DE2236374C3

DE2236374C3 - Elektroakustisches Wandlersystem

Info

Publication number: DE2236374C3
Application number: DE2236374A
Authority: DE
Inventors: Josef Wilhelm 8725 Arnstein Manger
Original assignee: Individual
Current assignee: MANGER, JOSEF WILHELM, 8725 ARNSTEIN, DE
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1972-07-25
Publication date: 1975-01-16
Also published as: NL7310370A; FR2194100B1; GB1435555A; DE2236374A1; DE2236374B2; NL179861B; US3937905A; FR2194100A1; NO138076C; BE802780A; DD105540A5; BR7305554D0; SE388993B; NO138076B; NL179861C; JPS49109027A; CA1021870A; IT991366B; JPS5421087B2

Description

•j

alle bewegten Massenpunkte der Membran unabhän- setzen. Ein in dieser Weise ausgebildetes elektroaku-Riig von ihrer Amplitude mit derselben Phase ausge- stisches Wandlersystem hat ideale Eigenschaften, lenkt werden d h, daß die Membran mit vollkom- Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den

ntener Phasengleichheit schwingt. Weiterhin hat es Unteransprüchen gekennzeichnet ., ...

sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Amplituden 5 Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung der verschiedenen Punkte der Membran nicht iden- mit der Zeichnung an Ausfuhningsbe.spielen naher tijich sind, sondern von einem Maximum am An- erläutert

kcpplungspunkt der Membran bis auf ein Minimum F. g. I und 2 zeigen elektroakustisch^ Wandlersy-

atn Rand der Membran abnehmen. Die Phasen- sterne mit einer erfindungsgemaß montierten Memgkichheit und die Amplitudenabnahme lassen sich mit ίο bran;

den erfindungsgemäßen Membranen in idealer Weise F. g. 2 a und 3 zeigen elektroakustisch: Wandler-

vcrwirklichen, und zwar insbesondere dann, wenn systeme ohne schädliche, als Kraftspe.cher wirksame die Membran außer an der Schwingspule noch an Hohlräume;

einem ortsfesten Teil des Wandlers befestigt ist. weil F i g. 4 zeigt schematisch das Schwingungsverhal-

hierdurch einerseits eine allmähliche Abnahme der .5 ten verschiedener Wandlersysteme Schwingungamplitude vom Ankopplungspunkt der Die in Fig. 1 bis 3 dargestellten etektroaku-

SchwinLule bis zum Befestigungspunkt am ortsfc- stischen Wandlersysteme zeichnen sich dadurch aus sten Teil erzwungen und andererseits auch im Be- daß die Ruhelage ihrer Schwmgspulen und dadurch reich des Befestigungspunktes eine absolute Phasen- auch ihrer Membranen durch elektromagnetische gleichheit bewahrt wird. Dadurch, daß die erfindungs- 20 Kräfte festgelegt ist.

gemäße Membran außerdem aus einem leicht dehn- Gemäß Fig. 1 sind zwei Permancntmagnet-An-

fähigen gedämpften Material besteht, ergeben sich Ordnungen in Form von Topfmagneten 8 und 9 voraus der Membranschwingung keinerlei Rikkwirkun- gesehen, die so angeordnet sind, daß sie die gleiche een auf den Bewegungsablauf der Schwingspule bzw. Symmetrieachse besitzen und zum Symmetnezeniuf die abgestrahlten Schallwellen. »5 trum 'V.n geöffnet sind. In den ringförmigen Luftspal-

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungs- ten /.,. L_t der Topfmagnete können sich zwei gemäßen Membranen besteht darin, daß sie für Schwingspulen 12 13 bewegen die über zwei.an Breitband-Lautsprecher geeignet sind. Messungen einer Membran 14 befestigten Stange 16, 17 oder zeigen, daß die Membranen im Tieftonbereich prak- einen Hohkylinder od. dgl· starr miteinander verbuntisch als Ganzes mitschwingen, wobei jedoch die 30 den sind. Die Membran 14 bewegt sich f°«gl«* im Amplitude der Schwingung vom Ankopplungspunkt gleichen Rhythmus wie die Schwingspulen 12,13 hin der Schwingspule nach außen hin abnimmt, wohinge- und her. Die beiden Stangen 16, 17 können in dem gen bei höheren Tönen ein immer kleiner werdender Bereich, in dem sie an der Membran 14 befestigt Teil der Membran schwingt, bis schließlich bei den sind, auch durch einen Schwingspulennng 18 ersetzt höchsten Frequenzen nur noch ein Abschnitt erregt 35 oder verbunden sein. Die M.ttenhaltung der wird der einige Millimeter um den Ankopplungs- Schwingspulen 12, 13 bzw der mit ihnen gekoppelpunk't der Schwingspule herum angeordnet ist. Infol- ten Membran 14 erfolgt m bekannter Weise elektrogedevsen wird einerseits in erwünschter Weise zu tie- magnetisch (deutsche Patentschrift 1 815 694). feren Frequenzen hin automatisch eine immer größer Erfindungsgemaß ist der äußere Rand der Mem-

werdende Ahstrahlfläche gebildet, während anderer- 40 bran 14 an einem ortsfesten Außenring 19 befestigt, seits die hmsichtlich der Erregung von Eigen« hwin- der mittels geeigneter Halterungen, z.B. unmagnetogungen kritischen Randzonen der Membran bei ho- scher Streben 21, an einem ortsfesten Teil des Wandhen Frequenzen automatisch vom Schwingungsvor- leisystems, z.B. am Topfmagneten9, angebracht ist. gang ausgeschlossen sind. ^Die Membran 14 ,st m der Ruhelage vorzugsweise

Eine besondere Eigenschaft der erfindungsgemä- 45 etwa senkrecht zur Achse der Schwingspulen 12, 13 Ben Membranen besteht schließlich darin, daß sie als angeordnet

Schwingungssystem betrachtet werden können, das . Beim Ausfuhrungsbeispiel nach F jg. 2 Kt nur ein ans emir Viebahl von einzelnen Massenpunkten be- einziger Topfmagnet 23 vorgesehen, in welchem, wie StehLdje dan* Federn miteinander verbunden sind, es in F ig. 2 angedeutet ist, zwei Schwingspuleii hinwelche s^:ch auf Grund der vom Füllmaterial bewirk- 50 teremandef angeordnet smd und der einen Permaten Dämpfung jedoch äußerst zähelastisch verhalten nenten 24 aufweist. An einem die Schwingspulen trahrw dne^Sße innere Dämpfung aufweisen. Auf genden Schwmgspulennng 25 ist eme Membran 2<i GrandTesfTTltsSe läßt sich bli Versuchen mit befestigt, deren äußerer Rand mittels eines am Topfkern &Z££Sä nachweisen, daß das logarith- magneten 23 befestigten Außenrings 27 ortest einmi^he Dekrement der Dämpfung der erfindungsge- 55 gespannt ist. Der Mittelpunkt der kreisförmiger ^2! £SJΓ hi3i das Vier- bis Membran 26 kann außerdem mittels eines am Topf-5fiÄihB magneten befestigten, nicht dargestellten Stifte,

bfll f hl i I d Rhl i

Äichen.i.B. magneten befestigten, nicht dargestellten Stifte Membranen be- ebenfalls ortsfest gehalten sein. In der Ruhelage i ρ ^_je ^j_emb_{ran etwa} senkrecht zur Achse dei

Ke Erfindung bietet erstmals die Möglichkeit, ein 60 Schwingspule angeordnet

Wandlersvstern ohne ieden mechanischen Kraftspei- Im Unterschied zu bekannten Kalotten-Lautspre

SS TS? Hii it es allerdings noch ehern ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig2 de;

lersvstern ohne ieden mechanischen Kraftspei- Im Unterschied zu bekannten KalottenLautspre

™ToSu?eren Hierzi ist es allerdings noch ehern ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2, de;

rlichMh? WriterSig der Erfindung ein im übrigen auch nach bekannten Konstruktionsverfah

wSeSem ohne s^nädfiche eingeschossene ren hergestellt seir,kann, die abstrahlende Fläche de LufträumTvorbzw. hinter der Membran vorzust ien 65 Membran 26 n:cht auf einen kalottenförmigen, m

und die durch Federkraft bewirkte Rückführung der Inneren des Schwingspulenrmgs 25 angeordnetei

SMgspufe durch eine elektromagnetische Mitten- Membrante.1 begrenzt sondern auch auf die gesamt

S (deutsche Patentschrift 1 815 694) zu er- zwischen den be.den Ringen 25 und 27 angeordnet

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Membran ausgedehnt. Innerhalb des Schwingspulen- sonders bevorzugte Membranen erhält mar, außer-

rings 25 ist die Membran 26 in einer Ebene angeord- dem mit Hilfe eines Fadenmaterials, das nur relativ net. Die Mittenhaltung der Membran 26 erfolgt in wenig Dämpfungsmaterial aufnimmt, weil dadurch

bekannter Weise (deutsche Auslegeschrift 1 815 694). leichte Membranen erhalten werfen. Die Verwen-

Durch den inneren und äußeren Polschuh des 5 dung von stark gekräuselten Garnen sollte daher ver-

Topfmagneten 23 und den Permanentmagnet 24 sind mieden werfen.

hinter de.r Membran 26 an den mit 28 bezeichneten Das auf einer Rundstrick-, Flachstrick- oder Cot-

Stellen schädliche Lufträume gebildet, wie es bei be- tonmaschine oder auch auf einer Kettenwirkma-

kannten Lautsprechern üblich ist. Um diese zu ver- schine hergestellte Membranmaterial wirf in der

melden, kann der Topfmagnet gemäß F i g. 2 a aus io Weise m«t einem Dämpfungsmaterial belegt, wie es

zwei ringförmigen Polschuhen 29, 30 und einer Viel- bei der Herstellung von andeen, r. B. aus Web- oder

zahl von Permanentmagneten 31 gebildet werfen, die Vliesstoffen bestehenden Membranen üblich ist. Als

in gleichmäßigen Abständen auf einem Kreisbogen Dämpfungsmaterialien eignen sich insbesondere Dis-

angeordnet sind und Zwischenräume 36 frei lassen. persionslösungen bzw. Lacke auf Butadienbasis (z. B.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet 15 Butofan 390D der Firma BASF),
sich von der Ausführungsform nach Fig.2a ledig- Obwohl es zur Herstellung und zum Einbau der Hch dadurch, daß die Luftspalte L einerseits von zwei erfindungsgemäßen Membran mehrere Möglichkeiäußeren Polschuhen 29 a, 30 a mit dazwischen be- ten gibt, erfolgen Herstellung und Einbau vorzugsfindlichen Permanentmagneten 31 und von einem als weise gleichzeitig gemäß dem nachfolgend an Hand Polschuhring 33 ausgebildeten Kern begrenzt sind, »o Fig. 2 abeschriebenen Verfahren,
der mit Hilfe von nicht dargestellten, aus unmagneti- Zunächst wirf der von den Schwingspulen umwikschem Material bestehenden Streben an einem der kelte Schwingspulenring 25 im Luftspalt der Topf-Polschuhe 29 a, 30 a befestigt ist. Hierdurch ergibt magnetanorfnung mit Hilfe von Hilfsvorrichtungen sich wiederum der Vorteil, daß die in F i g. 2 mit 28 zentriert und dann derart angeordnet, daß sein vorbezeichneten, eingeschlossenen Lufträume wegfallen, as deres Ende mit dem Außenring 27 bündig abschließt, die beim Hin- und Herbewegen der Membran 26 Anschließend wird ein textiles Flächengebilde, das quasielastische Kraftspeicher darstellen und das z. B. aus einer au? einem feinen Damenstrumpf her-Sch'.ingungsverhalten der Membran nachteilig be- ausgeschnittenen Maschenware besteht, auf die beieinflussen würden. Ein weiterer Vorteil der Ausfüh- den Ringe 25 und 27 aufgelegt, deren Achsen vorrungsformen nach Fig. 1, 2a und 3 besteht darin. 30 zugsweise vertikal angeordnet sind. An den über den daß die Schallwellen sowohl nach vom als auch nach Außenring 27 ^ragenden Rändern der Maschenware hinten abgestrahlt werfen, weil das Wandlersystem werfen nun in gleichmäßigen Abständen kleine Geauch nach hinten im wesentlichen offen ist. Im Be- wichte von z. B. je 8 Gramm angehängt, die die Madarfsfall kann ein von dünnen Streben 34 gehaltener schenware glatt ziehen und ihr eine geringe Vc/span-Stift 35 vorgesehen sein, der auch den Mittelpunkt 35 nung geben. Bei diesem Verfahrensschritt ist darauf der Membran 26 ortsfest fixiert, damit diese zu bei- zu achten, daß in dem über die Ringe 25, 27 geden Seiten des Schwingspulenrings 25 vollkommen spannten Teil der Maschenware möglichst keine FaI-symmetrisch angetrieben wird. Im ausgelenktcn Zu- ten gebildet werfen und die Maschenstäbcher. bzw. stand der Schwingspule ist die Membran so angeord- Maschenreihen möglichst geradlinig und parallel net. wie es in Fi g. 3 durch die gestrichelte Linie 26 a 40 zueinander verlaufen. Anschließend können im Beangedeutet ist, und dabei nicht in sich gedehnt, so darfsfall die von der Schwingspule kommenden Andaß sie auch in dieser Lage keinen elast'schen Kraft- schlußdrähte von hinten nach vorn durch die Maspeicher bildet. schenware gezogen werfen.

Die Membran 14 bzw. 26 besteht erfindungsgemäß Nachdem auf diese Weise die Schwingspule genau aus einem flexiblen, nach allen Seiten möglichst 45 zentriert und die Maschenware gleichmäßig gespannt dehnfähigen Material. Als besonders geeignet haben ist, wirf die Maschenware im Bereich der Außensich hochelastische Maschenstoffe (Gestricke und ring- bzw. Schwingspulenringkante mit einer verGewirke), aber auch Kettenwirkstoffe erwiesen, dünnten Lösung des Füllmaterials belegt, welches Derartige Stoffe haben die Eigenschaft, daß sie auf anschließend mit Luft getrocknet wirf, um die Ma-Grund der Tatsache, daß jede einzelne Masche eine 5c schenware auf den berden Ringen 25, 27 zu fixieren. Fadenreserve darstellt, die bei jeder Bewegung eine Als Füllmaterial kann hierbei Z.B. eine 20^e/«ige Umgestaltung der Fadenlage gestattet, einerseits weit wäßrige Lösung von Butofan 390 D verwendet werüber das Maß hinaus gedehnt werfen können, um den.

das ein von gestreckten Fäden gebildeter Webstoff Nachdem die Maschenware fixiert ist, wird sie zu- oder ein normaler Faservliesstoff gedehnt werfen 55 nächst von vorn mit einer 50 "/eigen Butofan-Lösung kann, andererseits jedoch eine hohe innere Reibung belegt und dann bei etwa 70° C an der Luft vorgeaufweisen und daher nur sehr stark gedämpfte Eigen- trocknet. Danach erfolgt in einem entsprechender schwingungen ausführen können. Die Dehnbarkeit Verfahrensschritt das Belegen der Rückseite der Ma- und Dämpfung dieser Stoffe kann noch dadurch ετ- schenware mit dem Füllmaterial. Im allgemeinen gehöht werfen, daß die Maschen nicht aus einem Ein- 60 nügt es, das Füllmaterial in einer solchen Menge aui zelfaden, sondern aus einem multifilm Faden mit die M^ischenware aufzubringen, daß auf beiden Sei dünner Einzetkapillaranordnung hergestellt werfen. ten keine Faserenden mehr durch das Füllmateria Als Fasermaterial eignet sich insbesondere Polyamid nach außen ragen. In beiden Fällen kann das Füll oder Polyester, d. h. ein Material, dessen Fäden auch material außerdem im Bereich der beiden Ringe 25 schon eine gewisse Eigendehnfähigkeit aufweisen. Es 65 27 etwas dicker aufgebracht werfen,
sind jedoch auch andere Materialien wie z. B. Glasfa- Anschließend wird die gleichzeitig hergestellte un< sern geeignet, weil der wesentliche Teil der Dehnung an den Ringen 25, 27 befestigte Membran etwa ein immer durch die Maschenbildung gesichert ist. Be- Stunde lang bei einer höheren Temperatur, z. B. etw

130 bis 150° C, getrocknet. Die Membran, die während des Vortrocknens bei etwa 70° C noch äußerst gespannt ist, verliert während der Behandlung bei der höheren Temperatur diesen Spannungszustand fast vollständig und nimmt vielmehr unter Bildung von Falten eine wellige, relativ schlaffe Form an, die eine Hin- und Herbewegung der Schwingspule um 1 bis 2 Zentimeter erlaubt, ohne daß die Membran hierdurch in radialer Richtung gedehnt wird. Durch das Aufbringen des dämpfungsstarken Füllmatcrials ist die äußerst dehnfähige, hochelastische Maschenware in ein Flächengebilde umgewandelt worden, welches zwar nach allen Richtungen noch elastisch ist, im Vergleich zur reinen Maschenware jedoch nicht nur einen wesentlich größeren Elastizitätsmodul aufweist, sondern auch ein sehr zähclastisches. gedämpftes Verhalten zeigt und in Richtung der Bewegung eine gewisse Biegefestigkeit besitzt.

Nach dem Trocknen werden die Gewichte entfernt, die über den Außenring 27 ragenden Ränder der Membran abgeschnitten und die Hilfsvorrichtungen entfernt

Ein wesentlicher Vorteil des gleichzeitigen Hersteilens und Einbauens der Membran besteht darin. daß die Schwingspule nach einer derartigen Behandlung senkrecht zur Bewegungsrichtung allein von der Membran zentriert ist und ohne weitere Maßnahmen sofort fertig zum Gebrauch ist.

Beim Betrieb der in F i g. 1 bis 3 beschriebenen elektroakustischen Wandler werden die Schwingspulen in Abhängigkeit von den zugeführten elektrischen Schwingungen in Achsrichtung ausgelenkt, wodurch die an ihnen befestigten und gegebenenfalls am Rand eingespannten Membranen hin- und herbewegt werden. Im Tieftonbereich, d. h. bei relativ großen Auslenkamplituden, werden die Membranen dabei in ihrer gesamten Fläche bewegt, da die an den Befestigungspunkten mit den Schwingspulenringen 18 bzw. 25 angreifenden Zugkräfte bis zum Membranrand bzw. bis zum Membranmittelpunkt (F i g. 3) phasengleich wirksam werden. Bei größer werdenden Frequenzen und entsprechend kleineren Auslenkamplituden wird dagegen an der Hin- und Herbewegung ein immer kleiner werdender Teil der Membran beteiligt, bis bei sehr hohen Frequenzen praktisch nur noch ein Membranteil mitschwingt und infolgedessen abstrahlt, der sich von der Befestigungsstelle an der Schwingspule um wenige Millimeter in radialer Richtung erstreckt. Je nachdem, ob die Membran nur einseitig (F i g. 1,2 und 2 a) oder beidseitig (F i g. 3) eingespannt ist, ergeben sich auf beiden Seiten des Schwingspulenrings 18, 25 identische Verhältnisse. Obwohl die Membran so am Schwingspulenring 25 befestigt sein kann, daß sie durch ihn in zwei etwa gleiche Flächen geteilt wird, von denen die eine innerhalb, die andere dagegen außerhalb des Schwingspulenrings liegt, wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß der Durchmesser des Schwingspulenrings 25 gleich dem Radius der Membran 26 bzw. des Außenrings 27 ist Hierdurch wird erreicht daß die Membran durch den Schwingspulenring 25 genau mhüg erfaßt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft der Suiwingspuie einen so großen Durchmesser zu geben, daß der Schwingspulenring in Verbindung mit der elektromagnetischen Zentrierung verkantungsfrei, d. h. mit seiner Achse parallel zur Luftspaltachse gehalten wird. Zu kleine Durchmesser des Schwingspulenrmgs können nämlich <uir Folge haben, daß dieser bei geringfügigen Unsymmetrien hinsichtlich der Membranbefestigung verkantet wird und daher an den Polschuhflächen anliegt. Gut geeignet sind beispielsweise

S Durchmesser des Schwingspulenrings von 50 bis 90 mm.

Schließlich sollte auch darauf geachtet werden, daß die Polschuhe zu beiden Seiten des Schwingspulenrings 25 annähernd gleich große Flächen aufweisen, damit die hinter der Membran befindlichen Luftpolster, die bei der Rückwärtsbewegung der Membran verdrängt werden müssen, ebenfalls vollkommen symmetrisch angeordnet sind (vgl. F ig. 2 a).

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Wandlersysteme im Vergleich zu den bekannten Kalottenlautsprechern ergibt sich dadurch, daß die abstrahlende Fläche der Membran wesentlich größer gemacht werden kann, ohne daß sich nachteilige FoI-

ao gen mil Bezug auf Eigenschwingungen ergeben, weil das Membranmaterial ohne Einfluß auf das Schwingungsverhalten ist und sich derjenige Teil der Membran, der bei einer bestimmten Frequenz abstrahlt, entsp-echend den Kraftübertragur.gsverhältnissen im

»5 Inneren der Membran von selbst einstellt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln. So können beispielsweise an Stelle der in F i g. 2 a und 3 dargestellten

Magnetkonstruktion andere Konstruktionen vorgesehen werden, die ebenfalls in dem hinter der Membran angeordneten Teil keine eingeschlossenen Lufträume aufweisen. Beispielsweise können auch in Segmente geteilte Polschuhe oder solche Polschuhe vorgesehen werden, die unter Verwendung von geeigneten Sintermetallen luftdurchlässig, aber trotzdem magnetisch leitfähig sind.

Die erfindungsgemäße Membran is» ebenfalls nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele bc-

schränkt, wenn auch ein Wandlersystem gemäß Fig. 2a auf Grund seiner Konstruktion, seiner Membran und seiner elektromagnetischen Rückführung keinen der drei schädlichen Kraftspeicher aufweist und daher besonders vorteilhaft ist. Die erfindungsgemäße Membran läßt sich auch bei Kalottenlautsprechern anwenden. Da die erfindungsgemäße Membran jedoch im allgemeinen eine nur geringe Steifigkeit aufweist wird ihr dabei innerhalb des Rings 25 keine Kalottenfonn, sondern gemäß F i g. 2.

2 a die Form einer ebenen Fläche gegeben. Zur Vergrößerung des Abstrahlkeils kann sie entsprechend Fig. 3 im Mittelpunkt ortsfest befestigt sein. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Wandlersysteme mil elektromagnetischer Rückführung beschränkt, son-

dem läßt sich mit Erfolg auch hn herkömmlicher Wandlersystem mit mechanischer Rückführung anwenden, indem zusätzlich zu den Membranen nacr F i g. 1 bis 3 noch Zentriermembranen oder Rück stenfedern vorgesehen werden.

Schließlich sind auch die Form, das Material unc die Anordnung der Membranen nicht kritisch. Ob wohl im allgemeinen kreisrunde oder quadratisch« Membranformen mit symmetrischer Ankopplung de Schwingspule bevorzugt werden, sind auch anden Membranformen möglich. Als Membranmateria! eig nen sich zwar insbesondere Strickstoffe, die au Flach- oder Rundstrickmaschinen hergestellt sind doch sind insbesondere die Bindungsart und die Ma

schengröße frei wählbar, sofern die hohe Dehnfähigkeit erhalten bleibt. Als gut geeignet haben sich Strickstoffe erwiesen, die glatt rechts/rechts oder glatt rechts/links gestrickt und beispielsweise aus einem normalen feinen Damenstrumpf herausgeschnitten sind. Die Anordnung der Membranen ist gemäß F i g. 1 bis 3 im allgemeinen so gewählt, daß die Membranen in ihrer Ruhelage senkrecht zur Bewegungsachse der Schwingspulen angeordnet sind. Abweichend hiervon können die Antriebsachse und die Membranfläche jedoch auch andere als Winket von 90° einschließen, weil hierdurch im wesentlichen nur die Lage bzw. die Größe des Abstrahlkeib des Wandlers, nicht jedoch die amplituden- und phasengetreue zweifache Wandlung beeinflußt wird.

F i g. 4 zeigt schematisch das Schwingungsverhältnis eines idealen, eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers. Fig. 4a, 4b zeigen je eine dem Wandler zugeführte

Sinus- bzw. Rechteckschwingung, deren Amplituden längs der Ordinate aufgetragen sind, während die Abszisse die Zeitachse darstellt. Fig.4c, 4d zeigen die ideale Form der am Wardler austretenden Schallschwingungen. Die Fig. 4e, 4f, 4 g, 4 h zeigen, daß bei Verwendung eines herkömmlicher Wandlers die Schallschwingungeü innerhalb der Periode der zugeführten Sinuswelle auf Grund störender Kraftspeicher nicht nur stark verzerrt sind, son-

ίο dem auch über das Ende der Periode hinaus nodi einen nur langsam abfallenden Ast aufweinen. Eir erfindungsgemäßer Wandler liefert dagegen nahezi im gesamten Tonfrequenzbereich gemäß F i g. 4 i, 4 Kurven, die sich von den Idealkurven gcmäi F i g. 4 c, 4 d kaum unterscheiden.

Die erfindungsgemäßen elektroakustischen Wand lersysteme und Membranen lassen sich nicht nur fü Lautsprecher, sondern mit denselben Vorteilen aucl für Mikrofone und Kopfhörer verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Membran für ein elektroakustisches Wandlersystem, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem in der Einspanuebene zähela- «tischen, ic. der Richtung der Anregung nahezu keine Rückstellelastizität aufweisenden Material besteht

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Träger aus einem in der Einspannebene elastischen und äußerst dehnfähigen, in der Richtung der Anregung dagegen nahezu unelastisch biegbaren, keine Rückstellelastizität aufweisenden Material enthält, der mit einem dämpfungsstarken Füllmaterial imprägniert ist

3. Membran nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Fadenmaterial mit maschenartig verschlungenen Fäden besteht.

4. Membran nach Anspruch 2, dadurch gc- ao kennzeichnet, daß der Träger aus einem Strickoder Kettenwirkstoff besteht

5. Membran nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger sandwichartig von beiden Seiten her mit dem Füllmaterial belegt ist.

6. Membran nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial unter geringer Vorspannung des Trägers auf diesen aufgebrach, ist.

7. Elektroakustisches Wandlersystem mit einer an eine Schwingspule gekoppelten Membran nach einem der Ansprüche J bi 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) an mindestens einer Stelle an einem ortsfesten Teil des Wandlersystems befestigt ist.

8. Wandlersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand der Membran (14, 26) an einem mit einem ortsfesten Teil des Wandlersystems verbundenen Außenring (19. 27) befestigt ist.

9. Wandlersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) an einem mit der Schwingspule gekoppelten Schwingspulenring (18, 25) befestigt ist.

10. Wandlersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) durch den Schwingspulenring (18, 25) in zwei annähernd gleich große Flächenanschnitte geteilt ist.

11. Wandlersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) eine kreisrunde Form besitzt und der Durchmesser des Schwingspulenrings (18, 25) im wesentlichen gleich dem Radius der Membran (14, 26) ist.

12. Wandlersystem nach einem der Anspräche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (26) in ihrem Zentrum ortsfest gehalten ist.

13. Wandlersystem nach einem der Ansprüche? bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) in der Ruhelage eine im wesentlichen ebene Fläche bildet, die senkrecht zur Achse der Schwingspule angeordnet ist.

14. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14, 26) nur innerhalb oder nur außerhalb des Schwingspulenrings (18, 25) als Kreisringfläche angeordnet ist.

15. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenlage der Schwtngspule(n) in Achsrichtung durch elektromagnetische Kräfte festgelegt ist.

16. Wandlersystero nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenlage der Schwingspule(n) relativ zur Luftspaltmitte alltin durch die Membran (14, 26) festgelegt ist.

17. Wandlersystem nach einem der Ansprüche? bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Membran (14, 26) durch Ausbildung von öffnungen im dahinterliegenden Magnetsystem keine geschlossenen Lufträume vorgesehen sind.

18. Wandlersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet daß die Schwinijspuie(n) in einem Luftspalt angeordnet ist (sind), dessen innerer Rand durch einen dünnen Polschuhring (33) begrenzt ist.

19. Wandlersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuhring (33) durch Stege aus unmagnetischem Material an den Polschuhen befestigt ist.

20. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (31) aus einer Mehrzahl von Segmenten bestehen, die beabstandet längs eines Kreisbogens angeordnet sind.

21. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran zugewandten Flächen der Polschuhe (29, 29 a, 30) bzw. des Polschuhrings (33) zu beiden Seiten des Schwingspulenrings (25) annähernd gleich groß sind.

22. Wandlersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Sintermetalls Polschuhe vorgesehen sind, die zwar magnetisch leitfähig, aber luftdurchlässig sind.

23. Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer Membran gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 und Einbauen derselben in ein elektroakustisches Wandlersystem gemäß einem oder mehreren der Ansprüche? bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde vor dem Aufbringen des Füllmaterials zwecks örtliche Fixierung zunächst nach Zentrierung der Schwingspule im Luftspalt auf den Schwingspulring und den Außenring aufgelegt, von mehreren Seiten unter Vermeidung einer Faltenbildung gleichförmig in radialer Richtung gespannt und dann im Bereich der Schwingspulenringkante und des Außenrings mit verdünnten! Füllmaterial belegt und getrocknet wird, und daß anschließend das Füllmaterial von der einen Seite her aufgebracht, bei einer tieferen Temperatur vorgetrocknet und dann bei einer höheren Temperatur nachbehandelt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial in zwei getrennten Arbeitsschritten zunächst von der einen und dann von der anderen Seite her auf das textile Flächengebilde aufgebracht und vorgetrocknet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrocknung bei

etwa 7O⁰C und die Nachbehandlung bei etwa 130 bis 150° C stattfindet.

Elektroakustisch© Wandlersysteme dienen dazu, die ihnen zugeführten elektrischen Schwingungen zunächst in mechanische Schwingungen und dann in Schallschwingungen bzw. in abgestrahlte Schallwellen umzuwandeln. Bei einem idealen Wandlersystem müssen sich die zugeführten elektrischen Schwingungen darüber hinaus im gesamten Tonfrequenzbereich derart amplituden- und phasengetreu umwandeln lassen, daß jede zugeführte elektrische Rechteckschwingung im Bereich von 100 bis 3000 Hz zu einer ebenfalls rechteckigen Schallwelle führt.

Von diesem erstrebten Idealfall ist die Praxis weit entfernt (vgl. zum Beispiel »hifi-sterenphonie«, Zeitschrift für hochwertige Musikwiedergabe, Heft Kr. 5/ 69, S. 326 bis 340). Messungen auch an den besten elektroakustischen Wandlersystemen machen deutlich, daß jede zugeführte elektrische Schwingung nicht nur zu einem aus mehreren Wellen bestehenden Schallwellenzug führt, sondern in Abhängigkeit von der Konstruktion des Wandlersystems auch nur in verzerrter Form als Schallwelle reproduzierbar ist.

Es wurde nun gefunden, daß der Grund für die genannten Störungen insbesondere darin besteht, daß die bekannten Wandlersysteme unvermeidlich mindestens einen mechanischen Kraftspeicher besitzen. Die in diesem Kraftspeicher während der Anstiegszeit einem Impulses gespeicherte Energie wird sofort oder je nach Zeitkonstante des Kraftspeicher verzögert in den nachfolgenden Ablauf zurückgeführt und hat daher neben Verzerrungen auch eine Verlängerung der abgestrahlen Welle über das Ende der zugeführten Schv/ingung hinaus zur Folge.

Als Kraftspeicher kommen im wesentlichen zwei Speicher in Betracht, von denen der eine durch Trägheistkräfte und der andere durch elastische Kräfte bedingt ist. Einen elastischen Kraftspeicher stellen beispielsweise die zur Rückführung der Schwingspul·; in die Ruhelage benötigten Federn oder die bei Kalottenlautsprechern verwendeten Zentriermembranen dar. Bei der Auslenkung der Schwingspule aus der Ruhelage führen diese Federkräfte zu einer anipliludenabhängigen Rückstellkraft, weiche die Amplitude der zugeführten Schwingung bei der Auslenkung verringert und bei der Rückführung verstärkt, so daß einerseits die zugeführte Schwingung verzerrt und andererseits die Schwingspule über die Ruhelage hinaus zurückgeführt und dadurch zum Nachschwingen veranlaßt wird. Denselben Einfluß haben diejenigen elastischen Kraftspeicher, die insbesondere bei kleinen Lautsprechern durch eingeschlossene Lufträume entstehen und zuweilen sogar an Stelle von Rückstellfedern für die Rückführung der Schwingspule konstruktiv vorgesehen werden.

Als ein durch Trägheitskräfte bedingter Kraftspeicher ist die mit der Schwingspule des elektroakustischen Wandlersystoms gekoppelte Lautsprechermembran anzusehen. Eine Membran kann nach den bisherigen Erkenntnissen nämlich nur dann ideal arbeiten, wenn bei einer Auslenkung der Schwingspule icHp.r einzelne Punkt der Membran um exakt denselben Wert ausgelenkt wird. Diese Bedingung könnte zwar mit einem Material erfüllt werden, das eine unendliche Steifigkeit (Elastizitätsmodul) besitzt und sich auch bei höchsten Frequenzxn nicht elastisch verbiegt. Derartige Materialien sind jedoch auf Grund der ebenfalls notwendigen kleinen Masse in der Praxis noch nicht bekannt. Infolgedessen führen alle bekannten Membranen zumindest in höheren Frequenzbereichen unvermeidlich Eigenschwingungen auf Grund von Trägheitskräften aus.

Es ist schon versucht worden, die Eigenschwingungen der Membranen bzw. ihre schädlichen Rückwirkungen auf die abgestrahlten Schallwellen dadurch zu dämpfen, daß das Membranmaterial, z.B. ein Web- oder Faservliesstoff, mit einem geeigneten Lack imprägniert oder die Membran konstruktiv so gestaltet wird, daß bei höheren Frequenzen bestimmte Abschnitte, z.B. die Ran.dabschnitte, nicht mehr an der Abstrahlung von Schallwellen beteiligt werden (deutsche Auslegeschrift 1 154 516, deutsche Patentschriften 943 412 und 972Q^-7S). Durch derartige Maßnahmen können jedoch allenfalls gewisse Verbesserungen erzielt werden, weil sie nur auf eine Verringerung der Wirkung, nicht aber auf dis Beseitigung des durch die Membran oder die Membrankonstru.ktion gebildeten Kraftspeichers gerichtet sind. Die bekannten, für alle Tonfrequenzbereiche geeigneten elektroakustischen Wandlersysteme bestehen daher heute aus einer Mehrzahl von Wandlern, denen je ein Frequenzbereich (z. B. Hochton-, Mittellon- und Tieftonbereich) zugeordnet ist. Hierdurch ergibt sich jedoch der weitere Nachteil, daß die Anstiegszeiten der Schalldruckflanken der verschiedenen Wandler nicht gleichzeitig, sondern einzeln hintereinander erscheinen, weil zur Festlegung der verschiedenen Frequenzbereiche vorgeschaltete Lr-Glieder und unterschiedliche Massen für die Membranen erforderlich sind

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit zur Konstruktion eines elektroakustischen Wandlers zu schaffen, der die genannten Nachteile und insbesondere die genannten Kraftspeicher nicht besitzt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem in der Einspannebene zähelastischen, in der Richtung der Anregung nahezu keine Rückstellelastizität aufweisenden Material besteht und vorzugsweise an mindestens einem ortsfesten Teil des Wandlersystems befestigt ist. Besonders gut eignet sich eine Membran, die einen Träger, z. 1$. eine Strick- oder Kettcnwirkware, aus einem in der Einspannebene elastischen und äußeist rlehnfahigen, in der Richtung der Anregung dagegen nahezu unelastisch biegbaren, keine Rückstellelastizität aufweisenden Material enthält, der mit einem dämpfungsstarken Füllmaterial imprägniert ist. Der Träger ist in Weiterbildung der Erfindung sandwichartig ran beiden Seiten her mit dem Füllmaterial behandelt, welches vorzugsweise unter geringer Vorspannung des Trägers aufgebracht wird.

Die Erfindung beseitigt erstmals ein allgemein verbreitetes Vorurteil, das sich in allen, bekannten etektroakustischen Wandlern bzw. Lautsprechern wiedeispiegelt. Bisher wurde die Ansicht vertreten, die Membran müsse eine hohe Steifigkeit besitzen, damit sie als Ganzes, d.h. als starrer Körper mit der Schwingspulc hin- und herbewegt wird. Messungen haben jedoch jetzt gezeigt, daß dies nicht wesentlich ist, sondern daß es vielmehr darauf ankommt, daß