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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Lautsprecher-Membrane für
eine Anordnung, die in axialer Richtung in einem Lautsprecher schwingen
kann und einen Lautsprecher mit einer solchen Lautsprecher-Membrane.
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Allgemein bekannt sind Lautsprecher
mit einem Rahmen, einer Lautsprecher-Membrane, die kegelförmig in
dem Rahmen in axialer Richtung schwingungsfähig gehalten ist, und einer
Schwingungsquelle zum Anregen der Membrane zu Schwingungen. Derartige
Membranen werden üblicherweise
aus flächigen
Papier- oder Pappbahnen gefertigt.
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Bei Konuslautsprechern besteht in
vielen Fällen
das Problem, dass bei Wiedergabe hoher Frequenzen der Membranenkegel
im äußeren Bereich nicht
mehr konphas zum in Schwingungen versetzten inneren Bereich schwingt
und daher Partialschwingungen entstehen, welche je nach Phasenbeziehung
und schwingender Fläche
einen unruhigen Frequenzgang mit Spitzenwerten und schmalbandigen
Einbrüchen
hervorrufen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Lautsprecher-Membrane
bzw. einen Lautsprecher mit einer solchen Membrane vorzuschlagen,
bei denen unruhige Frequenzgänge
mit Spitzenwerten und schmalbandige Einbrüche reduziert oder beseitigt
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Lautsprecher-Membrane
gemäß Patentanspruch
1 und einen Lautsprecher mit einer derartigen Lautsprecher-Membrane
gemäß Patentanspruch
26 gelöst.
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Derartige kegelförmige Membranen umfassen zum
Beeinflussen des Frequenzgangs des besagten Lautsprechers ein Material,
das nicht einheitlich ist über
seinen Querschnitt, und/oder Dicke, die nicht einheitlich ist über die
Oberfläche.
Erfindungsgemäß werden
die Dämpfung
und die Steifigkeit der Membrane und dem gemäß sein Frequenzgang angepasst
durch Variieren der Dicke (Form) und/oder des Materials, das für die Membrane
verwendet wird.
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Eine Membrane mit einer nicht einheitlichen Stärke, dass
heißt
dickeren oder dünneren
Bereichen über
die Membranenerstreckung hinweg, ist derart formbar, dass eine Stabilisierung
der Membrane möglich
ist und störende
Unregelmäßigkeiten
im Frequenzgang zu Frequenzen außerhalb des Übertragungsbereiches
geschoben werden können.
Umgekehrt können
Resonanzen in dem Kegelbereich durch die entsprechende Formgebung
abgedämpft werden,
wobei letztendlich die Härte
der Membrane durch derartige Maßnahmen
gezielt beeinflusst wird.
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Gemäß einer Ausführungsform
mit eigenständigem
erfinderischen Gehalt bietet eine Lautsprecher-Membrane in mehrschichtiger
Bauweise mit zumindest einer Kernschicht und zumindest einer Zusatzschicht
ebenfalls derartige Vorteile, da durch die Auswahl der Materialien
Frequenzgang und dergleichen in vergleichbarer Art und Weise beeinflussbar
sind. Die Materialien weisen dazu vorzugsweise verschiedene Eigenschaften
für die
Ausbreitung von Schwingungen auf.
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Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von
kegelförmigen
Membranen in Sandwichbauweise, wo jede der beiden entgegengesetzten
Oberflächen
einer sehr leichten Kernschicht mit einer dünnen Deckschicht beispielsweise
mittels Klebstoff verbunden sind. Um gute Schallwiedergabeeigenschaften
für die
Membrane zu erzielen, sollte das Material für die Deckschicht eine besonders
hohe Biege-Wellengeschwindigkeit haben. Geeignete Deckschichtmaterialien
sind zum Beispiel dünne
Metallfolien oder glasfaser-verstärktes Gewebe oder auch Kunststofffolien.
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Spezielle Anforderungen gelten auch
für die Kernschicht.
Somit ist es an erster Stelle notwendig, dass die verwendeten Materialien
eine niedrige Dichte haben. Zudem müssen die Materialien für die Kernschichten
ein möglichst
hohes vertikales Schubmodul in Bezug auf die Seiten, die mit Deckschichten versehen
sind, haben.
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Diese zwei Vorgaben, die auf den
ersten Blick den beiden letzten Anforderungen widersprechen, werden
besser erfüllt
durch eine Kernschicht, die eine Wabenstruktur oder eine perforierte
Struktur hat mit Öffnungen
von vorzugsweise kleinem Durchmesser, der sich zwischen den beiden
durch die Deckschichten zu bedeckenden Oberflächen erstreckt.
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Außer den Kernschichten mit perforierter Struktur
können
auch Hartschäume
als Kernschichtmaterialien verwendet werden, da diese Materialien trotz
ihrer isotropen Eigenschaften dennoch geeignete Schub- und Elastizitätsmodule
zeigen.
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In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass
es im Falle der Verwendung von Hartschaum als Kernschicht Ziel der
Kernschicht ist, das notwendige anisotrope Verhalten der Membran
zu erzeugen.
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Dem gemäß kann ein dünnes, flächiges Material
geeignet sein, insbesondere als zusätzliche Schicht.
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Als zusätzliche Schicht bietet sich
insbesondere ein dünnes,
flächiges
Material an. Die zusätzliche
Schicht kann insbesondere als Folie oder in Form eines Gewebes bereitgestellt
werden, so dass eine einfache Verarbeitung und Befestigung an der Kernschicht
möglich
ist. Die Kernschicht kann wie üblich
aus Papier oder Pappe gefertigt werden, jedoch können auch andere Materialien
verwendet werden. Vorzugsweise wird die Kernschicht durch einen
starren ausgedehnten Schaum gebildet und/oder sie hat eine Wabenstruktur.
Eine Ausführungsform,
bei der eine mehrschichtige Membrane in Art einer Sandwichmembrane
zusätzlich
hinsichtlich der Stärke strukturiert
bzw. geformt wird, kombiniert beide Umsetzungsmöglichkeiten des einheitlichen
Grundkonzepts derart, dass das Frequenzverhalten eines Kegels gezielt
durch die Formung mit Blick auf die Stärke als auch die geschichtete
Bauweise geeignet festgelegt wird.
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Verschiedene Stärken der Membrane über deren
Fläche
hinweg sind in einfachen Ausführungsformen
Verjüngungen
oder Verstärkungen,
die von der Mitte im Bereich der Schwingungsquelle zum Außenumfang
der Membrane hin verlaufen. Insbesondere zur Optimierung von Kegelmoden
können
in der Lautsprecher-Membrane
in deren Kegelumfang aber auch konzentrische Ringe ausgebildet sein,
welche Verjüngungen
oder Verstärkungen
gegenüber
dem umgebenden Membranenmaterial darstellen. Vorteilhaft sind auch
Versteifungen in radialer Richtung, welche als radiale Rippen oder
Stege ausgebildet sind.
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Die Stärke kann auch über die
gesamte Fläche
hinweg sektorweise moduliert ausgebildet sein, so dass Sektoren
mit verschiedener Dicke, insbesondere mit fließenden Übergängen ausgebildet sind. Je nach
Bedarf zur Frequenzbeeinflussung können im Querschnitt eines Kegels
aus der Membrane auch verschiedene Formen und Knicke ausgebildet
werden, um die Modenverteilung zu optimieren.
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Die Modulation der Stärke kann
einheitlich über
das Membranenmaterial vorgenommen werden, kann aber auch nur auf
der Oberseite oder der Unterseite der Membrane vorgesehen werden,
beispielsweise um eine nach Außen
gerichtete Membranenoberfläche
glattflächig
ausbilden zu können.
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Die Variationen der Stärke können insbesondere
durch entsprechendes Pressen bzw. Prägen der Membrane bzw. durch
Pressen bzw. Prägen
einzelner oder aller der verschiedenen Schichten bei einer mehrschichtigen
Membrane ausgebildet werden. Vorteilhaft ist bei einer mehrschichtigen
Membrane das Einarbeiten von zusätzlichen
Elementen zwischen verschiedene Schichten der Membrane.
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Insbesondere bei der mehrschichtigen
Membrane kann eine der Schichten, insbesondere eine folienartige
Deckschicht, auch über
den eigentlichen Membranenrand hinausragen und zugleich zur Befestigung
der Membrane an beispielsweise dem Rahmen des Lautsprechers oder
der Schwingungsquelle verwendet werden. Möglich ist insbesondere auch die
Erstreckung eines derartigen, sich über die eigentliche Membrane
erstreckenden Membranenelementes in Folienform zum Ausbilden einer
Staubschutzkalotte.
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Vorteilhafterweise kann die Befestigung
der Schwingungsquelle bzw. eines Spulenträgers der Schwingungsquelle
an dem kegelförmigen
Membranenmaterial durch eine entsprechende Rille ermöglicht werden.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
mit verschiedenen Ausführungsformen
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch Teile eines Lautsprechers und eine Lautsprecher-Membrane
mit einer Schwingungsquelle,
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2-6 verschiedene Ausführungsformen anhand
eines Membranenabschnitts im Schnitt und
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7, 8 Draufsichten auf verschieden
geformte bzw. strukturierte Lautsprechermembranen.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie dies aus 1 ersichtlich ist, weist ein Lautsprecher
einen Rahmen 1 auf, welcher zum Tragen einer Vielzahl weiterer
Komponenten dient. Über eine
Sicke 6 wird eine Membrane 7 am Rahmen 1 gehalten.
Die Halterung erfolgt dabei so, dass die Membrane 7 vorzugsweise
in radialer Richtung starr und in axialer Richtung schwingungsfähig gehalten
wird. Die dargestellte Membrane 7 verläuft kegelförmig nach innen verjüngend zu
einer innenseitigen Öffnung
hin. Im Bereich der innenseitigen Öffnung ist die Membrane 7 mit
der Schwingungsquelle 3–5 verbunden. Die
Schwingungsquelle besteht bei der dargestellten Ausführungsform
aus einem Spulenträger 3, welcher
eine Spule 4 trägt.
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Ein magnetischer Spulenkern 5,
der vorzugsweise an dem Rahmen 1 befestigt ist, taucht
in den Innenraum des Spulenträgers 3 ein,
so dass eine Wechselwirkung mit magnetischen Feldern entsteht, welche
beim Anlegen eines Wechselfeldes an die Spule 4 entstehen.
Dadurch wird die Spule 4 und über diese der Spulenträger 3 und
letztendlich die Membran 7 gegenüber dem Spulenkern 5 und
dem Rahmen 1 in Schwingungen versetzbar. Das Versorgen
der Spulenwicklung der Spule 4 mit Strom kann über direkt
zugeführte
Leitungen oder Leitungen, welche in der Membran 7 eingearbeitet
sind, erfolgen.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform besteht die Membrane 7 aus
einem mehrschichtigen Material, nämlich einer Kernschicht 71 und
Zusatzschichten 8, 9. Die Zusatzschichten 8, 9 sind
aus einem dünnen,
flächigen
Material hergestellt. Die Kernschicht ist aus starr ausgedehntem
Schaum hergestellt. Alternativ hat die Kernschicht eine Wabenstruktur.
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Natürlich können auch Membranen 7 mit
einer Vielzahl weiterer Schichten hergestellt werden, also zum Beispiel
mehreren derartigen Kernschichten und/oder mehreren derartigen und
auch zwischen einer Vielzahl von Kernschichten angeordneten Zusatzschichten
als Zwischenschichten.
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Die dargestellte Kernschicht 71 ist
an ihrem innenseitigen Ende in axialer Richtung verlaufend ausgebildet,
beispielsweise umgebogen oder umgeformt und bildet einen Kegelhals 10 aus,
an welchem der Spulenträger 3 besonders
einfach befestigbar ist.
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Die Kernschicht 71 kann
aus beliebigen für Lautsprecherzwecke
geeigneten Materialien bestehen, insbesondere auch aus Papier oder
Pappe gefertigt sein. Die Deckschichten 8, 9 und
eventuelle Zwischenschichten bestehen ebenfalls aus für Lautsprecherzwecke
geeigneten Materialien, wobei sie vorzugsweise aus einer Folie oder
einem Gewebe ausgebildet werden.
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Insbesondere im Fall der Ausbildung
aus einer Folie oder einem Gewebe ist auch der gleichzeitige Einsatz
als Stromleiter zum Anschluss der Spule 4 möglich. Dabei
können
die Folien oder Gewebe als solche insgesamt elektrisch leitend sein
oder es können
einzelne Leiter aufgeprägt,
aufgedruckt oder eingewebt sein.
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Die in 1 dargestellte
Membrane 7 läuft von
der Innenseite, dass heißt
der Schwingungsquelle 3–5 aus gesehen, zum
Außenumfang,
dass heißt in
Richtung der Sicke 6, sich verjüngend. Die dargestellte Verjüngung wird
durch eine entsprechende Formung der Kernschicht 71 erzeugt.
Die Formung kann durch einfaches Zurechtschneiden der Kernschicht 71 erzielt
werden, kann aber auch durch beliebige andere Formungsmaßnahmen,
insbesondere Pressen und Thermopressen erzielt werden.
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Wie dies aus 2 ersichtlich ist, kann bei Bedarf auch
eine andere Form der Membrane 7 gewählt werden. Dargestellt ist
ein im Vergleich zu 1 umgekehrter
Verlauf der Stärke,
dass heißt eine
Stärkenzunahme
der Kernschicht 72 von der Mitte zur Außenseite der Membrane 7.
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Bei dieser alternativen Ausführungsform
ist die Sicke 63 direkt an der Kernschicht 72 angesetzt oder
als aus der eigentlichen Membran 7 herausragender Bestandteil
der Kernschicht 72 ausgebildet. Außerdem ragt der Spulenträger 3 in
den Innenraum des Membranenkegels, welcher durch die Membran 7 ausgebildet
wird.
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3 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Membran 7 von innen nach außen verlaufend mehrere Verdickungen 74 aufweist.
Diese sind als Ausformungen der Kernschicht 73 ausgebildet,
beispielsweise durch entsprechendes Abtragen von Material der Kernschicht 73 oder
durch Pressen der Kernschicht 73 in diese Form. Die Kernschicht 73 sowie
die Verdickungen 74 sind, obwohl nicht zwingend notwendig,
wiederum von einer oberen und einer unteren Deckschicht 8 bzw. 9 bedeckt.
Insbesondere bei einem kegelförmigen
Aufbau der Membran im Lautsprecher können derartige Verdickungen 74 auch
umlaufende ringförmige
Wülste
ausbilden.
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4 zeigt
eine Membran 7, welche ebenfalls Verdickungen aufweist.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Verdickungen durch Einlageelemente 76 ausgebildet,
welche zwischen der Kernschicht 75 und der unteren Deckschicht 9 angeordnet
sind. Diese Art der Ausbildung von Verdickungen hat den Vorteil,
dass eine übliche
Kernschicht 75 aus einem flächigen Material und eine einfache
Deckschicht 9 verwendet werden können, ohne dass eine dieser Schichten 9, 75 speziell
bearbeitet oder angefertigt werden muss. Lediglich die Einlageelemente
müssen bereitgestellt
und vor dem Befestigen der Deckschicht 9 an der Kernschicht 75 zwischen
diesen positioniert werden. Die Einlageelemente 76 können vorteilhafterweise
aus einem anderen Material als die Kernschicht 75 und die
Deckschicht 9 bestehen. Die Einlageelemente 76 können bei
einer Verwendung einer Vielzahl derartiger Einlageelemente 76 untereinander
je nach Bedarf hinsichtlich Form, Größe und Material verschiedenartig
beschaffen sein.
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5 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der eine Kernschicht 77, welche wiederum von zwei Deckschichten 8, 9 umgeben
ist, innenseitig zu einer Staubschutzkalotte 81 geformt
ist. Die Staubschutzkalotte 81 kann jedoch auch aus einer
der Deckschichten allein oder beider Deckschichten oder Kernschicht
und Deckschicht oder einem zusätzlichen
Element etc. ausgebildet sein.
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6 zeigt
eine Membran 7, welche aus einer Kernschicht 78 mit
wiederum einer Deckschicht 8 ausgebildet ist, wobei die
Kernschicht 78 und die Deckschicht 8 einen abgeknickten
Bereich 79 aufweisen. Neben gerundeten Verformungen können auch
derartige geknickte Bereiche zur Beeinflussung des Frequenzgangs
und dergleichen eingesetzt werden.
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Während
die vorstehenden 1–6 Ausführungsformen zeigen, bei denen
Variationen hinsichtlich der Dicke im Querschnitt durch die Membrane 7 dargestellt
sind, zeigen die 7 und 8 Draufsichten, welche zur
Verdeutlichung der Stärkenverläufe einer Membrane 7 über deren
Gesamtfläche
dienen.
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Besonders vorteilhaft ist eine in 7 dargestellte Anordnung
von Sektoren 90, 91, welche flächig und radial nach Außen zunehmend
ausgebildet sind. Mit einem „–" dargestellte Sektoren 90 stehen für Abschnitte
der Membrane 7, welche verjüngt sind, während mit einem „+" gekennzeichnete
Sektoren 91 für
Abschnitte stehen, bei denen die Membrane 7 gegenüber den
anderen Abschnitten 90 eine größere Stärke aufweist. Vorteilhafterweise
sind die Sektoren 90, 91 dabei nicht mit gleichmäßiger Stärke über deren
Flächenbereich
versehen, sondern weisen einen kontinuierlichen Übergang auf. Der Kegel kann
alternativ eine einheitliche oder uneinheitliche Stärke in Verbindung
mit einer sinusförmigen
Prägung
haben.
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8 zeigt
radiale Stabilisierungselemente 92, welche sich auf der
Membrane, insbesondere in der oberen Deckschicht 8, der
Membrane 7 radial nach Außen erstrecken. Um eine Stützungsfunktion zu
erzielen, verjüngen
sich diese radialen Stabilisierungselemente 92 von innen
nach außen.
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Neben den dargestellten Ausführungsformen
sind verschiedenartige Kombinationen dieser Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen umsetzbar.
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Insbesondere ist es möglich, die
Schichten selber nur teilweise über
die Fläche
der Membran 7 erstreckend auszubilden. So kann beispielsweise eine
der Deckschichten 8, 9 aus mehreren verschiedenen
Materialien übereinander
geschichtet aufgebaut sein.
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Möglich
ist auch eine Membrane 7, bei der beispielsweise eine der
Deckschichten nur partiell auf der Kernschicht aufgebracht ist,
beispielsweise nur in den mit dem „+" gekennzeichneten Sektoren 91 aus 7. Ferner kann die Dicken-Modulationen, dass
heißt
die Variation der Stärke,
auch sektorenweise einseitig oder zweiseitig ausgebildet sein.
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Die Membrane kann neben den geradlinig dargestellten
Ausführungsformen
auch nicht geradlinig, zum Beispiel wellenförmig ausgebildet sein. Ferner
können
die verschiedenen Schichten, dass heißt Deckschichten, 8, 9 und
Kernschichten 71 auch aus verschiedenen Materialien mit
unterschiedlichen Elastizitätsmodulen
ausgebildet sein. Für
die Befestigung des Spulenträgers 3 kann
außerdem
im Kegelbereich der Membrane 7 eine entsprechende Rille zur
einfacheren Befestigung des Spulenträgers 3 ausgebildet
sein.