DE69602101T2

DE69602101T2 - Inertial-schwingungswandler

Info

Publication number: DE69602101T2
Application number: DE69602101T
Authority: DE
Inventors: Henry Azima; Martin Colloms; Neil Harris
Original assignee: New Transducers Ltd
Current assignee: NVF Tech Ltd
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: WO1997009859A1; JP3542136B2; EA199800263A1; BR9610436A; IL123375A0; SK285661B6; EP0847676A1; PL182794B1; UA50749C2; PL325237A1; SK25498A3; DK0847676T3; AU703020B2; CA2229858C; CN1194766A; ES2132955T3; CN1164144C; CZ57398A3; DE69602101D1; HK1008637A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Wandler und insbesondere auf Schwingungswandler für Lautsprecher mit platten- bzw. paneelförmigen akustischen Abstrahlelementen.

STAND DER TECHNIK

Aus der GB-A-2262861 ist ein paneelförmiger Lautsprecher bekannt mit:
einem resonanten Mehrmoden-Strahlerelement, das ein aus zwei Materialhäuten mit einem einen Abstand bildenden Kern mit einem quer laufenden zellularen Aufbau gebildetes Einheits-Sandwich-Paneel ist, worin das Paneel ein Verhältnis der Biegesteifigkeit (B) in allen Orientierungen zur dritten Potenz der Paneelmasse pro Oberflächeneinheit (u) von mindestens 10 aufweist;
einer Befestigungseinrichtung, die das Paneel trägt oder es mit einem Haltekörper in freier ungedämpfter Weise verbindet;
und einer mit dem Paneel gekoppelten elektromechanischen Antriebseinrichtung, die dazu dient, als Antwort auf eine elektrische Eingabe innerhalb eines Arbeitsfrequenzbandes für den Lautsprecher in dem Strahlerpaneel eine Mehrmodenresonanz anzuregen.
Die US-A-4 506 117 von MULTIPHONIE offenbart einen Inertial-Schwingungswandler mit einem Motorspulenaufbau, der eine an einem rohrförmigen Bauteil unbeweglich bzw. fest angebrachte Spule aufweist, einem bezüglich des Motorspulenaufbaus konzentrisch angeordneten Magnetaufbau und federnden Einrichtungen, die den Magnetaufbau für eine axiale Bewegung bezüglich des Motorspulenaufbaus tragen, wobei das rohrförmige Bauteil an einer Basismetallplatte befestigt ist, die durch Schrauben an einem in Schwingung zu versetzenden Paneel angebracht werden kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden Bauteile von einer Beschaffenheit, Struktur und Konfigurati on, die im allgemeinen und/oder speziell durch Verwirklichen von Lehren unserer gleichzeitig anhängigen PCT-Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums gewonnen werden können. Solche Bauteile haben folglich die Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in einer wirksamen Fläche (wirksamen Flächen) fortzupflanzen, die quer zur Dicke oft, aber nicht notwendigerweise, zu den Rändern des Bauteils (der Bauteile) verläuft (verlaufen), sind mit oder ohne Anisotropie der Biegesteifigkeit so konfiguriert, daß sie Resonanzmoden-Schwingungskomponenten aufweisen, die in vorteilhafter Weise zum akustischen Koppeln mit Umgebungsluft über die Fläche(n) verteilt sind, und weisen vorbestimmte bevorzugte Orte oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen auf, insbesondere einen betriebsfähig aktiven oder beweglichen Teil(e) davon, der in bezug auf eine akustische Schwingungsaktivität in der (den) Fläche(n) und üblicherweise elektrische Signale entsprechend einem akustischen Inhalt einer solchen Schwingungsaktivität wirksam ist. In der gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums sind Anwendungen für solche Bauteile als "passive" akustische Vorrichtungen ohne Wandlereinrichtungen oder in solchen ins Auge gefaßt bzw. erwogen, wie z. B. für Hall bzw. Echo oder für akustisches Filtern oder zum akustischen "Stimmen" (engl. voicing) eines Raums oder Zimmers; und als "aktive" akustische Vorrichtungen mit Wandlereinrichtungen oder in solchen, wie z. B. in einem bemerkenswert weiten Bereich von Schallquellen oder Lautsprechern, wenn sie mit in Schall umzuwandelnden Eingangssignalen versorgt werden, oder in Mikrophonen, wenn sie in andere Signale umzuwandelndem Schall ausgesetzt sind.
Diese Erfindung betrifft insbesondere aktive akustische Vorrichtungen in Form von Lautsprechern.
Bauteile, wie sie oben erwähnt sind, werden hierin Strahler mit verteilten Moden genannt und sollen wie in der obigen PCT-Anmeldung und/oder andernfalls wie speziell hierin dargelegt gekennzeichnet sein. '
Die Erfindung ist ein Inertial-Schwingungswandler (Trägheits-Schwingungswandler) zum Erregen eines Bauteils mit der Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in zumindest einer wirksamen Fläche fortzupflanzen, die quer zur Dicke verläuft, um Resonanzmoden-Schwingungskomponenten über die zumindest eine Fläche zu verteilen mit vorbestimmten bevorzugten Orten oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen, und mit einem Wandler, der auf dem Bauteil an einem der Orte oder Stellen angebracht ist, um das Bauteil in Schwingung zu versetzen, um es in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen, wobei ein akustischer Strahler geschaffen wird, der ein akustisches Ausgangssignal liefert, wenn er in Resonanz schwingt, mit weiterhin einem Motorspulenaufbau, der eine an einem rohrförmigen Bauteil unbeweglich bzw. fest angebrachte Spule aufweist, einem bezüglich des Motorspulenaufbaus konzentrisch angeordneten Magnetaufbau und federnden Einrichtungen, die den Magnetaufbau mit axialer Bewegungsmöglichkeit bezüglich des Motorspulenaufbaus tragen, und worin das rohrförmige Bauteil ausgelegt ist, durch Klebstoff direkt an dem in Schwingung zu versetzenden Bauteil unbeweglich bzw. fest angebracht zu werden. Die federnden Einrichtungen können einander gegenüberliegende Elastomerglieder aufweisen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Magnetaufbaus angeordnet sind. Kappen können zum Schließen der axialen Enden des rohrförmigen Bauteils vorgesehen sein, und die federnd-elastischen Einrichtungen können auf den Kappen angebracht sein. Die Kappen können die federnden Einrichtungen umfassen. Jede Kappe kann eine ringförmige nachgiebige Rundeinfassung aufweisen. Magnetische Abschirmungen können über den Kappen vorgesehen sein. Die Spule kann auf der Innenseite des rohrförmigen Bauteils angebracht sein. Der Motoraufbau kann zur Aufnahme in einem entsprechend geformten Hohlraum im Strahler angepaßt sein. Der Motorspulenaufbau kann dafür angepaßt sein, an einer Seite des Strahlers fest angebracht zu werden. Der Magnetaufbau kann gegenüberliegende, im wesentlichen scheibenartige Polschuhe bzw. Polstücke aufweisen, wobei der Umfang von einem dieser Stücke innerhalb des Motorspulenaufbaus und diesem benachbart angeordnet ist und der Umfang des anderen Polstücks mit einem Flansch ausgebildet ist, der so angeordnet ist, daß er dem Motorspulenaufbau benachbart liegt und diesen umgibt. Ein federndes Bauteil kann zwischen einem der Polstücke und einer Seite des Strahlers zwischengelegt bzw. sandwichartig angeordnet sein. Der Magnetaufbau kann ein entgegengesetzt gerichtetes Paar Magnete aufweisen, die ein Polstück sandwichartig aufnehmen. Komplementäre Magnetanordnungen und Motorspulenanordnungen können auf gegenüberliegenden Seiten des Strahlers angeordnet sein, und Einrichtungen können vorgesehen sein, die die Magnetanordnungen für einen Gegentaktbetrieb (Ziehen und Drücken) verbinden.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Erfindung ein Lautsprecher mit einem Inertialwandler wie oben beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung ist beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen schematisch veranschaulicht, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das einen wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 beschriebenen und beanspruchten Lautsprecher mit verteilten Moden zeigt;
Fig. 2a ein partieller Schnitt auf der Linie A-A von Fig. 1 ist;
Fig. 2b ein vergrößerter Querschnitt durch einen Strahler mit verteilten Moden der in Fig. 2a gezeigten Art ist und zwei alternative Konstruktionen zeigt;
Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer ersten Ausführungsform eines Wandlers ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines Wandlers ist;
Fig. 5a eine Seitenansicht im Schnitt einer dritten Ausführungsform eines Wandlers ist;
Fig. 5b eine Seitenansicht im Schnitt einer vierten Ausführungsform eines Wandlers ist;
Fig. 5c eine Seitenansicht im Schnitt einer fünften Ausführungsform eines Wandlers ist, und
Fig. 6 eine Seitenansicht im Schnitt einer sechsten Ausführungsform eines Wandlers ist.

BESTE VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein paneelförmiger Lautsprecher (81) der in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschriebenen und beanspruchten Art dargestellt mit einem rechtwinkligen Rahmen (1), der um seinen Innenumfang eine federnde Aufhängung (3) trägt, die ein schallabstrahlendes Pa neel (2) mit verteilten Moden hält. Ein Wandler (9), z. B. wie ausführlich mit Verweis auf unsere gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichungen Nr. WO97/09859, WO97/09861, WO97/09858 gleichen Datums beschrieben ist, ist ganz und ausschließlich auf oder in dem Paneel (2) an einer durch Abmessungen x und y definierten vorbestimmten Stelle angebracht, deren Lage wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschrieben berechnet wird, um Biegewellen in das Paneel auszusenden, um es in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen, um eine akustische Abgabe abzustrahlen.
Der Wandler (9) wird durch einen Signalverstärker (10), z. B. einen Tonfrequenzverstärker, angetrieben, der durch Leiter (28) mit dem Wandler verbunden ist. Die Anforderungen an die Verstärkerlast und Leistung können ähnlich herkömmlichen Lautsprechern vom Konustyp vollkommen normal sein, wobei die Empfindlichkeit in der Größenordnung von 86-88 dB/Watt unter Raumbelastungsbedingungen liegt. Die Lastimpedanz des Verstärkers ist im wesentlichen resistiv bzw. ohmsch bei 6 Ohm, und die Leistungsaufnahme beträgt 20-80 Watt. Bestehen der Paneelkern und/oder die Häute aus Metall, können sie so hergestellt werden, daß sie als eine Wärmeabführeinrichtung bzw. Wärmesenke für den Wandler dienen, um Wärme von der Motorspule des Wandlers zu entfernen und somit die Leistungsaufnahme zu verbessern.
Fig. 2a und 2b sind typische partielle Querschnitte durch den Lautsprecher (81) von Fig. 1. Fig. 2a zeigt, daß der Rahmen (1), die Einfassung (3) und das Paneel (2) durch jeweilige verklebte Verbindungsstellen (20) miteinander verbunden sind. Geeignete Materialien für den Rahmen umfassen eine leichte Einrahmung, z. B. eine Bildrahmung aus stranggepreßtem Metall, z. B. einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff. Geeignete Einfassungsmaterialien umfassen federnde Materialien, wie z. B. Schaumgummi und Schaumkunststoffe. Geeignete Klebstoffe für die Verbindungsstellen (20) schließen Epoxid-, Acryl- und Zyanoacrylat-Klebstoffe etc. ein.
Fig. 2b veranschaulicht in einem vergrößerten Maßstab, daß das Paneel (2) ein steifes leichtes Paneel ist, das einen Kern (22) z. B. aus hartem Kunststoffschaum (97), beispielsweise quer-vernetztem Polyvinylchlorid, oder aus einer zellu laren Matrix (98), d. h. einer Bienenwabenmatrix aus einer Metallfolie, Kunststoff oder dergleichen, aufweist, wobei die Zellen quer zur Ebene des Paneels verlaufen und durch gegenüberliegende Häute (21) z. B. aus Papier, Pappe, Kunststoff oder einer Metallfolie oder Blech geschlossen sind. Bestehen die Häute aus Kunststoff, können sie durch Fasern aus beispielsweise Kohlenstoff, Glas, Kevlar (®) oder dergleichen in einer per se bekannten Art und Weise verstärkt werden, um ihren Modul zu erhöhen.
Erwogene Hautschichtmaterialien und Verstärkungen umfassen folglich Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Kevlar (®), Nomex (®), d. h. Aramid etc. in verschiedenen Schichtungen und Geweben sowie Papier, geklebte Papierlaminate, Melamin und verschiedene synthetische Kunststoffilme mit hohem Modul, wie z. B. Mylar (®), Kaptan (®), Polykarbonat, Phenolharz bzw. Phenolverbindungen, Polyester oder verwandte Kunststoffe, und faserverstärkte Kunststoffe etc. und Blech oder eine Metallfolie. Eine Untersuchung der Vectra-Güte von flüssigkristallinen polymeren thermoplastischen Kunststoffen zeigt, daß sie für das Spritzgießen ultradünner Häute oder Hüllen geringerer Größe, z. B. bis zu einem Durchmesser von etwa 30 cm, nützlich sein können. Dieses Material selbst bildet eine orientierte Kristallstruktur in der Spritzrichtung, eine bevorzugte Orientierung für die gute Ausbreitung der Energie hoher Töne von dem Antriebspunkt zum Paneelumfang.
Außerdem gestattet ein solches Formverfahren für diese und andere thermoplastischen Kunststoffe, daß die Werkzeugbestückung für die Formgebung Anordnungs- und Justierungsmerkmale, wie z. B. Rillen oder Ringe, für die genaue Anordnung von Wandlerteilen, z. B. der Motorspule und der Magnetaufhängung, trägt. Es wurde berechnet, daß es zusätzlich zu einigen schwächeren Kernmaterialien vorteilhaft wäre, die Hautdicke lokal, z. B. in einer Fläche oder einem Kreisring, bis zu 15% des Wandlerdurchmessers zu erhöhen, um diese Fläche zu verstärken und die Schwingungsenergie in vorteilhafter Weise in das Paneel zu koppeln. Der Hochfrequenzgang wird mit weicheren Schaummaterialien durch dieses Mittel verbessert.
Erwogene Kernschichtmaterialien umfassen künstlich hergestellte Wabenkörper oder Riffelungen bzw. Wellungen einer Schicht oder Folie aus einer Aluminiumlegierung oder Kevlar (®), Nomex (®), unbeschichtete bzw. einfache oder verklebte Papiere und verschiedene synthetische Kunststoffilme sowie expandierten oder geschäumten Kunststoff oder Zellstoffmaterialien, sogar Aerogelmetalle, falls sie eine geeignet niedrige Dichte aufweisen. Einige geeignete Kernschichtmaterialien zeigen tatsächlich bei ihrer Herstellung eine brauchbare selbsttätige Hautbildung und/oder weisen ansonsten eine ausreichende inhärente Steifigkeit zur Verwendung ohne Schichtung bzw. Laminieren zwischen Hautschichten auf. Ein zellulares Kernmaterial hoher Güte ist unter dem Handelsnamen "Rohacell" bekannt, das als Strahlerpaneel geeignet sein kann und ohne Häute ist. Vom praktischen Standpunkt aus besteht das Ziel darin, für eine allgemeine Leichtigkeit und Steifigkeit zu sorgen, die für einen bestimmten Zweck geeignet sind, konkret einschließlich eines Optimierens von Beiträgen von Kern- und Hautschichten und Übergängen zwischen ihnen.
Mehrere der bevorzugten Formulierungen für das Paneel verwenden Häute aus Metall und Metallegierungen oder alternativ dazu eine Kohlenstoffaserverstärkung. Diese beiden und auch Konstruktionen mit einer Legierung Aerogel oder einem Wabenkern aus Metall weisen beträchtliche Hochfrequenz- Abschirmeigenschaften auf, die in mehreren EMC-Anwendungen wichtig sind. Herkömmliche Lautsprecher vom Paneel- oder Konustyp weisen keine ihnen eigene Fähigkeit zur EMC-Abschirmung auf.
Außerdem weisen die bevorzugten Formen piezo- und elektrodynamischer Wandler unwesentliche elektromagnetische Strahlung oder magnetische Streufelder auf. Herkömmliche Lautsprecher haben ein großes Magnetfeld bis zu einer Entfernung von 1 Meter, es sei denn, daß spezielle Gegenmaßnahmen zur Kompensation getroffen werden.
Wo es wichtig ist, die Abschirmung in einer Anwendung aufrechtzuerhalten, kann eine elektrische Verbindung zu den leitenden Teilen eines geeigneten DML-Paneels hergestellt werden, oder ein elektrisch leitender Schaum oder eine ähnliche Schnittstelle kann für die Randbefestigung verwendet werden.
Die Aufhängung (3) kann die Ränder des Paneels (2) dämpfen, um eine übermäßige Randbewegung des Paneels zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine weitere Dämpfung verwendet werden, z. B. Polster bzw. Flecken (engl. patches), die an ausgewählten Stellen an das Paneel geklebt sind, um eine übermäßige Bewegung zu dämpfen, um eine Resonanz gleichmäßig über das Paneel zu verteilen. Die Flecken können aus einem Material auf Bitumenbasis bestehen, wie es gewöhnlich in herkömmlichen Lautsprechergehäusen verwendet wird, oder können aus einem federnden oder steifen Polymerschichtmaterial bestehen. Einige Materialien, besonders Papier und Pappe, und einige Kerne können selbstdämpfend sein. Wo es erwünscht ist, kann die Dämpfung im Aufbau der Paneele erhöht werden, indem eher federnd verfestigende als steif verfestigende Klebstoffe verwendet werden.
Die effektive selektive Dämpfung beinhaltet eine spezielle Anbringung, an dem Paneel einschließlich seines Schichtmaterials, von Einrichtungen, die permanent damit verbunden sind. Ränder und Ecken können für dominierende und weniger verteilte Niederfrequenzschwingungsmoden von erfindungsgemäßen Paneelen besonders von Bedeutung sein. Eine Befestigung einer Dämpfungseinrichtung am Rand kann in nützlicher Weise zu einem Paneel führen, bei dem dessen Schichtmaterial ganz gerahmt ist, obwohl ihre Ecken oft relativ frei sein können, z. B. für eine erwünschte Ausdehnung auf einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen. Die Befestigung kann durch klebende oder selbstklebende Materialien erfolgen. Andere Formen einer nützlichen Dämpfung, insbesondere im Sinne feinerer Effekte und/oder mittlerer und höherer Frequenzen, können durch eine geeignete Masse oder Massen erfolgen, die an vorbestimmten wirksamen mittleren lokalisierten Stellen der Fläche am Schichtmaterial befestigt sind.
Ein akustisches Paneel wie oben beschrieben ist bidirektional. Die Schallenergie von der Rückseite steht mit derjenigen von der Vorderseite in keiner starken Phasenbeziehung. Folglich besteht der Vorteil einer Gesamtsummierung akustischer Leistung im Raum, einer Schallenergie mit einer gleichmäßigen Frequenzverteilung, reduzierter Effekte reflektierender und stehender Wellen und der Vorteil einer besseren Wie dergabe des natürlichen Raums und der natürlichen Atmosphäre in den reproduzierten Tonaufzeichnungen.
Während die Abstrahlung von dem akustischen Paneel im wesentlichen ungerichtet ist, nimmt der Prozentanteil phasenbezogener Information außerhalb der Achse zu. Für einen verbesserten Fokus für das Phantomstereobild verleiht die Anordnung der Lautsprecher wie Bilder in der normalen Höhe einer stehenden Person den Vorteil einer maßvollen außeraxialen Anordnung für den normal sitzenden Hörer, was den Stereoeffekt optimiert. Die dreieckige Links/Rechts-Geometrie bezüglich des Hörers liefert gleichfalls eine weitere Winkelkomponente. Somit kann eine gute Stereowirkung erhalten werden.
Im Vergleich zur Wiedergabe herkömmlicher Lautsprecher besteht ein weiterer Vorteil für eine Gruppe von Hörern. Die intrinsisch verteilte bzw. gestreute Art einer Schallabstrahlung eines akustischen Paneels verleiht ihr ein Schallvolumen, das dem invers-quadratischen Gesetz für die Distanz für eine äquivalente Punktquelle nicht gehorcht. Da der Intensitätsabfall mit der Distanz viel geringer ist als durch das invers-quadratische Gesetz vorhergesagt, fördert dann somit das Intensitätsfeld für den Paneellautsprecher im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern einen besseren Stereoeffekt für außerhalb der Mitte und schlecht plazierte Hörer. Dies verhält sich so, weil der außerhalb der Mitte plazierte Hörer nicht an dem zweifachen Problem infolge der Nähe bzw. des Abstands zum näher gelegenen Lautsprecher leidet, zunächst einmal der übermäßigen Zunahme in der Lautstärke von dem näher gelegenen Lautsprecher und dann der entsprechenden Abnahme in der Lautstärke von dem weiteren Lautsprecher.
Es besteht auch der Vorteil eines optisch attraktiven, flachen, leichten paneelförmigen Lautsprechers mit guter Tonqualität, der nur einen Wandler und keinen Kreuzungspunkt (engl. crossover) für einen Ton über den vollen Bereich von jeder Paneelmembran benötigt.
Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Tauchspulenwandlers (9), der so angeordnet ist, daß er innerhalb des Innenraums eines steifen leichten Paneels (2) mit verteilten Moden der Art mit einem auf beiden Seiten mit Häuten (21) überzogenen bzw. verkleideten Kern (22) vollkommen eingebettet ist, um Biegewellen in das Paneel auszusenden.
Der Wandler weist eine Spule (13) auf, die in einer Befestigung (16) z. B. aus Epoxidharz in einem Hohlraum (29) im Kern (22) des Paneels (2) eingebettet ist und eine zylindrische Spulenwickelform (18) umgibt, wobei die Spule (13) und die Wickelform (18) in dem Paneel (2) somit unbeweglich bzw. fest angebracht sind.
In dem Teil des Hohlraums (29), der durch die Spulenwickelform (18) definiert wird, ist ein Magnetaufbau angebracht, der ein entgegengesetzt gerichtetes Paar Magnete (15) aufweist, die durch ein polbildendes Bauteil (14) getrennt sind, wobei der Magnetaufbau an den Innenseiten der Häute (21) des Paneels (2) durch gegenüberliegende nachgiebige Aufhängungsglieder (19) aus gummiartigem Material, z. B. Schaumgummi, angebracht ist, die an den Magnetaufbau und an den Innenflächen der jeweiligen Häute (21) des Paneels angeklebt sind. Der Magnetaufbau (14, 15) ist somit konzentrisch zur Spule (13) angebracht und an seiner Aufhängung (19) axial bewegbar.
Der Wandler (9) arbeitet, um Biegewellen in das Paneel (2) durch Schwingen auszusenden, um infolge einer relativen axialen Bewegung zwischen dem Magnetaufbau und der Spule eine lokale federnde Verformung des Paneels zu bewirken. Der Antriebseffekt wird durch Erhöhen der Masse des Magnetaufbaus gesteigert.
Da die Masse des Magnetaufbaus im Vergleich zu derjenigen des Paneels relativ groß ist, neigt im Betrieb, zumindest bei hohen Frequenzen, die Trägheit des Magnetaufbaus dazu, den Magnetaufbau stationär zu halten und das Paneel in bezug darauf in Schwingung zu versetzen.
Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Tauchspulenwandlers (9), der dem in Fig. 3 gezeigten ähnlich und so angeordnet ist, daß er ganz innerhalb des Innenraums eines steifen leichten Strahlerpaneels (2) mit verteilten Moden der Art mit einem mit Häuten (21) verkleideten Kern (22) eingebettet ist, um Biegewellen in das Paneel auszusenden. Der Wandler (9) ist als ein modularer Aufbau geschaffen, um dessen Montage in ein Paneel (2) zu erleichtern. Wie dargestellt, ist das Paneel (2) mit einem geeigneten Hohlraum (120) ausgebildet, um den Wandler (9) aufzunehmen.
Der Wandler weist eine Spule (13) auf, die an der Innenwand einer zylindrischen Spulenwickelform (18) z. B. durch Einbetten bzw. Vergießen (20) mit einem festen Klebstoff befestigt ist, wobei die Wickelform (18) das äußere Gehäuse des Wandlers liefert und an seinen gegenüberliegenden axialen Enden durch leichte Endkappen (119) geschlossen ist, die in einer beliebigen gewünschten Weise, z. B. mittels Klebverbindungen (220), an der Spulenwickelform fest angebracht sind. Der Aufbau ist so angeordnet, daß er in dem Wandlerhohlraum (120) in einem Paneel (2) mit verteilten Moden durch eine Bewegung in Richtung des Pfeils "A" wie angezeigt untergebracht wird. Der Wandler wird im Hohlraum durch einen Klebstoff befestigt.
In dem durch die Spulenwickelform (18) definierten Hohlraum (29) ist ein Magnetaufbau angebracht, der ein entgegengesetzt gerichtetes Paar Magnete (15) aufweist, die durch ein polbildendes Bauteil (14) getrennt sind, wobei der Magnetaufbau an den Endkappen (119) der Spulenwickelform (18) durch gegenüberliegende nachgiebige Aufhängungsglieder (19) aus gummiartigem Material, z. B. Schaumgummi, angebracht ist, die an den Magnetaufbau und an die Innenflächen der jeweiligen Endkappen angeklebt sind.
Der Magnetaufbau (14, 15) ist somit konzentrisch zur Spule (13) angebracht und an seiner Aufhängung (19) axial bewegbar. Der Wandler (9) arbeitet, um Biegewellen in das Paneel (2) durch Schwingen auszusenden, um in gleicher Weise wie oben mit Verweis auf die Ausführungsform von Fig. 3 beschrieben eine lokale federnde Verformung des Paneels zu bewirken.
Die Wandleranordnung (9) von Fig. 5a weist komplementäre Gegentakttreiber auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des Paneels (2) angeordnet sind, um Biegewellen in einen steifen leichten Strahler (2) mit verteilten Moden der Art mit einem durch gegenüberliegende Häute (21) geschlossenen Kern (22) auszusenden, um das Paneel in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen.
In dieser Ausführungsform sind die Spulen (13) z. B. durch einen Klebstoff fest an der Außenseite einer Spulenwickelform (18) angebracht, um einen Motorspulenaufbau zu bilden, der beispielsweise durch eine Epoxid-Klebverbindung (16) mit der Haut (21) gegenüberliegender Oberflächen des Strahlerpaneels (2) fest verbunden ist. Magnete (15) sind durch Paare von Polen (14) eingeschlossen, von denen einer scheibenartig und mit seinem Umfang nahe dem Inneren jeder Spulenwickelform (18) angeordnet ist und der andere davon einen Umfangsflansch (162) aufweist, der so angeordnet ist, daß er die Spule (13) umgibt.
Ein Befestigungsbauteil (93), das eine im wesentlichen zylindrische Form hat, ist so angeordnet, daß es durch eine Öffnung (29) im Paneel (2) ungehindert durchgeht. Das Befestigungsbauteil (93) weist gegenüberliegende, im wesentlichen komplementäre Teile mit je einem Kopf (95) auf, die an den axialen äußersten Enden des jeweiligen Paars Wandler (9) festgeklemmt sind, um die Treiber miteinander zu koppeln. Die komplementären Teile des Befestigungsbauteils (93) sind durch komplementäre Teile (160, 161) mit Schraubgewinde zusammen befestigt bzw. zusammengeschraubt. Das Befestigungsbauteil kann aus irgendeinem geeigneten Material, z. B. Kunststoff oder Metall, bestehen.
Die Wandleranordnung (9) von Fig. 5a, ist der Öffnung (29) benachbart an dem Paneel (2) nicht unbeweglich festgeklemmt, sondern ist statt dessen über federnde Polster (17) z. B. aus Schaumgummi, die nahe der Paneelöffnung (29) angeordnet sind, auf ungefähr die gleiche Art und Weise mit dem Paneel gekoppelt, wie mit verweis auf die Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wodurch der Wandler arbeitet, um durch Trägheits- bzw. Inertialeffekte infolge der kombinierten Masse der jeweiligen Treiber Biegewellen in das Paneel auszusenden.
Der Wandler (9) von Fig. 5b ist im wesentlichen dem von Fig. 5a ähnlich, ist aber zur Anbringung an nur einer Seite eines Paneels (2) gedacht. Der Magnetaufbau (14, 15) ist somit an der Oberfläche des Paneels (2) mittels einer federnden Aufhängung (17) z. B. aus Gummi befestigt, die am Umfang des Flansches (162) der äußeren Polstücke (14) angebracht ist.
Fig. 5c zeigt einen Wandler (9) der Art, die in Fig. 5b gezeigt und für eine einfache Anbringung an einer Paneeloberfläche bestimmt ist. Der Wandler (9) wird folglich durch die Wickelform (18) und die federnde Aufhängung (17) an einem dünnen Substrat (147) befestigt, das mit einer selbstklebenden Außenschicht geschaffen ist, wodurch der Wandler in der richtigen Lage angebracht werden kann.
Der Wandler (9) von Fig. 6 ist als eine Vorrichtung mit niedrigem Profil gedacht, die im wesentlichen innerhalb der Dicke eines Paneels (2) mit verteilten Moden versenkt werden kann. Der Wandler weist eine zylindrische Spulenwickelform (18) auf, die dafür ausgelegt ist, z. B. mittels eines Klebstoffs in einer entsprechenden Öffnung (29) im Paneel (2) befestigt zu werden. Eine Spule (13) ist an der Innenseite der Wickelform (18) z. B. mit Hilfe eines Klebstoffs befestigt, um einen Motorspulenaufbau zu schaffen. Die gegenüberliegenden axialen Enden der Wickelform (18) sind durch scheibenartige nachgiebige Aufhängungsglieder (59) z. B. aus Gummi oder dergleichen geschlossen, von denen jedes mit einer ringförmigen Wellung (136) nahe seinem Umfang so ausgebildet ist, daß eine Rundeinfassung geschaffen wird, die derjenigen ähnlich ist, die in Antriebseinheiten herkömmlicher kolbenartiger Konuslautsprecher verwendet wird. Die Umfänge der Glieder (59) sind an den axialen Enden der Spulenwickelform (18) z. B. durch Festklemmen mit Hilfe eines Klebstoffs oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise befestigt. Die mittleren Teile der Glieder (59), die durch die ringförmigen Wellungen (136) definiert sind, tragen zwischen ihnen einen Magnetaufbau mit einem entgegengesetzt gerichteten Paar Magnete (15), die ein Polstück (14) sandwichartig aufnehmen. Die Außenseiten der Magnete (15) sind an die mittleren Teile der Glieder (59) geklebt oder auf andere Weise befestigt, wodurch der Magnetaufbau (14, 15) bezüglich der Spule (13) konzentrisch angeordnet und zu einer begrenzten axialen Bewegung in bezug darauf imstande ist.
Der Magnetaufbau ist durch scheibenartige Abschirmungen (121) abgeschirmt, die an auf dem Paneel (2) getragenen ringförmigen federnden Bauteilen (17) angebracht sind, um das Streumagnetfeld zu verhindern oder zu begrenzen, das das Paneel dem Wandler benachbart umgibt.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen des Wandlers gezeigt wurde, daß die Motorspulenanordnungen an dem Paneel (2) befestigt und die Magnetanordnungen bezüglich des Paneels nachgiebig angebracht sind, versteht es sich, daß diese Anordnung so umgekehrt werden könnte, daß die Magnetanordnungen am Paneel befestigt und die Motorspulenanordnungen nachgiebig aufgehängt sind. In einem solchen Fall werden die Magnetanordnungen relativ leicht und die Motorspulenanordnungen relativ schwer gemacht werden, um den Antriebsef fekt zu erhöhen.

Claims

1. Inertial-Schwingungswandler (9) zum Erregen eines Bauteils (2) mit der Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in zumindest einer wirksamen Fläche fortzupflanzen, die quer zur Dicke verläuft, um Resonanzmoden-Schwingungskomponenten über die zumindest eine Fläche zu verteilen mit vorbestimmten bevorzugten Orten oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen (9), und mit einem Wandler, der an dem Bauteil an einem der Orte oder Stellen angebracht ist, um das Bauteil in Schwingung zu versetzen, um es in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen, wobei ein akustischer Strahler geschaffen wird, der ein akustisches Ausgangssignal liefert, wenn er in Resonanz schwingt, mit weiterhin einem Motorspulenaufbau (13, 18) mit einer Spule (13), die an einem rohrförmigen Bauteil (18) fest angebracht ist, einem bezüglich des Motorspulenaufbaus konzentrisch angeordneten Magnetaufbau (15) und federnden Einrichtungen (19, 136), die den Magnetaufbau mit axialer Bewegungsmöglichkeit bezüglich des Motorspulenaufbaus halten, und worin das rohrförmige Bauteil (18) ausgelegt ist, durch eine Klebeeinrichtung (16, 20) direkt an dem in Schwingung zu versetzenden Bauteil (2) fest angebracht zu werden.

2. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Einrichtung (19, 136) einander gegenüberliegende Elastomerglieder aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten des Magnetaufbaus angeordnet sind.

3. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch Kappen (59, 119), die die axialen Enden des rohrförmigen Bauteils (18) schließen, und dadurch, daß die federnden Einrichtungen (19, 136) an den Kappen angebracht sind.

4. Inertial-Schwingungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (13) an der Innenseite des rohrförmigen Bauteils (18) angebracht ist.

5. Inertial-Schwingungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Motorspulenaufbau (13, 18) zur Aufnahme in einem entsprechend geformten Hohlraum (120) in dem Strahler (2) angepaßt ist.

6. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 oder Anspruch 5, falls abhängig von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappen (59) die federnden Einrichtungen (136) aufweisen.

7. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kappe (59) eine ringförmige nachgiebige Rundeinfassung (136) aufweist.

8. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, gekennzeichnet durch magnetische Abschirmungen (121) über den Kappen (59).

9. Inertial-Schwingungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorspulenaufbau (13, 18) angepaßt ist, um an einer Seite des Strahlers (2) fest angebracht zu werden.

10. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetaufbau (15) gegenüberliegende, im wesentlichen scheibenartige Polstücke (14) aufweist, wobei der Umfang von einem dieser Polstücke innerhalb des Motorspulenaufbaus (13, 18) und diesem benachbart angeordnet ist und der Umfang des anderen Polstücks mit einem Flansch (162) ausgebildet ist, der so angeordnet ist, daß er dem Motorspulenaufbau benachbart liegt und diesen umgibt.

11. Inertial-Schwingungswandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein federndes Bauteil (17) zwischen einem der Polstücke und einer Seite des Strahlers zwischengelegt bzw. sandwichartig angeordnet ist.

12. Inertial-Schwingungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetaufbau (15) ein entgegengesetzt gerichtetes Paar Magnete (15) aufweist, die ein Polstück (14) sandwichartig aufnehmen.

13. Inertial-Schwingungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch komplementäre Magnetanordnungen und Motorspulenanordnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Strahlers und durch eine Einrichtung (93), die die Magnetanordnungen für einen Gegentaktbetrieb verbindet.

14. Lautsprecher mit einem Inertialwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche.