DE3036149C2 - Elektroakustischer Wandler mit gegeneinander schwingenden Schwingungserzeugern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler gemäß der Gattung des Patentansprüche«. 1.

Einer größeren Membranfläche mit zentralem Schwingungsantrieb, an allen Punkten die gleiche Phasenlage zu übermitteln, schließt bekanntlich umfangreiche Kompromißlösungen mit ein, besonders wenn ein umfassendes Tonfrequenzspektrum abgestrahlt werden soll.

Die Membranen zu stabilisieren durch mehrfaches Falten oder auch durch Aneinandersetzen zwei gleicher Kegel mit ihren Basen, um sie als Ganzes schwingen zu lassen, ist jedoch mit der zunehmenden Massenträgheit begrenzt und kann auch hinsichtlich des auftretenden Problems der Partialschwingungen nur unvollständig gelöst werden.

Typische Ausführungen sind dafür die DE-PS 5 98 145 und DE PS 5 48 807. Die weiteren Kennzeichen solcher Membranen, ist die nicht eindeutige Abstrahlcharakteristik, da den effektiven Membranteilen gegenphasige sich kompensierende Membranteile gegenüberstehen und die dabei auftretenden Biegemomente.

Man war daher bestrebt, die Membranfläche in mehreren Einzelmembranen aufzuteilen und mit separa-

J5 ten Schwingungserzeugern auszurüsten oder auch über Gestänge, Polygonzügen unter Anwendung von Haltefäden, Stützelementen von einem zentralen Antriebssystem aus anzutreiben, wie in letzter Zeit durch die DE-AS 26 49 771 bekannt gemacht wurde.

Das hat zur Folge, daß außer eines nicht zu vernachlässigen Aufwandes diese Systeme für eine Rundumabstrahlung weniger geeignet sind und nur begrenzten Frequenzabschnitten gehorchen, wodurch sie entsprechenden Frequenzweichen zugeordnet werden.

So sind auch elektroakustische Wandler mit biegefähigen nicht abwickelbaren Membrankö.'per bekannt, so unter anderem auch mit kugel- und olivenförmigen Membrankörper, siehe unter GB-PS 3 12 666 und

so DE-OS 26 07 858, die den Erfindungsgegenstand äußerlich ähnlich sehen, jedoch nicht die dem Erfindungsgedanken zugrunde liegenden Merkmale aufweisen.

Bei den angeführten Gegenständen, welche im allgemeinen als Biegeschwinger bezeichnet werden, sind die Kraftvektoren am äquatorialem Bereich des geschlossenen Membrankörpers gegeneinander gerichtet.

Das gleiche gilt übrigens auch für einseitig auf den Membrankörper wirkende Schwingungserzeuger, die durch die DE-AS 27 09 374 bekannt, wo die einseitige Halterung des Membrankörpers als statische Gegenkraft ebenfalls am Äquatorialbereich kompensierend auftritt und die Aufteilung des Frequenzbereiches in unterschiedliche Membrangrößen nicht eleminiert werden kann.

Zudem erfordern die sich speichernden und wieder freiwerdenden Biegekräfte zusätzlicher Dämpfungsmittel um nichtlineare Verzerrungen entgegenzuwirken.

Im Zusammenhang damit sei das US-Patent 34 24 873 hier angemerkt, bei dem ein dreifach in Frequenzbereichen unterteilter geschlossener Steilkonus in Biegewel-L>n radial abstrahlt und zur wirkungsvollen Baßwiedergabe in herkömmlicher Art auf einen Resonanzkasten axial schwingen muß.

Davon ausgehend, wurde die DE OS 25 28 482 bekannt, statt des Resonanzkastens, den Membrankonus durch einen zweiten gegengesetzten und gegeneinander schwingenden Konus zu komplettieren, um dL· axial gerichteten Schwingungen der Membranflächen in radiale Auslenkungen überzuführen, ähnlich den vorgenannten Ausführungen.

Die Abstrahlung verbleibt jedoch auch hier im Bereich eines geringen Wirkungsgrades, da sie nur durch Verformung und Biegung der Membranstruktur erreicht wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein kohärentes Klangbild ohne Frequenzunterteilung und nur von einer, aus mindestens zwei gleichen Einzelelementen bestehenden Membran abstrahlen zu lassen, wobei die bisher angezeigten Mangel weitgehend eleminiert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentan- 2"> Spruches 1.

Ein aus mehreren Einzelelementen gebildeter Membrankörper, dessen Membranelemente untereinander durch Falten verbunden sind, ist an sich bekannt. Die Erfindung zeigt zwar auch dieses Merkmal in einer Ausführungsform, weicht jedoch wesentlich von dem bisherigen bekannten Prinzipien ab.

Die Eigenart der Erfindung begründet sich im wesentlichen in der Zweiteilung der Membran, die als Knickmembran ausgefaßt werden kann und wovon jedes Membranteil, starr ausgebildet, durch einen separaten Schwingungserzeuger angetrieben wird.

Da die Schwingungen den Membranelementen in ihrer Längsrichtung übertragen werden, können sich erst schalldruckerzeugende Membranauslenkungen durch das Zusammenwirken beider Membranelemente an ihren gegeneinanderliegenden Berührungskanten, nämlich an der Knickstelle ergeben, wo auch die Membranschnelle am größten ist.

Die Membranelemente liegen dabei unter einem 4> stumpfen Winkel gegeneinander und sind an ihren Kanten verrundet, wodurch ein gegenseitiges Abrollen beim Schwingungsvorgang, insbesondere bei großen Amplituden, ohne Auftreten von Biegekräften erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Ausführung bedarf daher bei der Umlenkung in eine schalldruckerzeugende Membranauslenkung keinerlei Anwendung von Polygonzügen, Haltefaden und Membranverbiegungen oder sonstigen Membranfaltungen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, bekannten elektrodynamischen Wandlern, wo die übertragende Schwingrichtung im wesentlichen in Richtung der Membranauslenkungen erfolgt und Transversalwellen und Laufzeitverzögerungen nicht vernachlässigt werden können, t>o ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausführung der Vorteil, daß die Stabilität der Membranelemente in ihrer Längsrichtung unerwünschte Transversal- und Longitudinalwellen und damit Laufzeitverzögerungen eleminiert, da ja die übertragende Schwingkomponente ^b5 ebenfalls in Längsrichtung der Membranelemente liegt.

Daraus folgernd, werden auch hohe Frequenzen im Bereich der größten Membranschnelle verstärkt zur Abstrahlung gebracht und Frequenzweichen oder die Aufteilung des Membransystems in unterschiedliche Frequenzbereiche entbehrlich. Zudem wirken die gegeneinanderschwingenden Membranelemente gegenkoppeind.

Die Frfindung ermöglicht sowohl Flächenmembranen an Schallwänden, als auch rundumabstrahlende Membranen auszuführen, wobei den letzteren ein größerer Fehlwinkel in der Antriebsrichtung zugestanden wird, da mit Vorteil hier die üblich im Lautsprecherbau bekannten Ringspaltmagnete Verwendung finden können und geschlossene Gehäuseformen und Schallwände außerfrage gestellt sind.

Flächenmembranen erfordern zum Antrieb spezielle Magnetkonstruktionen, die einen Fehlwinkel der übertragenden Schwingkomponente in Längsrichtung auf das Mcmbranelement ausschließen.

Hinsichtlich der verlangten Stabilität und der angewendeten Membranstuffe, sind die Membranelemente in ihrer Länge im allgemeinen auf 150 bi: 200 mm begrenzt, können jedoch in der Breitenausdehnung beliebig gewählt werden.

Bei großen Abstrahlflächen empfiehlt sich die Breitenausdehnung senkrecht zu verlagern. Gegebenenfalls können auch begrenzte Membransysteme in einer Vielzahl nebeneinander unter beliebigen Winkeln und senkrecht angeordnet werden, je nach verlangter Abstrahlcharakteristik.

So werden bei einer gewünschten Rundumabstrahlung mehrere, jedoch mindestens drei solcher Knickmembransysteme kreisförmig angeordnet, deren Längsseiten miteinander in der bekannten Art durch Falten weicheren, möglichst schalltotem. Material, verbunden sind und so zwei pyramidenförmige aneinanderliegende Membrankegel bilden. Die z. B. auf Druck in ihren axialen Richtungen eine Spreizung ihrer Membranelemente erfahren und damit eine radiale Auslenkung am äquatorialem Bereich.

Je nach Schwingspulendurchmesser muß den Membranelementen hierbei ein geeigneter trapezförmiger Zuschnitt gegeben werden.

Die Schwingspule wird direkt mit dem Membrankörper verbunden oder, bei kleineren Schwingspulen, über einen Verbindungskegel. Doch zwingt der Energieanteil je Flächenelement, auch hinsichtlich der Längssiabilität und des tiefen Frequenzbereiches, daß die Schwingspule einen gewissen Mindestdurchmesser nicht unterschreiten darf.

Der übertragende Energieanteil ist bei einem gestrecktem Stromleiter günstig, denn der Fehlwinkel der Antriebsschwingrichtung wird gleich Null, bezogen auf die ganze Membranfläche bis zur Auswirkung beider Schwingkomponenten an den Berührungskanten der Membranelemente. Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung, wird der antreibende Stromleiter nicht getrennt, sondern gleich auf dem Membranelement oder innerhalb desselben angebracht.

Die Frage der Gegenkopplung ist bei einem Wandler nach der Erfindung gut lösbar. So wird im Bereich der größten Schnelle in der resultierenden Schwingrichtung, nämlich an den gegeneinanderliegenden Membrankanten, ebenfalls ein dynamischer Empfänger angebracht, dessen Spannungen zur Gegenkopplung im Verstärker angewandt werden können.

ZwecKdienlich ist das Ausgangsmaterial für die Membranelemente hartes geriffeltes Alu-Blech im Verbund mit weicheren Stoffen, wodurch die Membranfläche von Grund auf eine innere Dämfpung bei

genügender Längsstabilität besitzt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Wirkkomponenten der beiden Membranelemente mit dynamischen Schwingungserzeugern;

Fig. 2 eine perspektivische geschnittene Teilansicht eines nach der F i g. 1 ausgebildeten Schwingsystems; F i g. 3 eine Vorderansicht eines Flächenstrahlers;

Fig. 4 schematisch eine Magnetanordnung für Membranelemente mit aufgebrachten Stromleiter und deren Halterung im Magnetfeld;

Fig. 5 ein Membranelement mit aufgebrachten Stromleiter für Flächenstrahler;

Fig. 6 zwei durch Falten verbundene trapezförmige Membranelemente für rundum abstrahlende Membrankörper;

Fig. 7 eine Ansicht eines rundum abstrahlenden Membrankörpers aus mehreren trapezförmig zügeschnittenen Membranelementen mit zwei dynamischen Ringspaltmagneten und Verbindungskegeln für die Anpassung an kleinere Schwingspulen (1 Kegel im Schnitt dargestellt).

Der Flächenstrahler F i g. 3 besteht aus dem Rahmen (14), den Faltendichtungcn (15) und der Knickmembran (13) mit den Antriebssystemen (1 und Xa).

Die Antriebssysteme sind aus den Magnetpolen (8) und den Magnetstäben (9) zusammengesetzt. Die Stromleiter befinden sich auf dem U-förmig gebogenen Teil (TO), daß durch die Federung (11) gehaltert wird und mit dem Membranelement (13) bei (10) verbunden ist.

Der Rahmen wird vorteilahft als tragende Konstruktion ausgeführt und erhält bei sehr großer Länge mehrmalige Querversteifungen. Für die Befestigung der Antriebssysteme sind nachliegende Winkelkonstruktionen zu wählen.

Soll der Wandler nicht als Dipolstrahler genutzt werden, ist der Rahmen einseitig zu schließen und nadi den üblichen Methoden geschlossener Boxen auszuführen.

Die F i g. 5 zeigt eine Ausführung, wo der Stromleiter (17) direkt auf das Membranelement (18) aufgebracht ist. Das hat zwar den Nachteil, einer etwas aufwendigeren Magnetkonstruktion, wie jedoch aus Fig.4 leicht erkennbar ist, wird die Drehpunktlage (16) noch über das Ende des Membranelementes hinausverlegt, so daß die Antriebsschwingrichtung immer in Längsrichtung des Membranelementes bleibt und auch gegenphasig schwingende Membranteile nicht auftreten können.

Ein wesentlicher Vorteil ist jedoch der, daß an der Drehpunktlage (16) eine einfache justierung vorgenommen werden kann, die zur Einhaltung der Symmetrie der beiden gegeneinander gerichteten Schwingkomponenten notwendig ist.

Die Fi g. 7 zeigt einen Rundumstrahler aus mehreren trapezförmigen Membranelementen (29). Diese sind, wie aus Fig. 6 hervorgeht, durch Falten (19) an ihren Längsseiten miteinander verbunden. Die Falten sind aus elastischem schalltotem Material hergestellt.

Die beiden völlig identisch gebildeten Kegel werden an ihren verstärkten Kanten (20 in F i g. 6) mit elastische Kleber verbunden (30 in Fig. 7). Dies geht auch aus F i g. 2 bei 12 ebenfalls eindeutig hervor.

Die Anpassung an kleinere Schwingspulen erfolgt über die Kegel (28 in Fig. 7) an welchen auch die Justierscheiben (26), die gewellt und aus Kunststoff bestehen, angebracht sind.

Bei genügender Schwingspulengröße sind die Membrankegel direkt mit den Schwingspulen verbunden.

Das käfigartige Gehäuse ist symmetrisch aufgebaut und wird durch die Deckplatten (22) und (23) mit den fünf verbindenden Säulen (21) in F i g. 7 gebildet.

Die beiden Ringspaltmagnete (24) sind mit den Platten (23) verbunden.

Die axial verstellbaren Zapfen (25) führen durch die Magnete (24) an die Justierscheiben (26) und dienen im Besonderen zur Vorspannungsregulierung der beiden Kegelmembranen sowie zur Einstellung der Symmetrie der gegeneinander axial gerichteten Schwingkomponenten beider Schwingspulenantriebe.

Zusammenfassend handelt es sich bei der Erfindung um ein Breitbandsystem, welches in seinem Aufbau große Variationsmöglichkeiten in der Abstrahlcharakteristik zuläßt. Die Bedeutung der Erfindung liegt vor allem darin, daß die elektroakustischen Wandler weder Frequenzweichen noch einer Aufteilung des Membrankörpers in unterschiedliche Frequenzbereiche bedürfen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler für die Tonwiedergabe mit zwei gegeneinander schwingenden, symmetrisch angeordneten elektrodynamischen Schwingungserzeugern, zwischen denen sich mindestens zwei sich nicht biegende Membranelemente in gleicher Symmetrielinie zu den Schwingungserzeugern befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen eines elektrodynamischen Schwingungserzeugers (1) einem im wesentlichen nicht biegsamen in sich starren durch Längsrillen versteiften, vorzugsweise viereckigen Membranelement (2) von einer Kante (3) aus in Längsrichtung (4) übertragen werden und daß die gegenüberliegende Kante (5) einem zweiten identischem Membranelement {2a) in einen stumpfen Winkel »Alpha« von nicht größer als 160 Grad gegengelagert wird, welchem ebenfalls gegenüberliegend in Längsrichtung (4a) die Schwingungen eines zweiten Schwingungserzeugers {la) übertragen werden, der dem ersten symmetrisch gegenüber angeordnet ist, so daß sich erst aus dem Zusammenwirken beider Schwingkomponenten eine schalldruckerzeugende Auslenkung der Membranelemente ergibt, deren resultierende Schwingrichtung (6) an den gegengelagerten Flächenkanten der Membraneleniente (5 und 5a) immer senkrecht auf die Symmetrieachse (7) der beiden Schwingungserzeuger (1 und Xa)steht, wenn diese gleich stark gegeneinander schwingend betrieben werden, und daß die gegengelagerten Flächenkanten (5 und 5a) verstärkt (durch 20) und verrundet sind, so daß sie beim Schwingen, insbesondere großer Amplituden, gegeneinander abrollen können, und daß diese Kanten durch elastische Kleber an den Membranseiten des sich von ihnen einschließenden Winkels »Alpha« gehalten werden.

2. Elektroakustischer Wandler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter (17 in Fig. 5) am Ende auf dem Membranelement oder innerhalb desselben angebracht ist und daß die Drehpunktlage (16) außerhalb des Membranelementes liegt und dort die Justierung vorgenommen werden kann, die zur Einhaltung der Symmetrie der beiden gegeneinander gerichteten Schwingkomponenten notwendig ist.

3. Elektroakustischer Wandler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranelemente (Fig.6) im wesentlichen länglich trapezförmig ausgeführt und daß mehrere, jedoch mindestens drei Paare von jeweils eine Knickmembran bildenden Membranelementen kreisförmig angeordnet sind, wobei die Membranelemente mit ihren konisch verlaufenden Seiten durch elastische Falten (19) aus weichem, insbesondere schalltotem Material verbunden sind und so zwei identische pyramidenförmige gegeneinanderschwingende Membrankegel bilden, die vorzugsweise durch Schwingungserzeuger mit Ringspaltmagneten (24) betrieben werden (Fig. 7).

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wellige Justierscheibe (26) sich innerhalb des Membrankörpers befindet und durch einen verstellbaren Zapfen (25) die Vorspannungsreguüerung der Kegelmembranen und die Einstellung der Symmetrie der gegeneinander axial gerichteten Schwingkomponenten beider

Schwingspulenantriebe ermöglicht

5. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an kleinere Schwingspulendurchmesser (27) an den Membrankegel sich entsprechende Verbindungskegel (28) befinden.