DE69203460T2 - Lautsprecher. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lautsprecher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Herkömmlicherweise besteht die Membran eines derartigen Lautsprechers beispielsweise aus einem steifen Pappkonus. Der äußere Rand der Membran ist in flexibler Weise mit der Rahmenhalterung des Lautsprechers verbunden, wobei die sich in einem Magnetfeld bewegende Schwingspule im Zentrum des Konus angeordnet ist. Heutzutage wird die konische Membran häufig aus Kunststoff-Fasern oder sogar Aluminium hergestellt. Die Aufhängung des Konus erfolgt dabei mittels Rippen an einem Außenrand oder mittels eines Gießteils aus Gummi, das mit diesem Rand verklebt ist sowie mit Hilfe einer flexiblen Halterung oder Gelenkkreuzes, welches mit der Schwingspule verbunden ist. Ein konischer Lautsprecher kann Verzerrungen erzeugen, welche durch Knickverformungen der Membran und durch Druckfronten hervorgerufen werden.
• Gewisse Ausführungen verwenden eine ebene Membran, deren Rand mit dem Lautsprechergehäuse verbunden ist. Eine derartige Ausführungsform ist in der Patentveröffentlichung US 3,509,290 dargestellt. Die ebene Membran wird aus geschäumten Polystyren oder einem anderen vergleichbaren Kunststoff hergestellt. Die Membran weist eine Anzahl mit ihr verbundener Regler auf, wobei jeder für einen eigenen Frequenzbereich zuständig ist. Der Regler im Zentrum der Membran erzeugt üblicherweise die Bassfrequenzen und ein Regler am Rand die hohen Frequenzen. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, daß mehrere Regler verwendet werden müssen für verschiedene Tonfrequenzbereiche und daß ein Verteilungsfilter zur Aufteilung der auftreffenden Signale auf sie erforderlich ist. Die Verwendung mehrerer Regler mit einer Membran bewirkt Überlagerungen zwischen ihnen, welche zu Verzerrungen führen.
• Die Patentveröffentlichung US-A-3,586,121 beschreibt eine Lautsprechermembran, deren Zentrum dünner ist, als die sie umgebenden Bereiche. Diese Membran besitzt eine Vorderfläche, die im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Der Regler ist mit dem mittleren Bereich der Membran verbunden. Die Membran wird aus einem geschäumten Kunststoff, beispielsweise Polysteren hergestellt, mit einer Dicke im Zentrum von üblicherweise 2 bis 3 mm, wobei diese in den umgebenden Bereichen im Bereich von 3 bis 7 mm variiert. Zweck des schwächeren konkaven Bereichs an der vorderen Fläche ist eine Verbesserung der unzureichenden Schallerzeugung bei hohen Frequenzen, welche bei ebenen Membranen beobachtet wurden, die aus geschäumten Kunststoff bestehen. Nachteil eines derartigen Lautsprechers ist jedoch, daß der Kegelstumpf der vorderen Fläche sich im wesentlichen in gleicher Weise wie ein konischer Lautsprecher verhält.
• Die Patentveröffentlichung US-A-1,863,072 beschreibt eine Lautsprechermembran, die einen kreisförmigen zentralen Teil und einen ersten ringförmigen Teil aufweist, welcher mit dem Rand des kreisförmigen Teils verbunden ist und die einen zweiten ringförmigen Teil aufweist, welcher mit dem Außenrand des ersten ringförmigen Teils verbunden ist. Der zweite ringförmige Teil ist mit dem Gehäuse über seinen Außenrand verbunden. Die drei Teile bestehen aus unterschiedlichem Metall und weisen unterschiedliche Dicken auf.
• Die Patentveröffentlichung US-A-3,534,827 beschreibt ein Lautsprechergehäuse, welches eine innere und eine äußere Kammer sowie einen Kanal aufweist, welcher die beiden Kammern miteinander verbindet.
• Die Patentveröffentlichung JP-A-3 220 897 (Patent Abstracts of Japan, Band 15, Nr. 506, E-1148) beschreibt eine Ventilatoranordnung, um Luft durch die Schwingspule strömen zu lassen.
• Ziel der vorliegenden Innovation ist es, einen Lautsprecher zu schaffen mit einem verbessertem Frequenzansprechverhalten über den gesamten hörbaren Frequenzbereich von 16 Herz - 22000 Herz und mit einem erheblich höheren Verhältnis der Leistungsübertragung als bei den bekannten Lautsprechern, wobei nur minimale Verzerrungsanteile bei den erzeugten Tönen auftreten. Dies wird erreicht mit einem erfindungsgemäßen Lautsprecher, wie er im wesentlichen durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.
• Der erfindungsgemäße Lautsprecher weist einen derartigen ebenen Aufbau der vorderen Fläche der Membran auf, daß eine schwingende Membran entsteht, wobei die Membran sich im wesentlichen zu einer kugelförmigen Fläche verformt. Der von einer derartigen vorderen Fläche abgestrahlte Schall wird gleichmäßig verteilt und ist frei von den oben erwähnten Verzerrungen. Der Lautsprecher weist nur einen einzigen Regler auf und erfordert kein Verteilfilter.
• Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Lautsprechergehäuse in ein System von Kammern unterteilt, welche die Schwingung der Membran dämpfen. Dies ermöglicht Luftströme innerhalb des Gehäuses, wodurch die Schwingungen der Membran beeinflußt werden. Luftströmungen innerhalb des Gehäuses werden verkleinert, wenn die Frequenzen höher werden. Zweck dieses Kammersystems ist es, eine Dispersion, sowohl des Luftstroms als auch der fortschreitenden Wellenfront zu bewirken, so daß diese keine regelmäßigen Auswirkungen haben, z. B. in Form von Hintergrundschlägen, welche zu gegebenen Zeitpunkten auftreten. Das Prinzip besteht dabei darin, daß bei niedrigen Frequenzen, wenn sich die Membran langsam bewegt, die Luft Zeit hat, über den gesamten Bereich der rückwärtigen Fläche der Membran zu strömen, während bei hohen Frequenzen ein wesentlicher Strom nur im Zentrum erzielt wird. Dies bedeutet, daß der verbleibende Teil nicht in Bewegung gesetzt wird und die schallerzeugende Fläche auf das Zentrum beschränkt ist. Hingegen ist bei niederfrequenter Schallerzeugung die gesamte Fläche einbezogen.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lautsprechers im einzelnen beschrieben im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung; es zeigen
• Figur 1 einen Querschnitt durch den Lautsprecher;
• Figur 2 den Aufbau des Reglers und
• Figur 3 Ansichten des Lautsprechers von oben, von der Seite und von unten.
• Wie Figur 1 zeigt, weist der Lautsprecher ein Gehäuse 1 auf sowie eine Membran 2, welche entlang ihres Randes mit dem Gehäuse 1 verbunden ist sowie einen Regler 3, der mit der Membran 2 verbunden ist. Die Membran 2 ist mit dem Rand des Lautsprechergehäuses 1 über eine flexible Ringdichtung 13 verbunden, welche als Membranaufhängung dient. Die Ringdichtung ist sowohl in Richtung der Membran 2 als auch senkrecht zur Membran 2 biegbar, bleibt jedoch ständig mit der Membran 2 sowie mit dem Lautsprechergehäuse 1 fest verbunden, um so eine Durchbiegung in einer Richtung senkrecht zur Membran 2 zu erleichtern, wobei eine dünne ausgesparte Stelle an derjenigen Stelle vorgesehen ist, an der die Ringdichtung die Membran 2 berührt, wobei auch eine andere flexible Befestigung der Membran an ihrer Aufhängung vorgesehen sein kann. Das Lautsprechergehäuse 1 ist im wesentlichen verschlossen und weist nur eine kleine Luftzufuhröffnung auf, die auch dazu dient, äußere Luftdruckveränderungen auszugleichen. Das Lautsprechergehäuse kann aus feinkörniger, leicht zu bearbeitender Spanplatte bestehen, wie sie unter dem Handelsnamen MDF-Board bekannt ist. Das Lautsprechergehäuse kann auch durch Spritzen oder Gießen oder auch durch Aussägen von Platten hergestellt werden. Das Lautsprechergehäuse kann aus Holz, Glasfaser oder Kunststoff bestehen, oder aus einem schichtförmigem Aufbau aus Holz oder Faserplatte oder dgl., die miteinander verklebt werden. Das Lautsprechergehäuse 1 kann, wie Figur 1 zeigt, eine geringe Abmessung in einer Richtung senkrecht zur Membran 2 aufweisen, welche erheblich kleiner ist, als die Längsabmessung in der Richtung parallel zur Membran 2.
• Die vordere Fläche 2' der Membran 2, die dem Hörer zugewandt ist, ist eben. Grundsätzlich soll die Membran 2 getrennt für alle Frequenzen in der Form einer Kugelfläche schwingen. Keine andere Flächengestalt wird nämlich sich ausbreitende Wellenfronten zu einem Hörer so gleichmäßig aussenden. Andererseits muß die vordere Fläche 2' der Membran 2 ausreichend steif sein, damit ein auftreffender Schall die gesamte Membran in Bewegung versetzt. Dies bedeutet, daß die Membran 2 nicht zu nachgiebig sein darf. Zugleich muß die Membran 2 eine möglichst geringe radiale Biegsteifigkeit aufweisen, so daß die von der Schwingspule 12 abgegebene Leistung, welche die Membran 2 in Schwingungen versetzt, eine größtmögliche Durchbiegung bewirkt. Die Membran 2 weist einen ersten Bereich 4 auf, an dem die Schwingspule 12 des Reglers 3 befestigt ist. Dieser erste Bereich 4 ist derart, daß er elastische und/oder flexibler ist als der ihn umgebende zweite Bereich 5. Dadurch wird die Bewegung des Reglers 3 in eine Bewegung des zweiten Bereichs 5 mit Hilfe der Übertragung durch den ersten Bereich 4 umgesetzt. In dem in Figur 1 dargestellten Fall wird die Elastizität im ersten Bereich 4 dadurch erzielt, daß dieser dünner ist als der zweite Bereich 5. Es ist vorteilhaft, die Bereiche derart anzuordnen, daß der mittlere Teil der Membran 2 aus dem ersten Bereich 4 besteht und der Rand der Membran 2, der den mittleren Teil 4 umgibt, aus dem zweiten Bereich 5 besteht. Vorzugsweise ist die Membran ein steifes Teil, das beispielsweise aus Kohlenfasern hergestellt wird. Sie kann auch aus einem nicht-elastischem thermo-verformbarem Kunststoff, wie z. B. PVC oder Acryl bestehen, so daß die gewünschte Form leicht herstellbar ist. Andere mögliche Membranmaterialien können Metalle sein, wie z. B. bandförmiger Stahl oder auch hölzerne Platten, z. B. Sperrholz. Die in den Figuren 1 und 3 dargestellte Membran 4 weist eine kreisförmige Gestalt auf, wobei der mittlere Bereich 4 flexibler als die anderen Teile sind. Dies erreicht man, indem der mittlere Teil der rückwärtigen Fläche 2" dünner ist und indem die Dicke der Membran 2 radial nach außen vom mittleren Bereich 4 in Richtung des Umfangs 5 hin zunimmt. Ein geeigneter Durchmesser für die Membran liegt bei 10 bis 50 cm und eine geeignete Dicke bei 0,1 bis 1,5 mm. Die ebene Membran 2 ist scheibenförmig, leicht im Aufbau und ausreichend steif und flexibel. Sie kann auch einen zellenförmigen Aufbau in Querschnittsrichtung bezüglich ihres Radius aufweisen und aus Kohlenstoffasern bestehen. Der wesentliche Punkt des Aufbaus ist jedoch darin zu sehen, daß entweder die Masse oder die Steifigkeit als Funktion des Radius zunimmt, so daß die Eigenschaft der Membran, hochfrequente Schwingungen auszuführen, ausgehend vom mittleren Bereich 4 in Richtung des Umfangs 5 hin abnimmt. Beträgt der Radius der kreisförmigen Membran z. B. 20 cm, so ist das folgende Dickenprofil geeignet: die dünnste Stelle erstreckt sich ungefähr 1 bis 2 cm vom Rand der Schwingspule 12 nach außen, deren Durchmesser ungefähr 2 cm beträgt und die mit dem Mittelpunkt der Membran verklebt ist.
• Ausgehend von diesem Abstand nimmt die Dicke der Membran zu bis sie ihren größten Wert in einem Abstand von etwa 7 bis 8 cm vom Mittelpunkt erreicht. Von dieser Stelle aus bleibt die Dicke der Membran im wesentlichen gleich. Die Membran 2 kann auch ellipsenförmig sein, wobei in diesem Fall die Kammer innerhalb des Lautsprechergehäuses 1 ebenfalls im wesentlichen ellipsenförmig ist. Eine elliptische Membran stellt eine ökonomische Anordnung dar, um ein breiteres Schallwellensegment im Raum zu erzeugen.
• Die Schwingspule 12 des Reglers 3 ist mit der Membran 2 im mittleren Bereich 4 verbunden. Der mittlere Bereich 4 der Membran 2 muß sehr leicht, jedoch ausreichend steif sein, um Schwingungen zweiter Ordnung bei jeglicher Frequenz zu vermeiden. Die Membran 2 kann auch mit einer Luftöffnung in ihrem Mittelpunkt versehen sein, um einen freien Druckausgleich in der Kammer zu ermöglichen. Die Abmessung dieser Öffnung muß sorgfältig bemessen sein und muß klein genug sein bezüglich der Wellenlänge, selbst der höchsten zu erzeugenden Frequenzen.
• Die Schwingspule 12 wird mit der Membran 2 z. B. über ein selbstklebendes Kissen, Klebstoff, Heißklebstoff oder auch eine Schraube verbunden. Die Schwingspule kann mit der Membran 2 auch mit einer beliebigen anderen Verbindungsanordnung verbunden werden. Die Schwingspule 12 ist typischerweise eine zylindrische Spule mit einem Durchmesser von ungefähr 20 mm, welcher die Ausgangsleistung des Tonfrequenzverstärkers üblicherweise direkt zugeführt wird. Der Kern der Spule kann z. B. aus dem gleichen Material wie die Membran bestehen und sogar gleichzeitig mit ihr hergestellt werden, so daß er ein Teil dieser Einheit ist. Um das Gewicht zu verringern, kann die Schwingspule 12 aus Aluminiumdraht gewickelt werden. Bei gleichbleibendem Widerstand nimmt das Drahtvolumen zu. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um die strukturelle Steifigkeit der Spule zu verbessern. Dies bedeutet, daß die Schwingspule nicht notwendigerweise einen getrennten Spulenkörper aufweisen muß. Der Draht kann einen quadratischen oder oktagonalen Querschnitt aufweisen. Dies bewirkt eine geringfügige Zunahme des Widerstandes von etwa 30 %, wohingegen das Gewicht der Spule um 70 % verringert wird, wodurch eine erhebliche Verbesserung bei der Wiedergabe von höheren Frequenzen erreicht wird. Dies führt zum gleichen Effekt, wie eine Gewichtsverringerung des mittleren Teils der Membran.
• Die Leistung kann der Schwingspule 12 über extrem dünne Bandleiter zugeführt werden, die auf die hintere Fläche 2" der Membran aufgeklebt oder aufgedampft werden. Die Leistung wird diesen Leitern, beispielsweise über Federkontakte 16 zugeführt, während die Leistungsübertragung zum Lautsprecher insgesamt über den Anschluß 17 erfolgt. Die Schwingspule 12 bewegt sich innerhalb eines maximal homogenen magnetischen Feldes, das beispielsweise von einem Permanentmagneten erzeugt wird. Die Schwingspule 12 führt maximale Verschiebungen von ±3 mm durch. Wie Figur 1 zeigt, wird der Permanentmagnet so nahe wie möglich an der Membran angeordnet.
• Der Aufbau eines typischen magnetischen Reglers 3 ist in Figur 2 dargestellt. Die Verbindung der zylindrischen Schwingspule 12 mit der Membran weist dabei ein steifes Bauteil 19 auf, welches verhindert, daß das Endstück bei hohen Frequenzen Resonanzschwingungen ausführt. Die langgestreckten Öffnungen 15 durchsetzen den Aufbau. Das Bauteil 21 im magnetischen Kreis des Reglers 3 kann vorzugsweise einstückig ausgebildet sein. Sein Gegenstück 20 ist derart geformt, daß das Magnetfeld in der Luftöffnung so homogen wie möglich ist. Die Befestigungsschrauben des flexiblen Grundteils 23 und des Reglers 3 sind einstellbar für eine genaue Ausrichtung des Reglers, so daß die Schwingspule 12 symmetrisch im Luftspalt des Magneten angeordnet werden kann. Der kreisförmige S-Pol des Permanentmagneten, welcher aus dem oben erwähnten magnetischen Bauteil 21 besteht, ist innerhalb der sich bewegenden Schwingspule 12 angeordnet. Luftöffnungen 15 sind in der Schwingspule vorgesehen, um eine freie Luftströmung in die Schwingspule 12 hinein und aus ihr heraus zu ermöglichen, ohne daß dieser Luftstrom die Bewegung der Schwingspule 12 beeinträchtigt. Der N-Pol des Permanentmagneten des Reglers 3, welcher den oben erwähnten S-Pol umgibt, kann aus einem ringförmigen Bauteil 20 aus Weicheisen bestehen, an dem das magnetische Teil 22 (z. B. aus Feroxdur) befestigt ist, welches den magnetischen Fluß erzeugt. Der Regler 3 ist mit dem Grundteil des Lautsprechergehäuses 1 über ein flexibles Teil 23 derart verbunden, daß die Relativstellungen der Schwingspule 12 und des Reglers 3, z. B. mittels drei Schrauben exakt einstellbar sind.
• Anstelle des oben beschriebenen elektromagnetischen Prinzips kann für den Regler 3 auch das kapazitative, piezoelektrische oder magnetostriktive Prinzip verwendet werden. Der Lautsprecher kann einen Speisetransformator 28 aufweisen, der in einem Raum unterhalb der Abdeckung 27 angeordnet ist. Abgesehen von der lmpedanzanpassung nimmt der Transformator 26 auch einen Ausgleich zwischen der Erzeugung der verschiedenen Frequenzbereiche vor.
• Das Kammersystem 6 auf der hinteren Fläche 2" der Membran 2 sollte ausreichend groß sein, damit die durch die Bewegung der Membran hervorgerufenen Volumenänderung den statischen Luftdruck in der Kammer nicht wesentlich beeinflußt. Bei einer erheblichen Veränderung des statischen Luftdrucks von mehr als 10 % würden die Druckzunahmen- und abnahmen bei verschiedenen Halbzyklen zu Nicht-Linearitäten bei der Form der erzeugten akustischen Halbwellen führen.
• Die Empfindlichkeit der Membran 2 bezüglich der Bewegung wird durch die Menge an Luft bestimmt, welche die hintere Fläche 2' der Membran 2 berührt; ein großes Luftvolumen im Lautsprechergehäuse 1 erhöht die Bewegungsempfindlichkeit. Die Bewegungsempfindlichkeit ist auch eine Funktion der Frequenz relativ zu der hinter der Membran angeordneten Hintergrundluft.
• Die Menge der mit der hinteren Fläche 2" der Membran 2 im Lautsprecher wird erfindungsgemäß durch ein spezielles Kammersystem 6 eingestellt. Das Kammersystem 6 beeinflußt die Art der Bewegung der verschiedenen Abschnitte der Membran in gewünschter Weise. Das Kammersystem 6 und der zugehörige Aufbau sind derart gewählt, daß die verschiedenen Bereiche der Membran in der gewünschten Art und Weise reagieren.
• Das Kammersystem 6 besteht aus drei Kammerbereichen, die voneinander durch Dämpfer 10 und 11 getrennt sind. Die erste oder vordere Kammer 7 befindet sich direkt hinter der Membran. Die vordere Kammer 7 wird durch einen Vorsprung 14 begrenzt, der sich von den Rändern des Lautsprechergehäuses 1 gegenüber der Membran 2 zum mittleren Bereich 4 und dem ersten Dämpfer 10 erstreckt, der zwischen dem Vorsprung 14 und dem Regler 3 angeordnet ist. Auf der anderen Seite des Dämpfers 10 befindet sich die mittlere Kammer 8, die durch den zweiten Dämpfer 11 von der rückwärtigen Kammer 9 getrennt ist. Zweck des Kammersystems 6 ist es, zusammen mit der Membran 2 dahingehend zu wirken, daß die Schwingung des Umfangsbereiches 5 der Membran 2 bei einer hochfrequenten Bewegung durch den Regler 3 begrenzt wird und die Ausbildung von konstanten Reflexionen und Resonanzschwingungen zu vermeiden. Dieser Begrenzungseffekt wird erzielt durch Verlangsamung der oszillierenden Wellenfront und des Luftstromes, der durch die Schwingung der Membran 2 erzeugt wird. Zur Verhinderung der Bildung von konstanten Reflexionen und Resonanzen weisen die Kammerwände gebogene Gestalt auf. Schwingende Wellenfronten durchsetzen die mittlere Kammer 8 zu den Zeiten, zu denen die Membran 2 schwingt in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher die Membran zu einem gegebenen Zeitpunkt schwingt. Bewegt sich die Membran 2 nach oben, so fließt Luft aus der hinteren Kammer 9 durch die mittlere Kammer 8 in die vordere Kammer 7, und bei einer Abwärtsbewegung der Membran, in entgegengesetzter Richtung. Das Kammersystem 8 ist so ausgelegt, daß der von der Wellenfront und der Luftströmung von der hinteren Kammer 9 zum unteren Abschnitt 5, des Umfangsbereiches 5 der Membran 2 genommene Weg der längere Weg ist. Dies bewirkt, daß der Umfang 5 keine Schwingungen ausführt. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kammersystem 6 symmetrisch um die Senkrechte auf den Mittelpunkt der Membran 2 verteilt, wohingegen die Kammern konzentrisch verlaufen. Der Vorsprung 14, der sich vom Rand des Lautsprechergehäuses aus zum mittleren Bereich 4 erstreckt, ist auf der der vorderen Kammer 7 zugewandten Seite abgeschrägt. Dadurch wird der Raum 5, im Umfangsbereich 5 unterhalb der hinteren Fläche 2" der Membran 2 in Richtung der Ränder des Lautsprechergehäuses 1 enger. Die Länge des Vorsprungs 14 ist derart bemessen, daß der Abstand zwischen seinem vorderen Rand und der Mittenlinie (a) des Lautsprechergehäuses 1 senkrecht zur Membran 2, beispielsweise den Wert 0,4-0,7 r annimmt, wobei r der Abstand der Mittenlinie vom Rand der Membran 2 ist. Da das Lautsprechergehäuse 1 eine massive Einheit ist, muß das Kammersystem 6 z. B. mit Hilfe einer Drehbank eingearbeitet werden.
• Die mittlere Kammer 8 ist von der vorderen und hinteren Kammer 10 bzw. 11 durch den Schall absorbierende und/oder den Luftstrom verzögernde Dämpfer 10 und 11 getrennt, z. B. Schichten aus isolierendem Material oder dgl. Die Abmessungen der als Dämpfer 10 und 11 wirkenden Teile sind so bemessen, daß eine akustische Resonanz beim Auftreten beliebiger konstanter Frequenzen vermieden wird. Die beiden Dämpfer 10 und 11 können auch aus verschiedenen Materialien bestehen.
• Der äußere Aufbau des Lautsprechers ist in Figur 3 dargestellt. Diese Figur zeigt die Bereiche 4 und 5 der Membran. Aus ästhetischen Gründen kann auch beispielsweise eine rechtwinklige Form gewählt werden.
• Im nachfolgenden wird eine kurze Funktionsbeschreibung der Schwingungsbewegungen der Membran bei verschiedenen Frequenzen gegeben. Überträgt die Schwingspule 12 des Reglers 3 eine hochfrequente Schwingung der Membran 2, so beginnt diese an denjenigen Stellen zu schwingen, an denen sie die größte Flexibilität aufweist, d. h. im mittleren Bereich 4. In diesem Fall ist die Schwingungsfläche der mittlere Bereich 4 der Membran 2, welche eine im wesentlichen kugelförmige Schallwelle in einen bestimmten Sektor abstrahlt. Das Ausbreiten der hochfrequenten Schwingung auf den Randbereich 5 wird verhindert, nicht nur durch die zunehmende Steifigkeit der Membran, sondern auch durch die Tatsache, daß die Wellenfronten und Luftströmungen des Kammersystems eine Schwingung des Randbereiches 5 verhindern. Bei Verringerung der Schwingungsfrequenz wird ein zunehmend größerer Anteil der Membran 2 in die Schwingung einbezogen. Dies wird durch die Tatsache gefördert, daß der Effekt des Kammersystems 6 bezüglich der Schwingungsunterdrückung in der Membran 2 verringert wird, während die Periode der Schallwellen bei niedrigeren Frequenzen länger wird. Während einer derartigen Schwingungsbewegung steigt der mittlere Bereich 4 der Membran zuerst an. Dies bewirkt einen kugelförmigen Wellenbereich in der Membran 2, der sich mit einem vorgegebenen Raumradius zunimmt. Da die Schallwellenabstrahlung in einem kugelförmigen Sektor zunimmt, jedoch in einer Ebene erzeugt wird, erfaßt sie nicht die gesamte Kugeloberfläche zugleich, sondern mit einer gewissen Verzögerung. Dies bedeutet, daß die Schwingung zuerst im mittleren Bereich 4 erzeugt wird und dann die Fläche außerhalb in den schwingenden Zustand übergeht. Das Ergebnis ist, daß eine Schallwelle in den äußersten Bereichen der Membran erst mit einer bestimmten Verzögerung auftritt, d. h. daß ein niederfrequenter Schall über einen längeren Zeitraum erzeugt wird als es seiner Periodizität entspricht. Die Masse der Membran 2 muß als Funktion des Radius zunehmen, so daß die höheren Frequenzen mit zunehmender Höhe abnehmen. Da der Lautsprecher außerdem das Kammersystem 6 aufweist, müssen die im Lautsprechergehäuse auftretende Wellenfront und die Luftströmungen zur Schwingung der Membran 2 im Lautsprechergehäuse 1 hinzuaddiert werden, wie es oben erwähnt wurde. Der erfindungsgemäße Lautsprecher kann entweder mechanisch oder elektronisch abgestimmt werden. Die mechanische Abstimmung kann erfolgen, z. B. durch Anbringung eines aufgemalten Streifens an einer bestimmten Stelle der Membran 2 oder eine entsprechende Erhöhung oder Verringerung der Masse oder der Dicke, durch welche die Schwingungseigenschaften der Membran beeinflußt werden und damit die Qualität der Tonerzeugung in einem bestimmten Frequenzbereich.
• Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt viele Variationen innerhalb des Schutzbereiches der Patentansprüche. Das Vorsehen eines dünneren Teils der Membran kann ergänzt oder vollständig ersetzt werden, z. B. durch mit ihr verbundene Aussteifungen oder durch dickere Stellen oder dgl., mittels derer die Elastizität oder Flexibilität der einzelnen Abschnitte der Membran beeinflußt werden können. Die Steifheit der Membran nimmt dabei vom mittleren Bereich nach außen hin zu, wobei die Biegesteifigkeit im allgemeinen in radialer Richtung größer als in senkrechter Richtung ist. Dies bedeutet, daß die Steifigkeit eines langgestreckten Membranteils an einer gegebenen Membranstelle in radialer Richtung unterschiedlich ist von derjenigen in einer Richtung senkrecht zu ihr. Dieser Unterschied nimmt in Richtung zum mittleren Bereich ab, bis er verschwindet. Die Steifigkeit des mittleren Bereichs ist damit im wesentlichen unabhängig von der Richtung, d. h. isotrop. Ein derartiger Aufbau ist leicht herstellbar, z. B. mittels radialer Versteifungen oder Nuten auf der Rückseite der Membran. Diese können aus Fasern, Nuten, Schlitzen, Öffnungen, etc. bestehen. Die Membran kann auch einen sektormäßigen oder laminierten Aufbau aufweisen. Die Membran kann auch aus einem porösem Material bestehen mit der notwendigen ausgerichteten Steifigkeit. Die Nuten können kreisförmig sein, insbesondere im Umfangsbereich.
• Es ist auch möglich, die Rückfläche der Membran mit einem System von radialen Nuten, z. B. einer Breite von 0,1-2 mm zu versehen, die in der Nähe des dünnen zentralen Bereiches beginnen und sich kontinuierlich bis zum Rand der Membran oder bis in seine Nähe erstrecken. Die Tiefe dieser Nuten kann bei 0 beginnen in der Nähe des Zentrums und in Richtung des Randes zunehmen, wobei sie bis zu 95 % der Dicke der Membran betragen kann. Die Nuten können auch zunehmende Biegungen aufweisen, nachdem sie denjenigen Bereich durchsetzt haben, in dem die mittleren Frequenzen erzeugt werden und ab da parallel zum Rand der Membran verlaufen, wobei sie sich an diesen langsam annähern. Die Breite der Nuten kann ebenfalls einstellbar sein, so daß sie mit dem Radius der Membran oder mit der Erzeugungsfläche variieren.
• Die Membran 2 kann auch auf beiden Seiten 2' und 2" mit Nuten versehen sein, wobei die Nuten auf den beiden Seiten entweder örtlich zusammenfallen oder abwechselnd auf beiden Seiten angeordnet sind. Abwechselnde Nuten haben die Wirkung, daß die imaginären, rund im die Membran laufenden Ringe elastisch sind und eine größere Querbewegung der Membran bei gleicher Schwingspulenleistung ermöglichen, wodurch der niedrige Frequenzbereich hervorgehoben wird. Zugleich wird die Quersteifigkeit aufgrund der radialen Nutrichtung beibehalten. Die Nuten selbst können ebenfalls kreisförmig sein und die Membran umrunden, vor allem im Umfangsbereich. Sie bieten den Vorteil, daß die Membran mit geringer Leistung bewegt wird, da sie an ihren Rändern ausgedehnt wird. Auch dieses verbessert die Schallerzeugung, d. h. die Empfindlichkeit für niedrige Frequenzen. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn eine gute Basserzeugung mit kleinem Lautsprecher erwünscht wird. Diese Nuten können bereits beim Gießen oder einem anderen Bearbeitungsschritt oder durch ein Korrosions- oder Atzverfahren erzeugt werden. Im Falle von Kohlenstoffasern- Membranen kann die Wirkung des gleichen Effekts erzielt werden durch Veränderung der Eigenschaften des Verbundstoffes, so daß das Material in Abhängigkeit seiner Anordnung zu den Nuten nur in einer bestimmten Richtung elastisch ist.
• Zweck der Nuten ist es, daß die gleiche elektrische Leistung in der Schwingspule eine größere Ablenkung der Membran ermöglicht aufgrund der kreisförmigen Membransteifigkeit, d. h. daß die Auswirkung in einer Richtung senkrecht zu den Radien der Membran verringert wird. Eine Steifigkeit in dieser Richtung erhöht die zur Durchbiegung der Membran erforderliche Leistung.

Claims (16)

1. Lautsprecher mit einem Lautsprechergehäuse (1), einer mit ihren Rändern an dem Lautsprechergehäuse befestigten Membran (2), die eine dem Hörer zugewandte vordere Fläche (2') und eine dem Lautsprechergehäuse (1) zugewandte hintere Fläche (2") besitzt, und einem der Membran (2) zugeordneten regler (3), der das ihm zugeführte elektrische Signal in eine Bewegung der Membran (2) umwandelt, um einen dem Signal entsprechenden Schall zu erzeugen, wobei die Membran (2) einen dem Regler (3) benachbarten, ersten Bereich (4) aufweist, der so beschaffen ist, daß er elastischer und/oder flexibler als ein zweiter Bereich (5) ist, der außerhalb des ersten Bereiches (4) liegt, so daß die Bewegung des Reglers (3) über den ersten Bereich auf eine Bewegung des zweiten Bereiches (5) der Membran (2) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Fläche (2') der Membran (2) eine ebene Fläche ist.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4) dünner als der zweite Bereich (5) ist.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich im wesentlichen der zentrale Bereich (4) der Membran (2) ist und daß der zweite Bereich der den zentralen Bereich (4) umgebende Umfangsbereich (5) der Membran (2) ist.

4. Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran (2) radial von der Mitte des zentralen Bereiches (4) nach außen zu dem Umfangsbereich (5) zunimmt.

5. Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Fläche (2") der Membran (2) Rillen enthält, die radial in dem Teil angeordnet sind, der dem zentralen Bereich (4) am nächsten liegt.

6. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran (2) weniger als 2 mm beträgt.

7. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lautsprechergehäuse (1) durch ein die Bewegung der Membran (2) dämpfendes Kammersystem (6) unterteilt ist.

8. Lautsprecher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem (6) den durch die Bewegung der Membran (2) und insbesondere ihres Umfangsbereiches (5) bewirkten Luftstrom verzögert.

9. Lautsprecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem (6) mindestens zwei Kammern (7, 8, 9) aufweist, die in die Mitte des Lautsprechergehäuses (1) münden.

10. Lautsprecher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem (6) eine durch die hintere Fläche (2") der Membran (2) begrenzte vordere Kammer (7) eine durch den Rand des Lautsprechergehäuses (1) begrenzte hintere Kammer (9) und eine die vordere und die hintere Kammer miteinander verbindende mittlere Kammer (8) aufweist.

11. Lautsprecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lautsprechergehäuse (1) einen Vorsprung (14) besitzt, der die hintere Kammer (9) von der vorderen Kammer (7) trennt und einen der vorderen Kammer (7) zugewandten abgeschrägten Rand aufweist, durch den die vordere Kammer (7) in Richtung auf den Rand des Lautsprechergehäuses (1) enger wird.

12. Lautsprecher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen dem vorderen Rand des Vorsprunges (14) und einer zentralen Senkrechten der Membran (2) in dem Lautsprechergehäuse (1) in einer Querschnittsebene, die sich parallel zu der zentralen Senkrechten der Membran (2) und durch diese erstreckt, 0,4 bis 0,7 r ist, wobei r der Abstand der zentralen Senkrechten von dem Rand der Membran (2) ist.

13. Lautsprecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kammer (8) von der vorderen und der hinteren Kammer (7, 9) durch den Schall absorbierende und/oder den Luftstrom verzögernde Dämpfer (10, 11), z.B. Schichten aus Isoliermaterial, getrennt ist.

14. Lautsprecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an die vordere Kammer (7) grenzende Wand des Reglers (3) eine gebogene Form aufweist.

15. Lautsprecher nach Anspruch 1, in dem der Regler (3) eine an der Membran (2) befestigte Schwingspule (12) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) und die Schwingspule (12) eine Einheit bilden.

16. Lautsprecher nach Ansprüchen 3 und 10, in dem der Regler (3) eine an der Membran (2) befestigte Schwingspule (12) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingspule (12) Luftlöcher (15) enthält, die den Luftdurchtritt von unterhalb des zentralen Bereiches (4) der Membran (2) zu der vorderen Kammer (7) erleichtern.