DE102014206773B4 - Lautsprecher, insbesondere elektrodynamischer Lautsprecher - Google Patents
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Abstract
1 Lautsprecher (50), insbesondere elektrodynamischer Lautsprecher (50), mit einer schwingfähigen Lautsprechermembran (52) und mit einem elektrischen Schwingungserreger (1) für die Lautsprechermembran (52), wobei der Schwingungserreger (1) eine ringförmige Spulenanordnung (2) und eine Magnetanordnung (4) aufweist, wobei die Spulenanordnung (2) in einen ringförmigen Spalt (30) der Magnetanordnung (4) derart eingreift, dass die Spulenanordnung (2) und die Magnetanordnung (4) in axialer Richtung (X) relativ zueinander beweglich sind, wobei die Spulenanordnung (2) mit einem Bolzen (14) verbunden ist, der sich durch ein Durchgangsloch (38) in axialer Richtung (X) durch die Magnetanordnung (4) hindurch erstreckt, wobei der Bolzen (14) an seinem von der Spulenanordnung (2) abgewandten Ende mit einer scheibenförmigen Tragplatte (10), vorzugsweise unter Ausbildung eines rechten Winkels zwischen der Oberfläche der scheibenförmigen Tragplatte (10) und der Mittenachse des Bolzens (14), verbunden ist, wobei auf der vom Ende des Bolzens (14) abgewandten Seite der scheibenförmigen Tragplatte (10) ein Ringkörper (16) vorgesehen ist, und wobei der Ringkörper (16) mit der Lautsprechermembran (52) verbunden ist, wobei die scheibenförmige Tragplatte (10) derart elastisch ist, dass die Bewegungen des Ringkörpers (16) und der Spulenanordnung (2) von den Bewegungen des Bolzens (14) dynamisch entkoppelt oder entkoppelbar sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Lautsprecher, insbesondere einen elektrodynamischen Lautsprecher.
- Es ist bekannt, dass bei Lautsprechern der Schall durch eine schwingende Membran abgestrahlt wird. Hierbei wird bei elektrodynamischen Lautsprechern ein elektrisches Signal in Membranschwingungen umgewandelt. Bei bekannten elektrodynamischen Lautsprechern ist hierbei an der Membran eine Spule angebracht, die in das Feld eines Permanentmagneten eintaucht. Wird die als Tauchspule ausgebildete Spule vom Steuerwechselstrom durchflossen, wird die Spule aufgrund der so genannten Lorentz-Kraft zu Schwingungen angeregt.
- Bekannte Konuslautsprecher weisen neben einer Konusmembran zur Befestigung und Zentrierung des Schwingeinsatzes und des Magnetsystems einen Lautsprecherkorb für die Konusmembran auf, der gleichzeitig auch zum Einbau in ein Gehäuse, z. B. ein Lautsprechergehäuse, dient.
- Darüber hinaus ist bei bekannten Konuslautsprechern eine Zentriermembran für die Konusmembran vorgesehen, wodurch der Spulenträger im Luftspalt des Magneten zentriert wird. Außerdem ist bei den bekannten Konusmembranen eine Staubschutzkalotte auf der Membranvorderseite vorgesehen, um den Luftspalt vor Verunreinigungen zu schützen.
- Beispielsweise ist in
DE 195 34 342 A1 ein Lautsprecher bzw. eine Lautsprechermembranbefestigung offenbart. Außerdem ist inDE 41 26 121 A1 ein dynamischer Lautsprecher mit einer Konusmembran beschrieben. - Außerdem sind in
US 4,392,027 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer gleichmäßigen Schallverteilung in einer Flugzeugzelle offenbart. Hierbei ist ein elektrischer Schwingungserreger über eine Schraube und einen breitflächigen, pilzförmigen Kopf an Wand- oder Deckenplatten der Flugzeugzelle angeordnet. - Darüber hinaus ist in
DE 41 26 121 A1 ein dynamischer Lautsprecher mit einem Lautsprecherchassis offenbart. Das Lautsprecherchassis trägt eine Konusmembran, in deren Mitte eine Hubbewegungen ausführende Schwingspule sitzt, die in einen Luftspalt zwischen Magnetpolen eines Dauermagneten eingreift, der in der Konusmembran an der Seite des Schallaustritts angeordnet ist. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen im Aufbau vereinfachten, und insbesondere kompaktbauenden, Lautsprecher für verschiedene Audioanwendungen bereitzustellen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lautsprecher, insbesondere einen elektrodynamischen Lautsprecher, mit einer schwingfähigen Lautsprechermembran und mit einem elektrischen Schwingungserreger für die Lautsprechermembran, wobei der Schwingungserreger eine ringförmige Spulenanordnung und eine Magnetanordnung aufweist, wobei die Spulenanordnung in einen ringförmigen Spalt der Magnetanordnung derart eingreift, dass die Spulenanordnung und die Magnetanordnung in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind, wobei die Spulenanordnung mit einem Bolzen verbunden ist, der sich durch ein Durchgangsloch in axialer Richtung durch die Magnetanordnung hindurch erstreckt, wobei der Bolzen an seinem von der Spulenanordnung abgewandten Ende mit einer scheibenförmigen Tragplatte, vorzugsweise unter Ausbildung eines rechten Winkels zwischen der Oberfläche der scheibenförmigen Tragplatte und der Mittenachse des Bolzens, verbunden ist, wobei auf der vom Ende des Bolzens abgewandten Seite der scheibenförmigen Tragplatte ein Ringkörper vorgesehen ist, und wobei der Ringkörper mit der Lautsprechermembran verbunden ist, wobei die scheibenförmige Tragplatte derart elastisch ist, dass die Bewegungen des Ringkörpers und der Spulenanordnung von den Bewegungen des Bolzens dynamisch entkoppelt oder entkoppelbar sind.
- Dadurch, dass ein Ringkörper auf einer scheibenförmigen Tragplatte angeordnet ist, wobei der Ringkörper mit einer zu Schwingungen zu erregenden Membran, insbesondere Konusmembran, zur Abstrahlung von Audiofrequenzen verbunden wird, wird eine direkte Verbindung der krafterzeugenden Schwingspule oder Spulenanordnung zur Membran erreicht. Außerdem wird eine rotationssymmetrische Verbindung der Tragplatte mit einem Membranhals der Membran erreicht.
- Auf der der Membran zugewandten Seite ist die kreisförmige Tragplatte mit dem Ringkörper so ausgestaltet, dass der Ringkörper mit einer ringförmigen Kontaktfläche, die mit der zu erregenden Membran, insbesondere Konusmembran, verbunden wird, ausgebildet ist. Hierbei wird die Kontaktfläche des kreisförmigen Ringkörpers mit dem Membranhals der Membran, beispielsweise durch Kleben, verbunden. Durch den ringförmigen Kontaktschluss zwischen der scheibenförmigen Tragplatte und der Membran mittels des dazwischen angeordneten Ringkörpers als Verlängerung der Spule wird die Auslenkungskraft der Spule mit hoher Steifigkeit direkt auf die Membran übertragen. Dadurch ist es möglich, dass trotz seiner Robustheit mittels des Schwingungserregers Audiosignale im Bereich der Frequenzen von Audiosignalen und der mit dem Schwingungserreger gekoppelten Membran erzeugt und übertragen werden, so dass beispielsweise der Schwingungserreger für Lautsprecher in Lautsprecherboxen oder in Fahrzeugen oder dergleichen verwendet wird.
- Der elektrische Schwingungserreger wird dabei auf elektrodynamische und/oder elektromagnetische Weise betrieben. Hierzu weist er eine ringförmige Spulenanordnung auf, die in einen ringförmigen Spalt einer Magnetanordnung eingreift, wobei sich die ringförmige Spule um eine Längsachse bzw. Mittelachse, die nachfolgend auch als Längsachse des Schwingungserregers bezeichnet wird, erstreckt. Bei dem Schwingungserreger sind die Spulenanordnung und die Magnetanordnung in axialer Richtung, d. h. in Richtung der vorgenannten Längsachse, relativ zueinander beweglich, so dass sich bei diesen Bewegungen die Spulenanordnung in Richtung ihrer Längsachse bzw. Mittelachse in dem ringförmigen Spalt der Magnetanordnung bewegt.
- Unter Verwendung des seismischen, elektrodynamischen Schwingungserregers und durch die Verbindung des Schwingungserregers mit der Membran unter Verwendung des Ringkörpers wird ein Lautsprecher bereitgestellt, bei dem auf einen Rahmen oder einen Korb bzw. Lautsprecherkorb verzichtet wird. Insofern wird gemäß der Erfindung ein lautsprecherkorbfreier Lautsprecher bereitgestellt. Darüber hinaus wird durch den lautsprecherkorbfreien Lautsprecher, d. h. einen Lautsprecher ohne Lautsprecherchassis, das Gewicht des Lautsprechers reduziert. Außerdem ergibt sich ein kleinbauender Lautsprecher, so dass der Lautsprecher auch in einem in der Tiefe beengten Bauraum eingebaut werden kann. Es ergibt sich dadurch ein reduziertes Baumaß gegenüber herkömmlichen, einen Lautsprecherkorb aufweisenden Lautsprechern. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße, lautsprecherchassisfreie Lautsprecher auch als zentriermembranfreier Lautsprecher, d. h. ohne Zentriermembran für die Lautsprechermembran, ausgebildet, weil der Schwingungserreger als Antrieb in sich selbstzentrierend bzw. selbstzentriert ist.
- Dadurch, dass der elektrodynamische Schwingungserreger für die Lautsprechermembran mittels eines Ringkörpers mit der Lautsprechermembran verbunden ist, wird die Relativkraft zwischen der die Lautsprechermembran auslenkenden Spule und dem Magneten auch mit seismisch federnd aufgehängten Magneten aufgrund deren Massenträgheit aufgebaut. Hierdurch ist der als Zweimassenschwinger wirkende Membranantrieb derart abstimmbar, dass das akustische Verhalten auch bei einem rückseitig geschlossenen Luftvolumen hinter der Membran dem eines sogenannten Helmholtz-Resonators in einem Bassreflex- bzw. einem ventilierten Gehäuse entspricht, wodurch die Wiedergabe in den tieffrequenten Bereichen mittels des Lautsprechers erweitert werden kann oder wird.
- In einer Ausgestaltung des Lautsprechers ist weiterhin vorgesehen, dass die Lautsprechermembran als Konusmembran ausgebildet ist. Dadurch, dass der Schwingungserreger mit seinem als Befestigungsring ausgebildeten Ringkörper am (Innen-)Durchmesser bzw. am Membranhals der Lautsprechermembran vorderseitig befestigt ist, wird der Schwingungserreger vorteilhafterweise infolge der Konizität des von der Konusmembran eingeschlossenen bzw. gebildeten Volumens auf der Membranvorderseite, vorzugsweise vollständig, aufgenommen. Dadurch wird erreicht, dass die Masse des Schwingungserregers vorteilhafterweise in der Schwerpunktsebene der Lautsprechermembran bzw. des Lautsprechers liegt, wodurch eine zusätzliche Zentrierung des Schwingungserregers am Membranhals der Konusmembran entbehrlich ist. Dadurch ergibt sich ein in der Tiefe kleinbauender Lautsprecher, der auch in einem beengten Bauraum eingesetzt werden kann.
- Aufgrund der zentrierten Anordnung des Schwingungserregers am Membranhals innerhalb oder an der Membranvorderseite ist vorteilhafterweise der Schwingungserreger angeordnet. Auch ist durch die doppelte Federzentrierung und den Bolzen die als Schwingspule ausgebildete Spulenanordnung des Schwingungserregers im Luftspalt des Magneten des Schwingungserregers zentriert.
- Vorteilhafterweise ist in einer Ausgestaltung die Membran aus, vorzugsweise langfaserigem, Papier, Kunststoff, wie zum Beispiel Polypropylen, oder aus Kevlar, Hartschaum, wie zum Beispiel Polystyrol oder aus Aluminium, z. B. in einer Wabenstruktur, hergestellt, um bei geringem Gewicht im Zusammenhang bzw. in Einheit mit der auf Grund hoher Steifigkeit eine kolbenförmige Bewegung ohne Biegeschwingungen sowie einen auf Grund geringer Masse hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Lautsprechers ist vorgesehen, dass die Lautsprechermembran einen ringförmigen Membranhals, vorzugsweise innenseitig, aufweist und der Ringkörper mit dem Membranhals verbunden ist, wobei insbesondere der Ringkörper am Membranhals angreifend angeordnet ist.
- Darüber hinaus ist vorzugsweise der elektrische Schwingungserreger an der Vorderseite der Konusmembran oder an der Rückseite der Konusmembran angeordnet. Besonders günstig ist es, wenn der Schwingungserreger vorderseitig innerhalb des von dem Konuskörper gebildeten konischen Volumens, d. h. auf der Membranvorderseite, angeordnet ist, da hierdurch eine raumsparende Ausbildung des Lautsprechers sich ergibt sowie der Verzug der Membran durch die Lage des Massenschwerpunkts innerhalb des Membrankonus minimiert wird.
- Des Weiteren zeichnet sich eine Ausführungsform des Lautsprechers dadurch aus, dass an der Außenseite der Lautsprechermembran, insbesondere Konusmembran, eine umlaufende Sicke vorgesehen ist, wobei insbesondere die Sicke eingerichtet ist, um an einem Lautsprecherträger, insbesondere einer Wandung, direkt angeordnet zu werden.
- Da gemäß der Erfindung ein lautsprecherkorbfreier Lautsprecher bereitgestellt wird, ist es möglich, die Membran des Lautsprechers unter Zwischenschaltung der Sicke direkt und ohne Korb mit der Schallwand zu verbinden, wodurch sich ein bündiger Einbau des Lautsprechers ergibt. Hierdurch wird die an der Außenseite der Membran vorgesehene Sicke direkt an oder auf der Schallwand befestigt. Beispielsweise wird die Membransicke auf der Schallwand durch Kleben mit dieser verbunden. Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Lautsprecher auf einen Befestigungskorb, der auch als Lautsprecherkorb bezeichnet wird, verzichtet wird, werden bei der Schallerzeugung auch keine Korbresonanzen, die die Übertragung bzw. Wiedergabe der Schallwellen beeinflussen könnten, erzeugt. Ferner werden Strömungsgeräusche durch Turbulenzen der bewegten Luft im Bereich von Korbstreben, die bei mit einem Lautsprecherkorb ausgebildeten Lautsprechern gemäß dem Stand der Technik entstehen, vermieden.
- Vorzugsweise ist die Sicke der Lautsprechermembran, die auch als äußere Einspannsicke bezeichnet wird, aus einem schäumbaren Kunststoffmaterial oder Gummi oder dergleichen hergestellt. Alternativ ist die Sicke der Lautsprechermembran z. B. aus einer Prägung des Konusmembranmaterials ausgebildet.
- Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Konusmembran als konvexe Membran oder als konkave Membran oder als glattkehlige Membran ausgebildet ist.
- Bevorzugterweise ist die Spulenanordnung auf einer ringförmigen Wandung aufgebracht; ferner erstreckt sich der Spalt der Magnetanordnung vorzugsweise parallel zu dieser Wandung, an welcher die Spulenanordnung aufgebracht ist. Durch eine elektrische Erregung der Spule tritt die Spule in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld der Magnetanordnung, so dass die Spule relativ zur Magnetanordnung in Bewegung bzw. in Schwingungen in Richtung der Längsachse versetzt wird. Das bedeutet, dass sich die Spule der Spulenanordnung an der Masseträgheit des seismisch aufgehängten Magneten abstößt. Hierbei bilden die Spule mit der Membran und mit der Membransicke und der Magnet mit seiner federnden Aufhängung jeweils einen Feder-Masse-Schwinger.
- Zudem ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die Spulenanordnung als ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung von der scheibenförmigen Tragplatte auf der von dem Ringkörper abgewandten Seite erstreckt, wobei die Spulenanordnung in axialer Richtung relativ zur Magnetanordnung beweglich ist. Hierbei ist in einer Ausgestaltung die Spulenanordnung aus einem Spulenträger in Form einer ringförmigen Wand gebildet, die an der einen Seite der Tragplatte befestigt ist oder auch in einer weiteren Ausgestaltung einstückig mit der Tragplatte ausgebildet ist. Auf die Wand für den Spulenträger ist die Spule bzw. deren Leiter aufgebracht. Beispielsweise kann der Leiter der Spule schraubenförmig um die Außenseite der ringförmigen Wand gewickelt sein. Der ringförmige Vorsprung der Spulenanordnung greift axial beweglich in den Spalt der Magnetanordnung ein. Hierbei ist vorzugsweise der ringförmige Vorsprung kreiszylindrisch zu der Längsachse des Schwingungserregers ausgebildet.
- Es ist bei einer Ausgestaltung des elektrischen Schwingungserregers weiterhin vorgesehen, dass die Spulenanordnung und der Ringkörper, der mit der Lautsprechermembran verbunden ist, jeweils auf einer Seite der scheibenförmigen Tragplatte angeordnet sind.
- Ferner ist es bevorzugt, dass der Durchmesser der ringförmigen Spulenanordnung größer/gleich als der innere Durchmesser des Ringkörpers und kleiner/gleich als der äußere Durchmesser des Ringkörpers ist. In der Projektion ist dabei die ringförmige Spulenanordnung im Bereich zwischen dem Innendurchmesser des Ringkörpers und dem Außendurchmesser des Ringkörpers angeordnet. Somit sind beispielsweise bei einer horizontalen Ausrichtung der Tragplatte, die zwischen dem Ringkörper und der Spulenanordnung angeordnet ist, die Spulenanordnung und der Ringkörper im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet, wodurch trotz wegen geringer bewegter Massen erwünschter dünnwandiger Ausführung von Tragplatte, Spulenträger und Ringkörper eine hohe Steifigkeit zur Übertragung der Auslenkungsimpulse von der Spule auf die Membran gewährleistet ist.
- Außerdem zeichnet sich eine Ausführungsform des elektrischen Schwingungserregers für den Lautsprecher dadurch aus, dass die scheibenförmige Tragplatte derart elastisch ist, dass Schwingbewegungen der Spulenanordnung, vorzugsweise mit Schwingungsfrequenzen von 40 Hz bis 5.000 Hz, auf den Ringkörper übertragbar sind, um die bewegte Masse aus Spule und Membran nicht zusätzlich zu erhöhen.
- Dadurch, dass die Tragplatte nicht biegesteif, d. h. nicht starr ausgebildet ist bzw. eine verringerte Biegesteifigkeit aufweist und der Ringkörper den Radius der Schwingspule besitzt und axial mit der in der Spule erzeugten Kraft belastet wird, wird eine hohe Steifigkeit der Kraftübertragung auf die an der Außenseite des Ringkörpers angeordnete Membran, insbesondere Konusmembran, erreicht. Dadurch, dass die Tragplatte dünn ausgebildet ist, wird die Masse der Tragplatte reduziert und von der Schwingungseinheit sowie der Befestigungseinheit elastisch entkoppelt, so dass eine Übertragung von Audiofrequenzen oder von bevorzugten Frequenzen, insbesondere im Bereich von 40 Hz bis 5.000 Hz erreicht wird. Insbesondere ist die Dicke der scheibenförmigen Tragplatte kleiner als die Breite des, vorzugsweise kreisförmigen, Ringkörpers.
- Bevorzugterweise ist der elektrische Schwingungserreger derart eingerichtet, um Schwingungen, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 40 Hz bis 5.000 Hz, in der mit dem Ringkörper verbundenen Lautsprechermembran, insbesondere Konusmembran, zu erzeugen.
- Ferner ist beim elektrischen Schwingungserreger der Bolzen an einer der Spulenanordnung abgewandten Axialseite der Magnetanordnung axial beweglich und zentriert geführt, wobei insbesondere der Bolzen an der der Spulenanordnung abgewandten Axialseite der Magnetanordnung an einer Zentriermembran befestigt ist, die an ihrem Außenumfang an der Magnetanordnung fixiert ist. Überdies ist bei einer Ausführungsform weiter vorgesehen, dass die Zentriermembran am Außenumfang dichtend mit der Magnetanordnung und ebenfalls dichtend mit dem Bolzen verbunden ist, so dass ein nach außen abgeschlossenes Volumen zwischen der Zentriermembran und der Magnetanordnung gebildet wird.
- Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass der Bolzen für die Spulenanordnung unter Verwendung von wenigstens einer oder mehrerer Federn, insbesondere Blattfedern, axial beweglich und zentriert geführt wird oder ist.
- Vorzugsweise ist außerdem eine Lüftungsöffnung zur gezielten Belüftung und Entlüftung des Volumens bei elektrischen Schwingungserregern vorgesehen, wobei die Lüftungsöffnung insbesondere als ein Kanal in dem sich durch die Zentriermembran erstreckenden Bolzen ausgebildet ist.
- Zweckmäßigerweise erstreckt sich weiterhin die Spulenanordnung als ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung von der scheibenförmigen Tragplatte, die in axialer Richtung relativ zur Magnetanordnung beweglich ist.
- Darüber hinaus ist günstigerweise der Bolzen an der scheibenförmigen Tragplatte in axialer und radialer Richtung festgelegt. Außerdem ist zwischen der scheibenförmigen Tragplatte und der Magnetanordnung zumindest ein in axialer Richtung wirkendes Federelement angeordnet. Vorzugsweise sind ferner die scheibenförmige Tragplatte und der Magnettopf der Magnetanordnung am Umfang über eine Dichtung verbunden, so dass das von der Tragplatte und dem Magnettopf begrenzte Volumen nach außen abgedichtet ist.
- Bei dem elektrischen Schwingungserreger sind bevorzugterweise ferner das Durchgangsloch im Magneten bzw. in der Magnetanordnung und der sich durch dieses erstreckende Teil des Bolzens in ihrem Querschnitt jeweils so dimensioniert, dass zwischen dem Innenumfang des Durchgangsloches und dem Außenumfang des Bolzens ein Spalt ausgebildet ist. Weiterhin ist vorzugsweise an der scheibenförmigen Tragplatte ein elektrischer Anschluss für die Spulenanordnung ausgebildet oder vorhanden.
- Weiterhin ist in dem Schwingungserreger mindestens ein Bolzen vorgesehen, der eine zusätzliche Führung bildet. Hierbei ist der Bolzen mit der Tragplatte verbunden und erstreckt sich parallel zu und vorzugsweise entlang der Längsachse der Spulenanordnung bzw. des Schwingungserregers, wodurch sich der Bolzen in der Bewegungsrichtung der Spulenanordnung relativ zur Magnetanordnung erstreckt. Der Bolzen erstreckt sich dabei in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse durch ein Durchgangsloch durch die Magnetanordnung hindurch, wodurch der Bolzen in der Magnetanordnung bzw. an der Rückseite der Magnetanordnung, die der Spulenanordnung abgewandt ist.
- Bevorzugterweise sind der Bolzen und das Durchgangsloch zentral bezüglich der Spulenanordnung angeordnet. Hierbei erstrecken sich der Bolzen und das Durchgangsloch entlang der Längsachse der Spulenanordnung und des Schwingungserregers.
- Darüber hinaus zeichnet sich eine Weiterbildung des Schwingungserregers dadurch aus, dass die Breite des Ringkörpers kleiner als die Höhe des Ringkörpers ist. Hierdurch wird ein ausreichender Abstand zwischen der Schallwand bzw. dem Schallwandkörper, an der der elektrische Schwingungserreger angeordnet ist oder wird, und der scheibenförmigen Tragplatte erreicht. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls in einer Ausgestaltung des Schwingungserregers möglich, dass die Breite des Ringkörpers größer als die oder gleich der Höhe des Ringkörpers ist.
- Darüber hinaus ist vorteilhafterweise beim Schwingungserreger vorgesehen, dass der Bolzen und das Durchgangsloch und der Ringkörper und die Tragplatte zentral bezüglich der Längsachse der Spulenanordnung angeordnet sind. Hierdurch wird eine zuverlässige Übertragung der Schwingungen erreicht.
- Zweckmäßigerweise ist die Magnetanordnung aus einem äußeren Magnettopf und einem darin angeordneten Kern gebildet, wobei sich der Kern ausgehend von einem Boden des Magnettopfes derart in axialer Richtung erstreckt, so dass zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes der ringförmige Spalt ausgebildet ist. Der Magnettopf weist einen Boden auf, der vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist, von dem ausgehend sich eine Umfangswandung erstreckt. Ferner ist die Umfangswandung in einer Ausgestaltung zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildet.
- Im Inneren der Umfangsumwandung erstreckt sich ausgehend von dem Boden der Kern, der einen Außenumfang aufweist, wobei der Außenumfang sich vorzugsweise parallel zum Innenumfang der Umfangswandung des Magnettopfes erstreckt, wodurch ein Spalt konstanter Breite zwischen dem Magnettopf und dem Kern gebildet ist. Bevorzugt ist der Kern kreiszylindrisch ausgebildet, so dass ein kreisförmiger Spalt zwischen dem Magnettopf und dem Kern gebildet wird. In den kreisförmigen Spalt greift die Spulenanordnung, welche entsprechend ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet ist, ein, so dass sie sich relativ zu dem Magnettopf bewegen kann. Die Breite des Spaltes zwischen dem Kern und dem Magnettopf ist so gewählt, dass sie größer als die radiale Dicke der Spulenanordnung ist, so dass die Spulenanordnung die Wandungen des Spalts nicht berührt und im Spalt in axialer Richtung frei beweglich ist.
- Ferner zeichnet sich eine Weiterbildung des Schwingungserregers dadurch aus, dass die Breite des Ringkörpers kleiner oder gleich der Breite des ringförmigen Spaltes zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes ist oder dass die Breite des Ringkörpers größer als die Breite des ringförmigen Spaltes zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes ist.
- Der Kern der Magnetanordnung weist zweckmäßigerweise einen Permanentmagneten auf, der in der Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem von der Spule bei deren Bestromung verursachten Magnetfeld in Wechselwirkung tritt und somit Schwingungen der Spule relativ zum Magnettopf erzeugt. Bevorzugterweise ist der Kern so ausgebildet, dass der Magnet in axialer Richtung einen Abschnitt des Kerns bildet, vorzugsweise einen an den Boden des Magnettopfes angrenzenden Abschnitt.
- Das Durchgangsloch erstreckt sich bei dem elektrischen Schwingungserreger vorzugsweise in axialer Richtung durch den Kern und den Boden des Magnettopfes, so dass sich der Bolzen in seiner Bewegungsrichtung durch die gesamte Anordnung von Kern und Boden des Magnettopfes hindurch erstrecken kann und an der Außenseite des Bodens, d. h. der dem Kern und der Spulenanordnung abgewandten Seite des Bodens, geführt werden kann.
- Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
- Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Es zeigt:
-
1 schematisch eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Lautsprecher mit einem elektrischen Schwingungserreger. - Der in
1 im Querschnitt gezeigte Lautsprecher50 weist eine Konusmembran52 auf, die ein konisches bzw. trichterartiges Volumen auf ihrer Membranvorderseite umgibt. Die konisch geformte Membran bzw. Konusmembran52 weist im zulaufenden inneren Bereich einen ringförmigen Membranhals54 auf. Im inneren Bereich der Konusmembran52 ist ein Membranboden56 als innerer Abschluss für die Konusmembran52 ausgebildet. - Ferner ist an der Membranvorderseite im konusförmigen Volumen bzw. Bereich an der schwingfähigen Konusmembran
52 ein elektrischer Schwingungserreger1 für die Konusmembran52 angeordnet. - Der im Querschnitt schematisch dargestellte Schwingungserreger
1 besteht aus zwei wesentlichen Teilen, die relativ zueinander beweglich sind bzw. relativ zueinander schwingen können. Der Schwingungserreger1 weist eine Spulenanordnung2 sowie eine Magnetanordnung4 auf. - Ferner weist die Spulenanordnung
2 eine kreisringförmig gewickelte Spule6 auf. Die Spule6 ist an einem Spulenträger8 angebracht, der als kreisringförmiger Vorsprung von einer scheibenförmigen, kreisförmigen Tragplatte10 in axialer Richtung X vorsteht. Die scheibenförmige Tragplatte10 weist einen kreisförmigen Außenumfang auf und erstreckt sich konzentrisch zu der Längsachse bzw. Mittelachse X des Schwingungserregers1 . Der Spulenträger8 ist eine zylindrische Wand, die von der scheibenförmigen Tragplatte10 in axialer Richtung X vorsteht und an ihrem Außenumfang die Spule6 trägt. An der Tragplatte10 ist ein (hier nicht dargestellter) elektrischer Anschlussstecker für den elektrischen Anschluss der Spule6 angebracht. - An der scheibenförmigen Tragplatte
10 ist zentral ein von der Tragplatte10 abstehender Bolzen14 positioniert, der aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist und sich in axialer Richtung X zu beiden Seiten der Tragplatte10 erstreckt. Der Bolzen14 ist mit der flachen Tragplatte10 unter Ausbildung eines rechten Winkels zur Oberfläche, vorzugweise starr, verbunden. - Unterhalb bzw. auf der von der Magnetanordnung
4 oder vom Bolzen14 abgewandten Seite der scheibenförmigen Tragplatte10 ist ein Ringkörper16 angeordnet, der eine kreisförmige Fläche bzw. ein zylinderförmiges Volumen umgibt. Die Mittelachse des Ringkörpers16 ist hierbei kollinear zur Längs- oder Mittelachse X des Schwingungserregers1 vorlaufend. - Mittels des Ringkörpers
16 wird oder ist der Schwingungserreger1 am Membranhals54 und am Membranboden56 angebracht bzw. angeordnet, wobei der Ringkörper16 mit dem kreisförmigen Membranhals54 verbunden ist. Insbesondere entspricht der Außendurchmesser des Ringkörpers16 dem Durchmesser des kreisförmigen Membranhalses54 bzw. dem Durchmesser des Membranbodens56 . - In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist der Ringkörper
16 mit dem kreisförmigen Membranhals54 verbunden, so dass der Lautsprecher50 sowie die Konusmembran52 ohne einen Membranboden ausgebildet sind. - Die Magnetanordnung
4 besteht ferner aus einem Magnettopf18 aus einem weichmagnetischen Material. Der Magnettopf18 weist einen kreiszylindrischen Boden20 auf. Vom Boden20 aus erstreckt sich am Umfang in axialer Richtung X eine kreiszylindrische Umfangswandung22 . Boden20 und Umfangswandung22 können einstückig ausgebildet sein. Die Magnetanordnung4 weist darüber hinaus einen Kern24 auf, der sich in axialer Richtung X konzentrisch zu der Umfangswandung22 von dem Boden20 erstreckt. Der Kern24 ist aus zwei Teilen gebildet, einem kreiszylindrischen, scheibenförmigen Permanentmagneten26 und einer kreiszylindrischen, scheibenförmigen Polplatte28 . - Der Permanentmagnet
26 und die Polplatte28 sind in axialer Richtung X so aufeinander gesetzt, dass der Permanentmagnet26 an dem Boden20 des Magnettopfes18 anliegt und die Polplatte28 das freie Ende, d. h. das dem Boden20 abgewandte Ende des Kerns24 bildet. Der Kern24 weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der Umfangswandung22 des Magnettopfes18 . So wird ein ringförmiger Spalt30 zwischen dem Kern4 und insbesondere der Polplatte28 und der umgebenden Umfangswandung22 des Magnettopfes18 gebildet. - In den ringförmigen Spalt
30 greift die Spulenanordnung4 mit ihrem ringförmigen Spulenträger8 und der darauf angeordneten Spule6 ein, so dass die Spule6 zwischen dem Außenumfang der Polplatte28 und dem Innenumfang der Umfangswandung22 gelegen ist. Bei Bestromung erzeugt die Spule6 ein Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit dem vom Permanentmagneten26 erzeugten Magnetfeld tritt. Wenn die Spule6 mit einer Wechselspannung angeregt wird, wird die Spule6 relativ zu der Magnetanordnung4 in Schwingung in axialer Richtung X versetzt. Im Übrigen ist die axiale Richtung X kollinear mit der Mittel- bzw. Symmetrieachse der Konusmembran52 des Lautsprechers50 . - Die Tragplatte
10 schwingt auf Grund der Bewegung der Spule6 . Die Schwingungen der Spule6 und des die Spule6 fortsetzenden Ringkörpers16 werden an die Konusmembran52 , die mit dem mit dem Membranhals54 verbundenen Ringkörper16 gekoppelt ist, übertragen. - Der Ringkörper
16 des Schwingungserregers1 ist oder wird unter Verwendung eines Klebemittels oder eines anderen Befestigungsmittels mit der Konusmembran52 verbunden. Beim Ringkörper16 ist die Breite (oder Höhe) größer als die Dicke. Die Dicke des Ringkörpers16 ergibt sich aus der Hälfte der Differenz des Außendurchmessers und des Innendurchmessers des Ringkörpers16 . Die scheibenförmige Tragplatte10 ist zur Übertragung von Schwingungen beispielsweise vorzugsweise oberhalb von 1.000 Hz dünn ausgebildet, wodurch die Tragplatte10 elastisch bzw. quasi-elastisch und ihre Biegesteifigkeit herabgesetzt ist, so dass die Schwingungen der Spulenanordnung2 direkt auf den Ringkörper16 und auf die Konusmembran53 übertragen werden, während der Bolzen14 je nach Steifigkeit der Tragplatte10 von diesen Schwingungen wenigstens teilweise oder nahezu vollständig abgekoppelt wird oder ist. - Der Ringkörper
16 ist auf der Tragplatte10 im Bereich der auf der anderen Seite der Tragplatte10 vorgesehenen Spulenanordnung2 angeordnet. Die Dicke des Ringkörpers16 ist (in der Projektion) kleiner als die Breite des Spalts30 der Magnetanordnung4 . - Zwischen der der Magnetanordnung
4 zugewandten Stirnfläche der Tragplatte10 und der axialen Stirnfläche der Umfangswandung22 des Magnettopfes18 sind mehrere Federn32 angeordnet. Diese sind als Druckfedern oder Blattfedern ausgebildet und vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Die Federn32 setzen der von der Spule6 in Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten26 erzeugten Magnetkraft eine Gegenkraft entgegen. - Der ringförmige Spalt zwischen der Umfangswandung
22 und der Tragplatte10 , in welchem die Federn32 angeordnet sind, kann in einer Ausgestaltung am Außenumfang durch eine Dichtung luftdicht verschlossen sein. Die Dichtung kann in einer Ausgestaltung eine radial nach außen gerichtete Ausstülpung aufweist und ist vorzugsweise elastisch ausgebildet, so dass sie eine Bewegung der Tragplatte10 relativ zu der Umfangswandung22 des Magnettopfes18 zulässt. - Durch eine Abdichtung dieses Spaltes mittels einer (hier nicht dargestellten) Dichtung wird in einer Ausgestaltung zwischen der Tragplatte
10 und dem Magnettopf18 ein abgeschlossenes Volumen36 geschaffen. Dieses Volumen36 , welches mit Luft gefüllt ist, kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird, als Luftfeder die Wirkung der Federn32 unterstützen. Auch kann die Dichtung selber Federwirkung haben, um die Federn32 zu unterstützen. Auch ist es denkbar, die Dichtung derart federnd auszubilden, dass auf die zusätzlichen Federn32 verzichtet werden kann. Ferner wirkt die beim Auslenken durch den Ringspalt gedrückte Luft reibungsbedingt als Dämpfung oder Dämpfelement im Bereich der Resonanzen bzw. der Resonanzfrequenzen der Magnetaufhängung. - In der Magnetanordnung
4 , d. h. in dem Kern24 und dem Boden20 des Magnettopfes18 ist ein Durchgangsloch38 ausgebildet, welches sich in axialer Richtung X zentral durch die Magnetanordnung4 erstreckt. Durch dieses Durchgangsloch38 erstreckt sich der Bolzen14 so weit hindurch, dass er an der der kreisförmigen Tragplatte10 und damit der Spulenanordnung2 abgewandten Seite des Magnettopfes18 aus dem Boden20 hervorsteht. Dort ist der Bolzen14 mit einer luftdichten Zentriermembran40 fest verbunden. - Die Zentriermembran
40 des Schwingungserregers1 kann beispielsweise aus einem luftdichten Gewebe oder aus Metall ausgebildet sein. Die Zentriermembran40 bewirkt durch ihre feste Verbindung mit dem axialen Ende des Bolzens14 , dass dieser bezüglich der axialen Richtung X zentriert gehalten und in axialer Richtung X von der Membran40 geführt wird. Das heißt, die Membran40 ermöglicht eine Axialbewegung des Bolzens14 gemeinsam mit der Tragplatte10 und der an dieser befestigten Spulenanordnung2 . Radial wird der Bolzen14 jedoch durch die Membran40 an dem ersten Ende und am entgegengesetzten Längsende über die Tragplatte10 und die Federn32 zentriert, so dass eine radiale Bewegung der Tragplatte10 und der Spulenanordnung2 relativ zu der Magnetanordnung4 im Wesentlichen unterbunden wird. Somit wird verhindert, dass die Spule6 und der Spulenträger8 mit den Seitenwandungen des Spaltes30 bei der Bewegung in Kontakt kommen. So wird ein Verkanten der beweglichen Teile zueinander verhindert, und zwar unabhängig von den Bewegungen und der Einbaulage der Anordnung. - Die Zentriermembran
40 ist an ihrem Außenumfang mit dem Boden20 des Magnettopfes18 fest und dichtend verbunden. Die feste Verbindung dient zur radialen Fixierung des Bolzens14 . Die dichte Ausgestaltung der Verbindung bewirkt, dass zwischen der Zentriermembran40 und der Außenseite, d. h. der der Tragplatte10 abgewandten Seite des Bodens20 , ein Volumen42 geschaffen wird, welches nach außen abgedichtet ist und mit Luft gefüllt ist. Das axiale Ende des Bolzens14 erstreckt sich zentral durch die Zentriermembran40 hindurch. Das heißt, die Zentriermembran40 ist am axialen Ende umfänglich an dem Bolzen14 abgedichtet befestigt. - Im Stirnende des Bolzens
14 ist eine (nicht dargestellte) Bohrung, d. h. ein Kanal ausgebildet, welcher sich in das Innere des Bolzens hinein und rückseitig der Zentriermembran40 zur Umfangsfläche des Bolzens14 hin erstreckt und so einen Strömungsdurchgang vom Stirnende des Bolzens14 in das Volumen42 hinein herstellt. - Die Volumina
36 und42 stehen über das Durchgangsloch38 miteinander in Verbindung. Das Durchgangsloch38 weist einen Durchmesser auf, welcher grösser ist als der Außendurchmesser des Bolzens14 . So wird zwischen dem Bolzen14 und der Innenwandung des Durchgangsloches38 ein Ringspalt46 geschaffen, welcher die Volumen36 und42 miteinander verbindet. Wenn dieser Ringspalt46 klein genug gewählt ist, bildet er ebenfalls eine Drossel, welche nur einen begrenzten Luftaustausch zwischen den Volumina36 und42 zulässt. So wirken die Volumina36 und42 bei axialer Bewegung der Tragplatte10 mit der Spulenanordnung2 und dem Bolzen14 als Luftfedern, der Ringspalt46 hingegen als Dämpfer. - Wenn der Ringspalt
46 vergrößert wird, wird der Strömungsdurchgang in der Verbindung der Volumina36 und42 vergrößert, wodurch die Federsteifigkeit der so gebildeten Luftfedern mit dem grösser werdenden Kanalquerschnitt abnimmt. Die Luft erfährt jedoch in dem Ringspalt46 einen Reibungswiderstand, welcher zur Dämpfung der Schwingung des Feder-Masse-Systems beiträgt. Darüber hinaus wird die Luft aus dem Volumen36 , welche sich durch die Verlustleistung der Spule6 erwärmt, in dem Ringspalt46 an dem Bolzen14 vorbeigeführt, so dass ein Teil der Wärme der Luft auf den Bolzen14 übergeht und über diesen abgeführt werden kann. - Durch die Führung des Bolzens
14 an beiden Axialenden des Schwingungserregers1 wird ein Verkanten aufgrund äußerer Erschütterungen verhindert. Die durch die dichte Ausgestaltung geschaffenen Luftvolumina36 und42 können bei entsprechender Dimensionierung der übrigen federnden Bauteile und des Ringspaltes46 darüber hinaus die Eigenschaften des Schwingungserregers1 erheblich verbessern. Die Volumina36 und42 mit der eingeschlossenen Luft ermöglichen durch ihre Wirkung als Luftfeder eine weitere Stellgröße zur optimalen Anpassung des Systems an den jeweiligen Einsatzzweck. Die nach außen geschlossene Ausgestaltung des Systems ermöglicht darüber hinaus den Verzicht auf ein zusätzliches Gehäuse, wodurch der Aufbau des Schwingungserregers1 deutlich vereinfacht wird. - An der Außenseite der als Lautsprechersprechermembran ausgebildeten Konusmembran
52 ist entlang des kreisförmigen Außenumfangs der Konusmembran52 eine (positiv) einwellige umlaufende Sicke58 ausgebildet, wobei die Sicke58 mit der Konusmembran52 verbunden ist. Die Sicke58 ist vorzugsweise als eine Art Einspannsicke ausgebildet. In einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung ist die Sicke58 alternativ als negativ einwellige Einspannsicke ausgebildet. - Die Sicke
58 weist an ihrer Außenseite einen ebenen Abschnitt59 nach Art einer Lasche auf, so dass zur Befestigung oder Anordnung des Lautsprechers50 in oder auf einer eine Wandung62 aufweisende Lautsprecheraufnahme60 , z. B. einer Lautsprecherbox oder einer Fahrzeugtür oder dergleichen, der ebene, laschenartige Abschnitt59 mit der Wandung62 verbunden ist oder wird. - Der erfindungsgemäße Lautsprecher
50 zeichnet sich dadurch aus, dass für die Befestigung des Lautsprechers50 bzw. für die Anordnung des Schwingungserregers2 an der Konusmembran52 ein Lautsprecherkorb oder ein Lautsprecherchassis sowie für die Anordnung des Lautsprechers50 in der Lautsprecheraufnahme50 ein Korb oder ein Chassis hierfür entbehrlich ist. Außerdem ergibt sich ein vereinfachter Aufbau des Lautsprechers50 , da auf eine am Lautsprecherkorb angreifende Zentriermembran für eine Tauchspule oder dergleichen verzichtet wird. - Alle genannten Merkmale, auch die der Zeichnung allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere” oder „vorzugsweise” gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schwingungserreger
- 2
- Spulenanordnung
- 4
- Magnetanordnung
- 6
- Spule
- 8
- Spulenträger
- 10
- Tragplatte
- 14
- Bolzen
- 16
- Ringkörper
- 18
- Magnettopf
- 20
- Boden
- 22
- Umfangswandung
- 24
- Kern
- 26
- Permanentmagnet
- 28
- Polplatte
- 30
- Spalt
- 32
- Federn
- 36
- Volumen
- 38
- Durchgangsloch
- 40
- Zentriermembran
- 42
- Volumen
- 46
- Ringspalt
- 50
- Lautsprecher
- 52
- Konusmembran
- 54
- Membranhals
- 56
- Membranboden
- 58
- Sicke
- 59
- Abschnitt
- 60
- Lautsprecheraufnahme
- 62
- Wandung
- X
- axiale Richtung
Claims (10)
Lautsprecher (50 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprechermembran (52 ) als Konusmembran (52 ) ausgebildet ist.
Lautsprecher (50 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprechermembran (52 ) einen ringförmigen Membranhals (54 ) aufweist und der Ringkörper (16 ) mit dem Membranhals (54 ) verbunden ist, wobei insbesondere der Ringkörper (16 ) am Membranhals (54 ) angreifend angeordnet ist.
Lautsprecher (50 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schwingungserreger (1 ) an der Vorderseite der Konusmembran (52 ) oder an der Rückseite der Konusmembran (52 ) angeordnet ist.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Lautsprechermembran (52 ), insbesondere Konusmembran (52 ), eine umlaufende Sicke (58 ) vorgesehen ist, wobei insbesondere die Sicke (58 ) eingerichtet ist, um an einem Lautsprecherträger, insbesondere Wandung (62 ), direkt angeordnet zu werden.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (2 ) als ringförmiger Vorsprung (8 ) in axialer Richtung (X) von der scheibenförmigen Tragplatte (10 ) sich erstreckt, wobei die Spulenanordnung (2 ) in axialer Richtung (X) relativ zur Magnetanordnung (4 ) beweglich ist.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (2 ) und der Ringkörper (16 ) jeweils auf einer Seite der scheibenförmigen Tragplatte (10 ) angeordnet sind.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ringförmigen Spulenanordnung (2 ) größer/gleich als der innere Durchmesser des Ringkörpers (16 ) und kleiner/gleich als der äußere Durchmesser des Ringkörpers (16 ) ist.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmige Tragplatte (10 ) derart elastisch ist, dass Schwingbewegungen der Spulenanordnung (2 ), vorzugsweise mit Schwingungsfrequenzen von 40 Hz bis 5.000 Hz, auf den Ringkörper (16 ) übertragbar sind.
Lautsprecher (50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schwingungserreger (1 ) derart eingerichtet ist, um Schwingungen, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 40 Hz bis 5.000 Hz, in der mit dem Ringkörper (16 ) verbundenen Lautsprechermembran (52 ) zu erzeugen.
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-
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