Tonabnehmer,bei welchem man ja ebenfalls praktisch
eine vorzügliche Linearität erhält,weil die relativen Auslenkungen des schwingenden
Magnetes sehr klein sind.
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Die lrundsatzliche Anordnung der Erfindung ist in tig.I im Querschnitt
dargestellt. An einer ebenen Wand (I) sind abwechselnd je eine leitende schicht
(3) und eine elastische isolierende Schicht ( von beliebiger Form aufgebracht.Die
Anzahl dieser Doppelechichten kann Ioo stück und mehr betragen.Das gesamte Paket,welches
durch Klebebervbindugen zusammengehalten werden kann,schließt mit einer leitenden
Schicht ab.Die leitenden Schichten erden abwechselnd in der gezeigten Weise elektrisch
leitend verbunden,womit sich zwei Pole ergeben und man einen vielschichtigen Lautsprecerkondensa
tor mit großer Kapazität erhält.Dieses Lautsprecerkondensatorsystem wird über den
Transformator (4) mit der Tonwechselspannung U versorgt.Der rransformator (7),welcher
die nötige tochspannune , zeugt,liegt über einen Gleichrichter (6) am anderen Pol.
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'ird nun langsam die Hochspannung aufgebracht,so bewegen sich die
leitenden Schichten in -ichtung der Wand (I),bis ein Kräftegleichgewicht zwischen
elektrischer Anzichugskraft der leitenden Schichten und elastischer Rückstellkraft
der elastischen isolierenden Schichten hergestellt ist.Die Tonwechselspannung U
veranlaßt nun die Schidchten zu Schwingungsbewegungen, deren Auslenkungswege sich
von Schicht zu Schicht addieren.Dadurch wird erreicht, daß der Suslenkweg pro Schicht
sehr klein gehalten werden kann, was eine nur niedrige Wöchselspannung am Ausgang
des Transforma -tors (4) (ungefähr loo V) nötig macht und zudem den Klirrfaktor
dieses bondensatorlautsprechersystems auf ein Minimum reduziert.
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Andererseits kann durch das Kondensatorlaurspechersystem wegen seiner
großen Kapazität ein großer Strom fließen,was große Leistun garantiet.Es ist vorteilhaft,die
Impedanz des Kondensators (5) beträchtlich kleiner als die des Kondensatorlautsprechersystems
auszulegen,um einen gutan Wirkungesgrad zu erzielen.
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Eine Erweiterung der Ausführungsform nach Fig.I besteht darin, daß
die ebene Wand (1) senkrecht zu den Schichten mit löchern durchsetzt ist und hinter
welcher sich eine Box im üblichen sinne befindet,welche dann die Aufgabe übernimmt,
die Absorption des nach hinten abgestrhlten Schalles - die bei passender äahl der
Dämpfung des Schichtsystems bereits in den beschriebenen ausführunsformen erfindungsgemäß
auftritt - noch zu verbessern.
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Die elastischen isolierenden Schichten (2) sind etwa 2 - 4 mm
dick
und können aus Echaumstoff vestehen Auch eine Aushildun als Luftkammersyustem ist
geeignet, bei welchem die Luftkammern stabför mig oder wabenförmig augeordnet sind,
wie aus Fig. 2 hervorgeht. Diese luftkamern könner @@@ dem noch Dämpfungsmaterial
enthalten Bei dieser Ausführungsform erzeugt die eingeschlossene luft die fücktreibende
elastische Kraft,åhnlich wie das Luftvolumen in einer geschlossenen Lautsprecerbox
mit dynamischen Lautsprechern eine rücktreibende Kraft liefert,welche die Eigenresonanz
der ox erhöht, Dkieses system wird vor allem darin vorteile zeigen wenn ein großes
interales Luftvolumen durch Anordnung vieler schichten erzeugt wird um die Eingenresonanz
klein zu halten.
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Die leitenden schichten (3> können aus Eetall oder einem anderen
leiter bestehen und sind als dünne Folien Ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform
werden die leitenden Schichten (3) als dünner Belag direkt auf die elstischen isolierenden
schichten (2) aufgebracht.
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Die grundsatzliche Anordnung des kondensatorlautsprechersystems nach
fig.I kann dahingehend abgeändert werden, daß ein symmetrischer Aufbau gemäß Fig.3
vorlieft, welcher eine Schallabstrahlung nach zwei Weiten hervorruft.dierbei sind
wiederum zwei Föglichkeiten vorhanden. Nach Fig.3 schwingen einander entsprechende
Schichten des doppelten Kondensatorlautsprechersystems im Gleichtakt,d. h. sie bewegen
sich aufeinander zu bzw. voneinander weg, wahrend nach Fig. 4 die Schwingug im Gegentakt
belauft, wobei der Lautsprecher als Douhblette abstrahlt. Diese gegensatzlichen
Schwingugsformen wereden durch die verschiedenen Verschaltungen der leitenden Schichten
(3) eereicht. Nach Fig. 4 kan außerdem anstatt des Hochspannugstransformators (7)
in Verbindung mit dem uleichrichter (6) eine gleichspannun squelle (8) (batterie)
benutzt werden. Dies gilt sinneeuäß auch für die anderen ausführungsformen der Erfindung.
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Um nun eine optimal diferenziere Schallabstrahlung zu ereichen, kann
es zweckmäßig sein, das Kondensatorlautsprechersystem in Steifen verschiedener Kapazität
- also verschiedener Ereite - aufzuteilen derart, daß sich eine achsensymmetrische
anordnung z. B. für den Tiefton (9) - Mittelton (10) - und Hochton (11) -Bereich
ergibt. Dies ist in Fig . 5 im Grundriß und im Querschnitt dargestellt. Man erzeugt
damit eihn Mehrweg- ondensatorlautsprechersystem, dssen Verschaltung
in
bekannter Weise mit aktiven oder passiven Frequenzweichen erfolgen kann.
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Das Kondensatorlautsprechersystem unterscheidet sich von den bekannten
elektrostatischen Lautsprechern dadurch,daß nicht nur eine Nembran, sondern alle
hintereinander angeordneten Membranen gleichzeitig,phasengleich und mit abnehmender
Amplitude schwingen.Die anordnung besteht also aus vielen hintereinanderliegenden
Schallguellen.Um durch diese Eigenschaft bedingte eventuelle Schallverzerrungen
zu beseitigen , kann eine Verzögerugslinie vorgesehen werden,welche die Tonfrequenz
mit Zeitverzögerugen an die eintelnen 3chichten gelangen Iäßt.Der Aufbau von Verzögerungslinien,die
aus Systemen von induktivitäten und Kapazitäten bestehen können,ist in der elektronischen
Technik bekannt.
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kus allgemeinen theoretischen Gründen kann es auch günstig sein,
wenn die Dicke des Kondensatorlautsprechersystems 1/4 A der grenzfrequenz nicht
überschreitet.liat z. B. das Kondensatorlautsprechersystem loo schichten im Abstand
von 2 mm, so beträgt seine Dicke 20 em . Für einen Tieftonlautsprecher würde die
#/4-Bedingung erfüllt sein, nicht hingegen für das Mittelton- ud das Hochtonsystem.Nach
einer weiteren Frfindungsidee wird die Dicke des schwinenden Kondensatorpaketes
vom Frequenzbereich abhängig gemacht.
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Fig.6 zeigt eine entsprechende Ausführugsform.In dieser anordnung
wird das gesamte Kondensatorlautsprechersystem in z. B. drei Pakete (12,I3,14) aufgeteilt,deren
Schichtanzahl in Abstrahlrichtung abnint.Das Paket (12) wird über einen Tiefpaß
(I5) (z. B.
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über eine Drossel) an die Tonfrequenzquelle angeschlossen,sodaß nur
Schall unterhalb einer Grenzfrequenz erzeugt werden kann.Das Paket (13) wird über
einen Tiefpass (I6) mit höherer Grenzfrequenz versorgt. während das Paket (14) ohne
Tiefpaß angeschaltet ist.
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Dadurch wird erreicht,daB die tiefen Frequenzen von allen drei Paketen
(12,13, 14) ,die mittleren Frequenzen von Paket (I3,I4) und die hohen Frequenzen
nur von Paket (I4) abgestrahlt werden.Die Dicke der Pakete und die Grenzfrequenzen
der Tiefpässe werden so gewählt'daß die #/4-Bedingung in Näherung erhalten bleibt.Durch
die dargestellte Verschaltung wird erreicht,daß eine getrennte Ansteuerung der Tonwecheelspannung
tur den Tieftonbereich,den Mitteltonbereinch
und den gochtonbereich
erfolgt.
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I,m bei dieser Ausührungsform eine chal;abstrahlung in alle sinkel
zu erzielen, kann man mehrere Kondensaterlautsprecersysteme verwenden, welche nebeneinander
in veschoiedene Richtugen abstrahlend auf estellt vewden.
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