DE19859046A1 - Tiefton-Membranlautsprecher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tiefton-Membranlautsprecher mit abgeschlossenem Volumen hinter der Mebran und wenigstens einer Flächenreduzieröffnung in einer das Volumen begrenzenden Fläche. Das Volumen des Tiefton-Membranlautsprechers ist so klein ausgeführt, daß sich die Resonanzfrequenz des gesamten Systems im Frequenzbereich des Mitteltons oder Hochtons befindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tiefton-Membranlautsprecher zur Umwandlung von elektrischen in akustische Signale.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Tiefton-Membranlautsprecher mit einem Wandler von elektrischen in mechanische Schwingungen verbunden mit einer Mem­ bran, welche die mechanische Schwingungen in Schall umwandelt. Der erfin­ dungsgemäße Tiefton-Membranlautsprecher ist derart gestaltet, daß sich die Reso­ nanzfrequenz des Systems im Bereich des Mitteltons oder Hochtons befindet. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den gesamten Tieftonbereich entsprechend dem speisenden elektrischen Signal nahezu fehlerfrei zu übertragen.

Bei einem bekannten, in der Praxis häufig verwendeten Tiefton-Membran­ lautsprecher mit einem Erzeuger von elektromagnetischen Schwingungen verbun­ den mit einer Membran, welche die elektromagnetischen Schwingungen in Schall umwandelt, ist das Gehäuse ein geschlossener, luftdichter Kasten, mit dessen Hilfe die rückwärtig abgestrahlte Wellenfront der Membran daran gehindert wird, mit der an der Frontseite der Membran abgestrahlten zusammenzutreffen. Bei diesen ge­ schlossenen Gehäusen bremst die Luft im Gehäuse die Vorwärts- und Rückwärts­ bewegung der Membran, dadurch erhöht sich die Resonanzfrequenz des Lautspre­ chersystems. Je kleiner das Luftvolumen eines geschlossenen Gehäuses ist, desto höher ist die Federwirkung der eingeschlossenen Luft und damit die Resonanzfre­ quenz.

Ungünstig an den bekannten Tiefton-Membranlautsprechern ist, daß ein guter Klang bzw. eine gute Wiedergabe über einen großen Frequenzbereich und vor allem im Bereich sehr kleiner Frequenzen, d. h. im Tieftonbereich, nur mit großen Membra­ nen erzeugbar ist, denn nur mit diesen ist es möglich, tiefe Töne zu produzieren. Wird die große Membran jedoch in ein relativ kleines Gehäuse eingebaut, werden tiefe Töne nicht abgestrahlt, weil das Luftpolster auf der Rückseite der Membran die Bewegung der Membran bremst. Aus diesem Grund muß das Gehäuse des Tiefton- Membranlautsprechers sehr groß gewählt werden. Werden Lautsprecher im Kon­ sumbereich verkauft und beim Endverbraucher eingesetzt, ist die maximale Größe der Lautsprecher jedoch begrenzt.

Eine ähnliche Anordnung eines Tiefton-Membranlautsprechers wird dadurch ver­ wirklicht, daß der Grundkörper eines Lautsprechers von einem geschlossenen Ge­ häuse umgeben wird, das auf seiner Rückseite Druckausgleichsöffnungen enthält. Diese verringern die Luftpolstersteife der Membran und erleichtern durch den Druckausgleich die Membranarbeit, so daß für eine gute Wiedergabe die Gehäuse etwas kleiner gewählt werden können, als bei vollständig geschlossenen Gehäusen.

Bei diesen Tiefton-Membranlautsprechern werden tiefe Töne nicht abgestrahlt, da die Öffnung im Bereich der tiefen Frequenzen dem rückwärtigen Schall keinen oder nur einen geringen Luftwiderstand entgegensetzt, dies führt dazu, daß tiefe Fre­ quenzen ungehindert durch die Öffnungen treten können. Aus diesem Grunde ar­ beitet das System im unteren Frequenzbereich, als wäre kein Gehäuse vorhanden, d. h. der rückwärtige Schall löscht den Schall auf der Vorderseite der Membran im Bereich dieser tiefen Töne aus.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines bekannten Tiefton-Membranlautsprecher wird der an der Rückseite der Membran abgestrahlte Schall nicht eliminiert, sondern teilweise nutzbar gemacht. Eine genau berechnete Öffnung im Gehäuse verbunden mit Tunneln oder Kanälen oder eine Passivmembran läßt den rückwärtigen Schall nach außen. Die Öffnung wirkt als reine Druckausgleichsöffnung oder in bestimmten Frequenzbereichen als Schallverstärker. Der rückwärtige Schall löscht den vorder­ seitigen in bestimmten Frequenzbereichen nicht mehr aus, sondern wirkt als Ver­ stärkung. In diesem Fall wird der Effekt genutzt, daß nicht nur schwingfähige Ge­ genstände, sondern auch luftgefüllte Hohlräume eine Resonanz haben. Durch eine Veränderung des Gehäusevolumens oder der schalldurchlässigen Öffnung bzw. der Passivmembran läßt sich diese Hohlraumresonanz beeinflussen. Der rückwärtige Schall gelangt verstärkt nach außen und ergibt zusammen mit dem Schall von der Vorderseite der Membran eine hohe Schallabstrahlung.

Bei diesen Tiefton-Membranlautsprechern wird eine optimale Wirkung nur dann er­ zielt, wenn Gehäusevolumen, die Resonanzfrequenz der Membran im Gehäuse und die Abmessungen der Reflexöffnung bzw. der Passivmembran sehr genau aufeinan­ der abgestimmt sind. Dies führt zu einem hohen Kosten-, Material- und Zeitaufwand bei der Fertigung und Montage des Wandels. Darüber hinaus werden auch bei die­ sen Tiefton-Membranlautsprechern tiefe Töne nicht abgestrahlt, da die Öffnung im Bereich der tiefen Frequenzen dem rückwärtigen Schall keinen oder nur einen ge­ ringen Luftwiderstand entgegensetzt. Wie bei den letztgenannten Tiefton- Membranlautsprechern führt dies dazu, daß tiefe Frequenzen ungehindert durch die Öffnung treten können. Aus diesem Grunde arbeitet das System im unteren Fre­ quenzbereich, als wäre kein Gehäuse vorhanden, d. h. der rückwärtige Schall löscht den Schall auf der Vorderseite der Membran im Bereich dieser tiefen Töne aus.

Musik bzw. Töne allgemein sind ein Gemisch aus verschiedenen Frequenzen. Es ist daher bei jedem Lautsprecher das Bestreben, eine naturgetreue Wiedergabe dieser Töne zu erhalten. Voraussetzung hierfür ist, daß alle momentan gespielten Fre­ quenzen rein sinusförmig und in der richtigen Lautstärke wiedergegeben werden.

Bei den bekannten Tiefton-Membranlautsprechern wird der Resonanzbereich vom System bevorzugt. Im Resonanzfall sind die Schwingungen des Verstärkers, d. h. die Schwingungen des erzwingenden Systems und die Schwingungen der Spule und damit der Membran bei normalem Hub gleichphasig. Der Verstärker und die Rück­ stellkraft der Membran wirken in die gleiche Richtung. Der Bereich um die Reso­ nanzfrequenz wird infolgedessen sehr laut wiedergegeben. Da die Resonanzfre­ quenz der bekannten Tiefton-Membranlautsprecher zwischen 15 Hz und 200 Hz im Arbeitsbereich des Lautsprechers liegt, ist eine naturgetreue Wiedergabe dieser Töne ohne zusätzliche Mittel nicht möglich. Um den Resonanzbereich zu kontrollie­ ren, wird versucht, diesen mit aufwendigen elektronischen Hilfsmitteln zu überwa­ chen. Zum Einsatz kommen Sensoren und Schaltungen, die die Lage der Membran erkennen und rückmelden, so daß mit geeigneten elektronischen Steuerschaltungen die Lautstärke des Resonanzfrequenzbereichs geregelt werden kann. Geeignete Sensoren sind beispielsweise kapazitive oder induktive Wegaufnehmer oder Licht­ schranken, in die zum Beispiel ein an der Membran angebrachter Keil eintaucht.

Als nachteilig hat sich bei herkömmlichen Tiefton-Membranlautsprechern herausge­ stellt, daß eine aufwendige Verstärkertechnik notwendig ist, um den Lautsprecher anzusteuern. Vom Verstärker her gesehen bilden diese eine sehr stark induktive Impedanz mit Wirk- und Blindanteil. Dadurch schwankt die Impedanz über den Wie­ dergabebereich zwischen ca. 2 und 80 Ω. Darüber hinaus wirkt der Lautsprecher als Spannungsgenerator, der Gegenspannungen an den Verstärker abgibt, die gegen­ phasig zur Spannung des Verstärkers wirken. Aus diesem Grund ist für den Verstär­ ker eine elektronisch sehr aufwendige Technik notwendig, um die Spannungs- und Widerstandsschwankungen vom Lautsprecher annähernd zu kompensieren.

Der erfindungsgemäße Tiefton-Membranlautsprecher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Tieftonbereich besonders zwi­ schen 30 Hz und der unteren Hörgrenze von 16 Hz nicht ausgelöscht wird, sondern als reine sinusförmige Töne wiedergegeben wird. Darüber hinaus liegt die Reso­ nanzfrequenz vollständig außerhalb des Arbeitsbereichs des Lautsprechers. Hier­ durch ist praktisch eine Lautstärkeverzerrung, wie bislang nahezu unvermeidbar, im Bereich der Resonanzfrequenz ausgeschlossen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, den einleitend aufgeführten Tiefton- Membranlautsprecher derart zu konstruieren, daß der rückwärtige Schall durch eine sehr kleine Flächenreduzieröffnung im Grundkörper des Lautsprechers in nicht stö­ renden, um den Faktor 100 leiseren Störschall überführt wird. Ferner wird erfin­ dungsgemäß der geschlossene Grundkörper oder das Gehäuse sehr klein gehalten, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Grundkörper des Tief­ ton-Membranlautsprechers geschlossen ausgeführt. Der als sehr kleines Gehäuse wirkende, geschlossene Grundkörper verringert die Luftpolstergröße auf der Rück­ seite der Membran. Dadurch wird vorteilhaft die Resonanzfrequenz des Systems erhöht. Besonders günstig ist es, die Größe des Grundkörpers so zu wählen, daß die Resonanzfrequenz zwar noch im Übertragungsbereich des Systems, jedoch oberhalb des Arbeitsbereichs liegt. Vorteilhaft ist ferner, den Schall von der Rück­ seite der Membran unmittelbar der kleinen Flächenreduzieröffnung zuzuführen, die im Verhältnis zur Nutzschall abgebenden Membran als sehr kleine Membran wirkt. So wird der Schalldruck der Nutzschall abgebenden Membran mit kleinem Hub an der Flächenreduzieröffnung in Störschall transformiert, der mit großem Hub und großer Bewegungsgeschwindigkeit aus der Flächenreduzieröffnung austritt und sich als Luftströmung bemerkbar macht. Es wurde gefunden, daß die Lautstärke dieser an der Flächenreduzieröffnung austretende Luft ca. um den Faktor 100 gegenüber der Lautstärke des Nutzschalls der Membran verringert ist. Als besonders günstig hat sich ferner erwiesen, die Tiefe der Flächenreduzieröffnung so klein zu wählen, daß darin kein oder nur ein vernachlässigbar kleines Luftvolumen vorhanden ist, das dem an der Flächenreduzieröffnung anliegenden Schalldruck keinen nennenswerten Luftwiderstand entgegensetzt. Um harmonische Wellen zu erzeugen hat es sich als besonders günstig erwiesen, für die Flächenreduzieröffnung einen Mindestquer­ schnitt zu bestimmen.

Durch den erfindungsgemäßen Tiefton-Membranlautsprecher, bei dem die Reso­ nanzfrequenz aus dem Arbeitsbereich herausgenommen ist, ist vorteilhafterweise eine Überwachung des Resonanzbereichs nicht erforderlich. Aufwendige elektroni­ sche Überwachungsschaltungen entfallen dadurch.

Ferner ist der erfindungsgemäße Tiefton-Membranlautsprecher dadurch gekenn­ zeichnet, daß er für den vorgeschalteten Verstärker über den gesamten Arbeitsbe­ reich eine lineare Impedanz ohne nennenswerte Abweichung darstellt. Die Verstär­ kung ist real, fast ohne Imaginäranteil, da sich die Impedanz der Spule erst oberhalb des Arbeitsbereichs auswirkt, d. h. der Lautsprecher stellt für den Verstärker annä­ hernd eine rein ohmische Last dar. Hierdurch ist praktisch eine wesentlich verein­ fachte Verstärkertechnik möglich, da eine elektronisch sehr aufwendige Technik zur Kompensation von Spannungs- und Widerstandsschwankungen entfällt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Tiefton-Membranlautsprechers wird ein offener Grundkörper eingesetzt, der in ein kleines Gehäuse eingesetzt ist. In diesem Fall ist die Flächenreduzieröffnung im Gehäuse integriert. Die Wirkungs­ weise dieser Ausführungsform des Tiefton-Membranlautsprechers entspricht anson­ sten der oben genannten. Um die konstruktive Gestaltung des Tiefton- Membranlautsprechers mit Gehäuse zu vereinfachen ist die Flächenreduzieröffnung durch einen Schneidenspalt ausgebildet. Die Schneide besteht vorzugsweise aus Metall, kann jedoch auch ein einfach zu fertigendes Kunststoffspritzteil oder aus an­ deren geeigneten Werkstoffen hergestellt sein und wird mit dem Gehäuse z. B. durch Verschrauben, Verklemmen usw. verbunden. Besonders vorteilhaft ist es, daß durch diese Ausbildung gegebenenfalls eine Feinjustierung nach dem Zusammen­ bau des Tiefton-Membranlautsprechers möglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Flächenreduzieröffnung in einem dünn­ wandigen Lochblech mit geringstenfalls einer Öffnung ausgebildet.

Ferner sieht eine weitere Ausgestaltung des Tiefton-Membranlautsprecher vor, die Flächenreduzieröffnung als konisch von innen nach außen verlaufende Öffnung im Gehäuse oder Grundkörper vorzusehen, die an der Innenseite des Gehäuses eine große Fläche hat und nach außen hin in einer Öffnung mit sehr kleiner Fläche mün­ det.

Der Wirkungsgrad des Tiefton-Membranlautsprecher wird mit einer Dämmstoff­ schicht zwischen einer Trennplatte und der Rückwand des Lautsprechers einge­ stellt, wobei der Lautsprecher fertigungstechnisch besonders einfach hergestellt werden kann, wenn das Gehäuse am Schluß der Montage mit einem Winkelstück mit einem schneidenförmig endenden Schenkel verschlossen wird, der die Flächen­ reduzieröffnung ausspart.

Um den Wirkungsgrad des Tiefton-Membranlautsprechers zu erhöhen, hat es sich ferner als günstig erwiesen, die Membranfläche des Lautsprechers zu vergrößern. Es wurde gefunden, daß dies konstruktiv am vorteilhaftesten dadurch erreicht wird, daß beliebig viele Lautsprecher zu einem Block zusammengeschaltet werden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittzeichnung durch den erfindungsgemäßen Tiefton- Membranlautsprecher mit einem kleinen Gehäuse und einem Schneidenspalt als Flächenreduzieröffnung.

Der Tiefton-Membranlautsprecher (1) weist einen gehäuseartigen Grundkörper (2) und eine an dessen Vorderseite liegende Plattenmembran (3) auf, die mit einem an ihrer Rückseite liegenden Schwingungsantrieb (4) zu betreiben ist. An der Rückseite der Grundplatte (5), gegenüber dieser vollständig berührungsfrei, ist ein Perma­ nentmagnet (6) vorgesehen. An der Rückseite des Permanentmagneten (6) ist eine Bodenplatte (7) befestigt, deren Umfang größer ist als der Außenumfang des Per­ manentmagneten (6). Zwischen der vorstehenden Bodenplatte (7) und der Grund­ platte (5) ist als Magnetflußleiter um den Magneten (6) ein ring- oder rechteckförmi­ ger Mantel (8) angeordnet. An der Grundplatte (5) ist mit Anschlußteilen (9, 16) ein Gehäuse (10) derart befestigt, daß seine Vorderkanten (11) in einer Ebene mit der Vorderseite (12) der Plattenmembran (3) abschließen bzw. etwas darüber hinausra­ gen. Auf der Rückseite des Lautsprechers schließen die Gehäuseseitenwände (14, 15) zusammen mit der Rückwand (13) des Lautsprechers ein relativ kleines Volumen ein. Dabei ist die Seitenwand (15) gegenüber den drei anderen Seiten (14) nach hinten verkürzt. An der verkürzten Seitenwand (15) ist mit einem U-förmigen An­ schlußteil (16), mit dem auf der einen Seite die Seitenwand (15) an der Grundplatte (5) befestigt ist, auf der anderen Seite eine Trennwand (17) verbunden, die in einen großen Bereich des Gehäuses (10) hineinragt. Der Raum (18) zwischen der Trenn­ wand (5) und der Rückwand des Lautsprechers wird mit in der Zeichnung nicht dar­ gestelltem Dämmstoff gefüllt. Am nach außen offenen Ende (19) dieses Raumbe­ reichs (18) ist in geeigneter Weise, z. B. durch Kleben, ein Winkelstück (20) mit ei­ nem der beiden Schenkel (21) an der Rückwand (13) befestigt. Der zweite Schenkel (22) des Winkelstücks (20) verschließt das Gehäuse (10) bis auf einen kleinen Spalt (23), der die Flächenreduzieröffnung bildet, wobei der Schenkel (22) auf seiner Innenseite zur Flächenreduzieröffnung (23) hin in einer langen, flachen Schräge (24) ausläuft. Bei Schwingungsbewegungen der Membran (3) wird die Luft auf ihrer Rückseite durch die im Verhältnis zur Membranfläche sehr kleine Fläche des Schneidenspaltes (23) mit großer Geschwindigkeit hinaus geblasen.

Bezugszeichenliste

1

Tiefton-Membranlautsprecher

2

Grundkörper

3

Plattenmembran

4

Schwingungsantrieb

5

Grundplatte

6

Permanentmagnet

7

Bodenplatte

8

ring- oder rechteckförmiger Mantel

9

Anschlußteile

10

Gehäuse

11

Vorderkanten

12

Vorderseite der Plattenmembran

13

Rückwand

14

Seitenwand

15

Seitenwand

16

U-förmiges Anschlußteil

17

Trennwand

18

Raum zwischen der Trennwand und der Rückwand

19

offenes Ende

20

Winkelstück

21

Schenkel

22

Schenkel

23

Flächenreduzieröffnung

24

Schräge

Claims (10)

1. Tiefton-Membranlautsprecher mit abgeschlossenem Volumen auf der Rückseite der Membran (3) und wenigstens einer Öffnung (23) in einer das Volumen be­ grenzenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Tiefton- Membranlautsprechers (1) so klein ausgeführt ist, daß sich die Resonanzfre­ quenz des gesamten Systems im Frequenzbereich des Mitteltons oder Hochtons befindet und die Öffnung als Flächenreduzieröffnung (23) ausgebildet ist, die den Schall von der Rückseite der Membran (3) in Störschall mit großer Luftgeschwin­ digkeit transformiert.

2. Tiefton-Membranlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Volumen vom Grundkörper (2) des Tiefton-Membranlaut­ sprechers begrenzt ist.

3. Tiefton-Membranlautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Volumen von einem Gehäuse (10) begrenzt ist.

4. Tiefton-Membranlautsprecher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der das Volumen begrenzenden Fläche mehrere Flächenredu­ zieröffnungen (23) ausgebildet sind, die den Nutzschall in Störschall mit großer Luftgeschwindigkeit transformieren.

5. Tiefton-Membranlautsprecher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Flächenreduzieröffnung (23) in einem sehr dünnwandigen Gehäuseteil befindet.

6. Tiefton-Membranlautsprecher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flächenreduzieröffnung (23) durch einen Schneidenspalt ge­ bildet wird.

7. Tiefton-Membranlautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenreduzieröffnung (23) in einem Lochblech ausgebildet ist.

8. Tiefton-Membranlautsprecher nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flächenreduzieröffnung (23) aus einer konisch verlaufenden Bohrung besteht, die an der Innenseite des Gehäuseteils einen großen Radius hat und nach außen hin in einem Durchbruch mit sehr kleinem Radius mündet.

9. Tiefton-Membranlautsprecher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuseteil (20), das die Flächenreduzieröffnung (23) aus­ spart, aus Metall hergestellt ist.

10. Tiefton-Membranlautsprecher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (20), das die Flächenreduzieröffnung (23) ausspart aus jedem anderen Werkstoff hergestellt ist.