Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Nembranunterschwingungen bei Konuslautsprechern. Bekanntlich treten bei Konuslautspre- chern, deren Membran mit Schwingungen be stimmter Frequenz in grosser Amplitude an geregt wird, häufig Sekundärschwingungen der Membran auf, deren Frequenz nicht mit der Frequenz der anregenden Schwingung übereinstimmt. Gewöhnlich handelt es sich bei diesen Sekundärschwingungen um Unter schwingungen in der halben Frequenz der An triebsschwingung.
Diese Unterschwingungen werden häufig als Knickschwingungen be zeichnet, da man deren Entstehung auf den gleichen Mechanismus zurückführt, wie er bei Stäben oder Saiten auftritt, welche in Richtung ihrer Längsaxe mit bestimmten Frequenzen angeregt werden.
Derartige Membranschwingungen können mit verhältnismässig sehr grosser Amplitude auftreten und führen zu unangenehmen Ver zerrungen der akustischen Wiedergabe, wel che unnatürlich rauh empfunden wird. Diese Verzerrungserscheinungen werden deshalb auch als "Son rauque" bezeichnet. Die bis- herigen theoretischen.
Untersuchungen und die Erfahrung zeigen, dass die beschriebenen Unterschwingungen nur bei bestimmten Fre quenzbändern der Anregeschwingung auftre ten, welche durch Formgebung und Beschaf fenheit der Membran und Amplitude der An regung gegeben sind. Diese Schwingungen entstehen im allgemeinen nur dann, wenn die Amplitude der Anregeschwingung jeweils eine bestimmte Grenze überschreitet.
Die vorliegende Erfindung gibt nun ein Verfahren zur Vermeidung dieser Membran- unterschwingungen. Ferner wird durch Bei spiele gezeigt, wie sich das Verfahren prak tisch durchführen lässt.
Das neue Verfahren stützt sich auf die Erkenntnis, dass die fraglichen Sekundär schwingungen durch genügenden Energie entzug in ihrer Entstehung unterdrückt wer den können; es zeigt sich, dass die zum Ein satz der Unterschwingungen erforderliche Anregungsamplitude mit zunehmender Dämp fung der Membran sehr schnell wächst.
Dabei reichen im allgemeinen an sich geringe Dämpfungen zur vollständigen Unterdrük- kung aller Sekundärschwingungen auch bei den grössten praktisch vorkommenden An regungsamplituden aus, wobei die Amplitude der unverzerrten Primärschwingungen und die abgestrahlte Schalleistung nur unwesent lich beeinträchtigt werden.
Gemäss vorliegender Erfindung wird eine solche zusätzliche Dämpfung der Membran schwingung durch besondere Dämpfungsmit- tel, die mindestens auf einen Teil der Mem bran wirken, erzielt. Eingehende experimen telle Untersuchungen bestätigen, dass diese zusätzlichen Dämpfungsmittel so bemessen werden können, dass die unerwünschten Mem- branunterschwingungen auch bei grössten Lautstärken ohne wesentliche Amplituden- verminderung der Primärschwingungen unter drückt werden.
Die gewünschte Wirkung lässt sich bereits erzielen, wenn nur gewisse Partien der schwingenden Membran zusätzlich gedämpft werden. Soweit bestimmte Unterschwin gungen besonders stark auftreten, so emp fiehlt es sich, vorzüglich jene Membranpar- tien zu dämpfen, bei denen die Amplituden dieser Unterschwingungen am grössten sind.
Die Dämpfung ist so zu bemessen, dass alle Unterschwingungen praktisch vollstän dig unterdrückt werden. Eine unnötig starke Dämpfung ist jedoch im allgemeinen nicht zweckmässig, da hierdurch der Wirkungsgrad des Lautsprechers beeinträchtigt wird. Im merhin kann eine verstärkte Dämpfung häu fig zur Vermeidung von ausgeprägten Reso nanzfrequenzen nützlich sein, da durch ver hältnismässig starke Dämpfung neben der Vermeidung von Unterschwingungen auch ein gewisser Ausgleich des Frequenzganges (wel cher die abgestrahlte Leistung bei konstanter Anregungsamplitude eine Abhängigkeit von der Frequenz darstellt) erzielt wird.
Durch geeignete Anordnung der zusätz lichen Dämpfungsmittel können auch ganze Frequenzgebiete der abgestrahlten Nutz schwingung in ihrer Amplitude beeinflusst werden. So werden beispielsweise durch starke Dämpfung der äussern 11lembra,n- partien namentlich die Schwingungen nie derer Frequenz gedämpft, da Schwin gungen höherer Frequenz in den äussern Membranpartien ohnehin nur mit gerin ger Amplitude auftreten. Bei der Vertei lung der besonderen Dämpfungen über der Membranfläche, wie auch bei deren Bemes sung können demnach auch Rücksichten auf einen möglichst idealen Frequenzgang mass gebend sein.
In den Fig. 1. und 2 der beiliegenden Zeichnung ist zum besseren Verständnis in zwei Diagrammen das charakteristische Ver halten der zu unterdrückenden Membran unterschwingungen in Abhängigkeit von der Amplitude bezw. der Dämpfung gezeigt.
In Fig. 1 ist die Amplitude der Membran unterschwingung eines Konuslautsprechers normaler Konstruktion bei einer bestimmten Frequenz als Funktion der Anregungsampli tude A aufgetragen. Solange diese Anre gungsamplitude, welche dem zugeführten Wechselstrom proportional ist, unterhalb dem Wert A1 bleibt, treten bei der betreffenden Frequenz überhaupt keine Sekundärschwin gungen auf. Beim Überschreiten dieses kriti schen Grenzwertes steigt die Amplitude der Sekundärschwingung S zunächst sehr steil an.
Eine kräftige Membrananregung, wie sie bei grossen Lautstärken erforderlich ist, kann also zu sehr starken Membranunterschwin- gungen führen, welche die Wiedergabe stören und die unter Umständen auch die Primär schwingungen durch Energieentzug schwä chen.
In Fig. 2 sind die Amplituden der unver- zerrten Primärschwingung P und der Unter schwingung S bei konstanter Frequenz und Anregungsamplitude als Funktion der Mem- brandämpfung d aufgetragen. Eine Vergrö sserung der Membrandämpfung durch die er wähnten besonderen Dämpfungsmittel hat im allgemeinen nur eine verhältnismässig kleine Schwächung der Membranprimärschwin- gungsamplitude zur Folge, denn die Kurve P fällt nur schwach ab.
Dagegen nimmt die Amplitude der Membranunterschwingung S bei steigender Dämpfung d sehr rasch ab, bis dieselbe bei einer bestimmten Dämpfung D, vollständig verschwindet.
Bei der betreffen den Frequenz können also die unangeneh men Sekundärschwingungen ohne wesentliche Lautstärke-Einbusse vermieden werden, wenn die Membrandämpfung durch zusätzliche Dämpfungsmittel, zum Beispiel auf den Wert D, gebracht wird, der etwas grösser sein mag als Di. Die Dämpfung Dz ist im allgemei nen so zu wählen, dass die Sekundärschwin gungen bei allen in Frage kommenden Fre quenzen und auch bei den grössten praktisch vorkommenden Lautstärken sicher vermieden werden.
Aus besonderen Gründen kann sich allerdings auch eine besonders verstärkte Dämpfung empfehlen.
Der zusätzliche Energieentzug aus der Membran kann durch besondere schwingungs dämpfende Körper erreicht werden, welche mit der Membran in fester oder loser Ver bindung stehen. Hierzu können an sich be kannte schalldämpfende Stoffe verwendet werden. Als Beispiel seien erwähnt: Filz, Watte, Holzwolle, Glaswolle, schalldämp fende Gewebe usw.
Neben diesen aus Fasern aufgebauten Materialien kommen auch nicht faserige natürliche oder künstliche Materia lien in Frage, zum Beispiel korkähnliche oder schwammartige Körper. In den meisten Fäl len sind solche Schalldämpfer mit sehr viel Luft durchsetzt, woraus ein geringes spezi fisches Gewicht resultiert. Durch besondere Inmprägnierung kann die innere Reibung nötigenfalls erhöht werden. Auch ein gewis ser Schutz gegen Verschmutzung, Zersetzung, Feuchtigkeitsaufnahme und Ungeziefer lässt sich durch Imprägnierung erreichen.
Je nach den Eigenschaften dieser schwin gungsdämpfenden Körper ist im allgemeinen deren Stärke und Ausdehnung in der Weise zu bemessen, dass die Dämpfung zur Unter drückung aller Unterschwingungen ausreicht, und dass keine unnötige Verminderung des 'Wirkungsgrades infolge zu starker Dämp fung auftritt.
Diese schwingungsdämpfenden Körper können nun gegen feste Teile des Lautspre- chers abgestützt werden. Eine. besonders ein fache Montage ergibt sich, wenn die schall dämpfenden Mittel, die etwa aus Filz oder Watte bestehen mögen, zwischen der Mem brane und ,dem Membrankorb eingelagert sind. Eine ähnliche Wirkung kommt zu stande, wenn pinselartige Gebilde, die an festen Teilen des Lautsprechers montiert sind, mit den Spitzen ihrer Einzelfasern oder seitlich gegen die Membrane drücken.
Je nach Beschaffenheit und Montage dieser schwin gungsdämpfenden Mittel, welche mit der Membrane und mit dem Lautsprechergestell in Verbindung stehen, geben dieselben der Membrane einen gewissen Halt, wobei sich unter Umständen eine besondere Halterung der Membrane am äussern Rand erübrigt, so dass dieselbe dann durch die Zentrierungs- mittel in der Mitte und durch die besonderen Schwingungsdämpfungsmittel frei getragen wird. Die niederfrequente Eigenschwingung, die auf die elastische äussere Halterung zu rückzuführen ist, lässt sich so vermeiden.
Wenn die äussere Unterlage der schwin gungsdämpfenden Körper eine grosse Ober fläche besitzt und verhältnismässig nahe an der Membrane gelagert ist, so tritt in den Zwischenräumen des schwingungsdämpfen den Körpers unter Umständen ein elastisches Luftkissen auf, da keine Möglichkeit für das rasche Zu- und Wegströmen der im Schall dämpfer enthaltenen Luft gegeben ist. Eine unerwünschte Resonanzschwingung der Mem bran wäre die Folge.
Dieser Übelstand lässt sich leicht beseitigen, indem zum Beispiel die Unterlage und nötigenfalls auch der schwin gungsdämpfende Körper selbst durchlöchert werden, so dass ein Verbindungsweg für die Luftströmung zwischen den innern Hohlräu men und dem Aussenraum geschaffen wird. In dieser Weise wird auch die Schallabstrah lung, insbesondere bei tiefen Frequenzen, auf der gedämpften Membranseite vergrössert.
Die gewünschte Membrandämpfung kann auch erreicht werden, wenn keine feste Ab stützung der schwingungsdämpfenden Kör per vorgesehen ist, das heisst wenn deren ge- samthaftes Mitschwingen lediglich durch die eigene Trägheit verhindert wird. In diesem Falle ist natürlich für genügende Stärke die ser frei auf der Membran befestigten Schwin- gungsdämpfer zu sorgen, derart, da.ss nur die der Membrane zugewandten Teile dieses Kör pers den _THembranschwingungen mit ganzer Amplitude folgen.
Zur Vergrösserung der schwingungshemmenden Trägheit empfiehlt es sich, die der Membrane gegenüber liegende Seite des schwingungsdämpfenden Körpers be sonders zu beschweren. Eine solche Beschwe rung kann beispielsweise erreicht werden, in dem der schwingungsdämpfende Körper in einem der 1Zembranform angepassten und frei beweglichen Korb von ausreichendem Ge wicht gelagert wird. Durch eine Durclilöelie- rung dieses Korbes wird nötigenfalls wieder für ungehindertes Zu- und Wegströmen der eingeschlossenen Luft gesorgt, wodurch schädliche elastische Luftpolster vermieden werden.
Eine besondere Lagerung des schwin- gungsdämpfenden Körpers kommt zustande, wenn derselbe zwischen der eigentlichen Lautsprechermembran und einer besonderen zweiten Membran eingelagert ist. Diese zweite Membran dient wieder als Belastung oder als feste Halterung des Dämpfungskörpers. Eine unerwünschte Kopplung dieser Membran mit der eigentlichen Lautsprechermembran durch ein elastisches Luftkissen lässt sich wieder durch geeignete Durchlöcherung vermeiden.
Eine schwingungshemmende Abstützung des schwingungsdämpfenden Körpers kommt zustande, wenn diese zweite Membran minde stens teilweise mit festen Teilen des Laut sprechers (zum Beispiel mit dem Korb) ver bunden wird. Sie lässt sich beispielsweise am äussern Rand im Membrankorb fassen, ähn lich wie dies bei der eigentlichen Laut sprechermembran üblich ist. Dabei erhält diese letztere Membran, welche vom Antriebs system angetrieben ist, unter Umständen be reits einen genügenden Halt durch die Ab stützung über den schwingungsdämpfenden Körper gegen die zweite Membran, so dass sich die besondere Befestigung ihres äussern Randes im Membrankorb erübrigt.
Man erhält so eine Doppelmembrane, wovon der eine Teil durch das Antriebssystem angetrieben ist, während der andere Teil am äussern Rand im Lautsprecherkorb gelagert ist, wobei zwi schen beiden Teilen eine schwingungsdämp fende Kopplung bestellt.
Bei genügendem Gewicht der zweiten Membran reichen auch die Trägheitskräfte derselben zur Schwingungshemmung allein aus. Eine besondere Halterung der zweiten Membran lässt sich in diesem Falle vermei den. Ein teilweises Mitschwingen dieser Mem bran, namentlich bei den tieferen Frequenzen, kann von Vorteil sein zur Verminderung der Dämpfung dieser niederen Frequenzen und zur verstärkten Abstrahlung derselben. Durch geeignete Beschaffenheit und Bemessung des zwischengelagerten Dämpfungskörpers wie auch durch entsprechende Dimensionierung der zweiten Membran selbst können die opti malen Verhältnisse bei teilweisem Mitschwin gen dieser Membran erhalten werden.
Eine ausreichende Dämpfung der Unter schwingungen kann sogar erzielt werden, wenn der dämpfende Körper zwischen zwei Membranen eingelagert ist-, welche beide vom Antriebssystem angetrieben werden. Dabei ist es zweckmässig, diese beiden Membranen an sich durch ungleiche Dimensionierung, Stärke oder Materialbeschaffenheit möglichst verschieden zu gestalten, so dass die Frequen zen der zu vermeidenden Unterschwingungen für beide Membranen nicht zusammenfallen.
Durch die energieentziehende Kopplung, die durch den dämpfenden Zwischenkörper zu stande kommt, werden dann die Unterschwin gungen beider Membranen weitgehend unter drückt.
Aus den gemachten Ausführungen geht hervor, dass sich der Erfindungsgedanke in mannigfacher Weise realisieren lässt. Unter Anwendung der an sich bekannten Erfah rungen und Kenntnisse aus der Akustik und der Schwingungslehre lassen sich noch zahl reiche weitere Wege zur Durchführung des erfindungsgemäss gekennzeichneten Verfah rens geben.
In allen Fällen ist dabei für das beschriebene neuartige Verfahren zur Unter- drückung von. Membransekundärschwingun- gen charakteristisch, dass besondere schwin gungsdämpfende Körper an der Membran an gebracht sind, durch deren Energieentzug die Membransekundärschwingungen in der Entstehung unterdrückt werden.
Die Dimensionierung der schwingungs- dämpfenden Teile wie auch deren Beschaf fenheit und Materialkonstanten hängen in weitgehendem Masse von der gesamten An ordnung ab. Unter Berücksichtigung der Er fahrungen und Kenntnisse aus der Akustik und Schwingungstechnik sind die Werte je weils so zu wählen, dass bei Vermeidung un nötiger Verminderung des Lautsprecherwir kungsgrades die Sekundärschwingungen auch bei den grössten Lautstärken sicher unter drückt werden.
Dabei ist zu beachten, dass die Lautsprechermembran durch die Dämp- fungsmittel keine unzulässige Beschwerung erfährt, wodurch die Wiedergabe der hohen Frequenzen gestört würde und die unter Um ständen zu unerwünschten niederen Reso nanzfrequenzen der Membran führen könnte.
Als schwingungsdämpfende Körper kom men deshalb vorwiegend leichte Materialien mit einer der gewünschten Dämpfung ange messenen innern Reibung in Frage, deren ela stische Rückstellkräfte möglichst gering sind.
Zwei beispielsweise Ausführungsformen sind schliesslich in den Fig. d und 4 darge stellt.
In Fig. d ist ein Konuslautsprecher dar gestellt, bei dem die zusätzliche Dämpfung der Membran 1!I durch schwil:gungsdämp- fende Körper D erfolgt, die zwischen der Membran und dem Membrankorb K einge bettet sind. Abgesehen von diesen besonderen Däanpfungsmitteln kann es sieh dabei um irgendeinen Konuslautsprecher bekann ter -Konstruktion handeln, dessen Anregung zum Beispiel durch den elektrodynamischen Antrieb A, E erfolgt.
Fig. 4 zeigt einen Lautsprecher, bei dem die Membran M,, welche durch den Antrieb A, E angeregt ist, unter Zwischenlagerung der schwingungsdämpfenden Körper D über der Innenfläche einer zweiten Membran M2 gelagert ist. Diese zweite Membran ist ihrer seits am äussern. Rand im Korb K befestigt, während der äussere Rand der Membran M,_ frei liegt.
Die Fixierung der eigentlichen Membran M, erfolgt zum Beispiel in bekann ter Weise durch die innenzentrierte Spinne S. Die beiden Membranen Ml und M2 bilden ein gekoppeltes Schwingungssystem, wobei die Kopplung durch die schwingungsdämpfenden Körper Ff erfolgt.
Ein Mitschwingen der äussern Membran M2 erfolgt namentlich bei den tiefen Fre quenzen, während bei hohen Frequenzen im wesentlichen nur die innern Partien der innern Membran M, schwingen. Durch den verschiedenartigen Aufbau beider Membra nen ureichen deren Eigenfrequenzen und die sonstigen akustischen Eigenarten stark von einander ab.
Der Frequenzgang, der von den gekoppelten Membranen abgestrahlten aku stischen Schwingungen ist demnach sehr aus geglichen und die unerwünschten Sekundär schwingungen werden durch die dämpfende Kopplung D unterdrückt. Ein wesentlicher Vorzug solcher Anordnungen besteht beson ders darin, dass bei tiefen Frequenzen das ge samte gekoppelte System als Ganzes mit schwingt, so dass bei diesen Frequenzen die Dämpfung praktisch überhaupt ohne Wir kung ist. Die sehr tiefen Frequenzen, bei denen bekanutlieh noch keine Unterschwin gungen auftreten; werden demnach praktisch überhaupt nicht geschwächt.
Wie bereits wei ter oben ausgeführt wurde, kann sieh eine Durchlöcherung der einen Membran zur Ver meidung elastischer Luftkissen zwischen bei den Membranen empfehlen.