DE3319630C2 - Membrane for sound transducers, in particular loudspeakers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran für Schallwandler, insbesondere Lautsprecher, bei der die Ankopplung an das Schallfeld durch die Membranfläche erfolgt und die die Wandlung bewirkende Kraft in einem verhältnismäßig eng umgrenzten Bereich an der Membranfläche angreift. Die Erfindung besteht darin, daß auf der Membranfläche außerhalb des angegriffenen Bereiches in einem oder mehreren eng umgrenzten Bereichen mitschwingungsfähige Körper angebracht sind.The invention relates to a membrane for sound transducers, in particular loudspeakers, in which the coupling to the sound field takes place through the membrane surface and the force causing the conversion acts on the membrane surface in a relatively narrowly delimited area. The invention consists in that bodies capable of co-oscillating are attached to the membrane surface outside the attacked area in one or more closely delimited areas.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie in der Elektroakustik weithin in Gebrauch ist.The invention relates to a membrane according to the preamble of claim 1, as used in electroacoustics is widely used.

In den verschiedenen bekannten Ausführungsformen einer solchen Membran wird in der Regel versucht, durch reflektionsarme Halterung am Rande, dämpfungsreichen Werkstoff und andere Maßnahmen Teilschwingungen der Membran einzuschränken, mit dem Ziel, eine möglichst verfärbungsfreie und dadurch realistische Wiedergabe des dem Wandler zugeführten Musik- oder Sprachsignals zu erreichen. — Es ist auch bekannt, die Membran so steif und leicht auszuführen, daß Teilschwingungen im wesentlichen erst bei einer Frequenz des Signals einsetzen, die oberhalb des wiederzugebenden Frequenzbereichs liegt.In the various known embodiments of such a membrane, attempts are generally made to due to low-reflection mounting on the edge, damping-rich material and other measures for partial vibrations to restrict the membrane, with the aim of a discoloration-free and thus realistic as possible To achieve reproduction of the music or speech signal fed to the transducer. - It is also known make the membrane so stiff and easy that partial oscillations essentially only occur at one frequency of the signal that is above the frequency range to be reproduced.

Andere, weniger gebräuchliche Ausführungsformen zielen im Gegenteil darauf ab, durch entsprechende Maßnahmen die Membran zu möglichst vielen, dann aber frequenzmäßig statistisch verteilten Teilschwingungen zu veranlassen, wodurch wiederum eine verfärbungsarme Wiedergabe erreicht werden soll.Other, less common embodiments aim, on the contrary, by corresponding Measures the membrane to as many partial vibrations as possible, but then statistically distributed in terms of frequency to cause, whereby a low-discoloration reproduction is to be achieved in turn.

Durch diese bekannten Maßnahmen ist es zwar möglich, einen verhältnismäßig ausgeglichenen Frequenzgang und damit eine Verfärbungsarmut in der Wiedergabe des dem Wandler zugeführten Signals zu erreichen. Wie die Erfahrung zeigt, besteht jedoch auch dann noch ein Phänomen, das man vielleicht als »Lautsprecherklang« bezeichnen kann und das vor allem einen Mangel an Transparenz des Klanges beinhaltet.These known measures make it possible to achieve a relatively balanced frequency response and thus to achieve a low level of discoloration in the reproduction of the signal fed to the converter. As experience shows, however, there is still a phenomenon that might be called "loudspeaker sound" can denote and that mainly includes a lack of transparency of the sound.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Widergabfi des Signals mit größerer Transparenz auszustatten, als es mit den bekannten Ausführungsformen von Membranen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1The invention is based on the object, the Widergabfi to provide the signal with greater transparency than with the known embodiments of Membranes according to the preamble of claim 1

möglich istis possible

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Membran durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wie sich eindeutig aus dem subjektiven Klangeindruck ergibt.This task is achieved in a generic membrane by the characterizing features of Claim 1 solved, as is clearly evident from the subjective sound impression.

Die technische Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahme und der sich ergebende hörpsychologische Effekt kann derzeit noch nicht bis ins letzte Detail dargelegt werden.The technical mode of action of the measure according to the invention and the resulting auditory psychological The effect cannot currently be shown down to the last detail.

ίο Dem Erfinder hat sich jedoch auf Grund umfangreicher Untersuchungen folgende Erklärungsweise angeboten: Das Ohr nimmt die Schwingungen, den ausgesandten Schall eines flächenmäßig ausgedehnten Körpers weitgehend unter raumakustischen Gesichtspunkts ten wahr. D. h. eine Membran, die von einem eng umgrenzten Bereich aus angetrieben wird, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bietet sich dem Ohr im Prinzip der wie ein leerer Raum, der von einem eng umgrenzten Bereich aus beschallt wird. Die Dämpfung von Teilschwingungen der Membran durch reflektionsarme Halterung am Rande entspricht dann einer reflektionsarmen Umrandung des vom Ohr sozusagen wahrgenommenen Raumes. Die Dämpfung von Teilschwingungen durch Anwendung eines stark dämpfenden Werkstoffes entspricht dem Einbringen eines stark absorbierenden Mediums wie etwa eines sehr dichten Nebels oder schneeflockenähnlicher Gebilde in den scheinbar wahrgenommenen Raum. Die Vermeidung von Teilschwingungen durch hohe Steife und geringe Masse der Membran entspricht in diesem offenbar vom Ohr vollzogenen Analogieschluß einem sehr kleinen Raum, der im wesentlichen keine schwingungsmäßigen Unterteilungen mehr zuläßt.
Andererseits entspricht eine die Teilschwingungsbildung fördernde Ausführungsform der Membran in der Empfindung durch das Ohr einem hinreichend großen, mehr oder weniger hallig ausgeführten Raum.However, on the basis of extensive investigations, the inventor has offered the following explanation: The ear perceives the vibrations, the sound emitted by a large body, largely from the point of view of room acoustics. I. E. a membrane, which is driven from a narrowly delimited area, as described in the preamble of claim 1, presents itself to the ear in principle as an empty space that is exposed to sound from a narrowly delimited area. The damping of partial vibrations of the membrane by means of low-reflection mounting on the edge then corresponds to a low-reflection border of the space perceived by the ear, so to speak. The damping of partial vibrations through the use of a strongly damping material corresponds to the introduction of a strongly absorbing medium such as a very dense fog or snowflake-like structures into the apparently perceived space. The avoidance of partial vibrations by high stiffness and low mass of the membrane corresponds in this analogy conclusion, which is obviously made by the ear, to a very small space which essentially no longer allows any subdivisions according to vibrations.
On the other hand, an embodiment of the membrane that promotes the formation of partial vibrations corresponds to a sufficiently large, more or less reverberant room, as perceived by the ear.

Wesentlich ist dabei, daß in allen diesen Fällen der bisher bekannten Membranausgestaltung für das Ohr sich gleichsam der Eindruck bietet: »leerer, d. h. von kompakten Gegenständen freier Raum«. Andererseits ist aus der Raumakustik bekannt, daß in einem Raum befindliche, relativ kompakte Gegenstände mit ihren den Schall reflektierenden und beugenden Eigenschaften infolge eines Gliederungseffekts für das Ohr die Transparenz des Schallereignisses fördern.It is essential that in all these cases the previously known membrane design for the ear the impression arises, as it were: »emptier, d. H. free space from compact objects «. on the other hand is known from room acoustics that in a room, relatively compact objects with their the sound reflecting and diffracting properties as a result of a structuring effect for the ear Promote transparency of the sound event.

Durch eine Maßnahme nach der Erfindung werden nun auf der Membranoberfläche kompakte Gegenstände aufgebracht, welche die im Membranquerschnitt entstehenden Biege- und sonstigen Wellen reflektieren bzw. beugen. Es ist daher plausibel, daß wie gesagt für das Ohr eine erhöhte Transparenz des Klanges eintritt.By means of a measure according to the invention, compact objects are now formed on the membrane surface applied, which reflect the bending waves and other waves occurring in the membrane cross-section or bend. It is therefore plausible that, as I said, there is an increased transparency of the sound for the ear.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden in der nachfolgenden Beschreibung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigtThe further embodiment of the invention and the advantages that can be achieved therewith are explained in more detail in the following description with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing.
It shows

Fig. 1 eine Membran nach der Erfindung in der Draufsicht undFig. 1 shows a membrane according to the invention in plan view and

Fig. 2 eine solche im Schnitt A -B. Fig. 2 such in section A -B.

Die Membran 1 ist kegelförmig ausgeführt. Selbstverständlich kann sie auch in anderer praktikabler Form ausgebildet sein. Sie wird in der Mittenregion 11 durch eine — nicht gezeichnete — Schwingspule nach dem elektrodynamischen Prinzip angetrieben, wobei selbstverständlich auch andere Wandlerprinzipien möglich sind. Der Antriebsbereich kann auch außermittig gelegen sein. Auf der Membranoberfläche befinden sich mit-The membrane 1 is designed to be conical. Of course, it can also be used in other practicable forms be trained. It is in the central region 11 through a - not shown - voice coil driven according to the electrodynamic principle, of course other converter principles are also possible. The drive area can also be located off-center be. On the membrane surface there are

,schwingungsfähige Körper 2, welche in Masse, Abmessungen und Anzahl so ausgelegt sind, daß sie einerseits im Membranquerschnitt entstehende Biege- und sonstige Wellen in gewissem Maße reflektieren und beugen, andererseits aber die Abstrahlung der gesamten Membran nicht wesentlich beeinträchtigen., vibratory body 2, which in mass, dimensions and number are designed so that they are on the one hand bending and other arising in the membrane cross-section Waves reflect and diffract to a certain extent, but on the other hand the radiation of the entire membrane not significantly affect.

Die Körper 2 können beliebig geformt sein und aus beliebigem Werkstoff bestehen, so weit keine zu große Dämpfung im Werkstoff entsteht und ein Mitschwingen gewährleistet ist Als brauchbarer Wert für das Massenverhältnis zwischen den Körpern 2 und der Flächeneinheit der Membran 1 hat sich erwiesen:The body 2 can be of any shape and made of any material, provided that it is not too large Damping occurs in the material and oscillation is guaranteed. As a useful value for the mass ratio between the bodies 2 and the surface unit of the membrane 1 has been found:

Masse von 1 Körper: Masse von 1 cm² der Membran = 4... 10.Mass of 1 body: mass of 1 cm ^{2 of} the membrane = 4 ... 10.

Für eine günstige Anzahl der Körper 2 kann folgendes gelten: je größer die Oberfläche der Membran 1 und je kleiner die Masse der einzelnen Körper 2, desto größer sollte die Anzahl der Körper 2 sein. Mit einer Anzahl von 6... 10 Stück wurden gute Erfahrungen bei üblichen Lautsprechermembranen gemachtFor a favorable number of bodies 2, the following can apply: the larger the surface of the membrane 1 and the smaller the mass of the individual bodies 2, the greater the number of bodies 2 should be. With a number From 6 ... 10 pieces, good experiences have been made with conventional loudspeaker membranes

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Körper 2 auf der Inennseite der Membran 1 angebracht. Selbstverständlich können sie auch auf der Außenseite angeordnet sein.In the illustrated embodiment, the bodies 2 are attached to the inside of the membrane 1. Of course, they can also be arranged on the outside.

Ferner sind hier die Körper 2 statistisch über die Membranoberfläche verteilt. Die Verteilung kann aber auch in regelmäßiger Form geschehen, wobei allerdings eine Neigung zur Bevorzugung bestimmter Frequenzbereiche durch die Membran und damit zu Klangverfärbung auftritt.Furthermore, the bodies 2 are statistically distributed here over the membrane surface. But the distribution can also happen in regular form, although there is a tendency to prefer certain frequency ranges through the membrane and thus to sound discoloration occurs.

Es hat sich herausgestellt, daß es von Vorteil sein kann, die Körper 2 in der Mehrzahl nicht allzu weit vom Antriebsbereich 11 anzubringen. Offenbar wird dadurch der Anteil der durch Beugung modifizierten Wellen am gesamten abgestrahlten Wellenpaket erhöht, was sich klanglich günstig auswirkt.It has been found that it can be advantageous not to move the body 2 too far from the majority Drive area 11 to be attached. This reveals the proportion of waves modified by diffraction am overall emitted wave packet is increased, which has a favorable effect on the sound.

Es kann vorteilhaft sein, die Membran 1 aus dämpfungsärmerem Werkstoff auszuführen als sonst bei Lautsprechern üblich. Dies gilt insbesondere dann, wenn das wiederzugebende Signal von einem elektronisehen Klangerzeuger kommt und, wie es nach dem derzeitigen Stand der Technik in der Regel der Fall ist, arm an Transienten ist. Solche Transienten werden in ästhetisch reizvoller Weise durch den dämpfungsarmen Werkstoff im Wirkungszusammenhang mit den Körpern 2 synthetisiert.It can be advantageous to make the membrane 1 from a material with less attenuation than otherwise in the case of Loudspeakers usual. This is especially true if the signal to be reproduced comes from an electronic device Sound generator is coming and, as is usually the case with the current state of the art, poor of transients. Such transients are aesthetically pleasing due to the low-attenuation Material synthesized in connection with the bodies 2.

Die Maßnahmen gemäß der Erfindung können unter Umständen durch Bildung von zusätzlichen Schwingungsknoten auf der Membran 1 zu einer Unausgeglichenheit im Frequenzgang und somit zu einer gewissen Verfärbung des Klanges führen. Der erreichte Effekt einer erhöhten Transparenz des Klanges wird dadurch jedoch nicht beeinträchtigt. Es kann indessen zwrckmäßig sein, in an sich bekannter Weise durch elektronische, den Frequenzgang beeinflussende Mittel diese Klang-Verfärbung zu beseitigen.The measures according to the invention can, under certain circumstances, be achieved by the formation of additional oscillation nodes on the diaphragm 1 to an imbalance in the frequency response and thus to a certain Discoloration of the sound. The effect achieved is an increased transparency of the sound but not affected. It can, however, be snappy his, in a manner known per se, by electronic means influencing the frequency response, this discoloration of the sound to eliminate.

Die Erfindung ist in erster Linie gedacht zur Anwendung in Lautsprechern. Sie kann jedoch mit Vorteil auch für Kopfhörer und — bei Wirksamkeit des Wandlereffekts vom Mechanischen ins Elektrische — für Mikrophone verwendet werden.The invention is primarily intended for use in loudspeakers. However, it can also be used to advantage for headphones and - if the converter effect from mechanical to electrical is effective - for microphones be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Membran für Schallwandler, insbesondere Lautsprecher, bei der die Ankopplung an das Schallfeld durch die Membranfläche erfolgt und die die Wandlung bewirkende Kraft in einem verhältnismäßig eng umgrenzten Bereich an der Membranfläche angreift, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Membranfläche außerhalb des angegriffenen Bereiches in einem oder mehreren eng umgrenzten Bereichen mitschwingungsfähige Körper angebracht sind.1. Membrane for sound transducers, especially loudspeakers, in which the coupling to the sound field takes place through the membrane surface and the force causing the conversion in a relatively engages closely delimited area on the membrane surface, characterized in that on of the membrane area outside the attacked area in one or more closely delimited Areas that can vibrate are attached. 2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältniszahl zwischen der Masse eines einzelnen Körpers und der Masse einer Fläche von 1 cm² der Membran 4... 10 beträgt.2. Membrane according to claim 1, characterized in that the ratio between the mass of an individual body and the mass of an area of 1 cm ^{2 of} the membrane is 4 ... 10. 3. Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Körper 6... 10 beträgt.3. Membrane according to claim 1 or 2, characterized in that the number of bodies 6 ... 10 amounts to. 4. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper statistisch über die Membranfläche verteilt sind.4. Membrane according to one of the preceding claims, characterized in that the body are statistically distributed over the membrane area. 5. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper in der Mehrzahl nahe dem Bereich angeordnet sind, der durch die die Wandlung bewirkende Kraft angegriffen wird.5. Membrane according to one of the preceding claims, characterized in that the body in the majority are arranged near the area which is attacked by the force causing the conversion will. 6. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem dämpfungsarmen Werkstoff besteht.6. Membrane according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane consists of a low-attenuation material.