EP2213106B1 - Flachmembranlautsprecher - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a loudspeaker system in which the membrane of the loudspeaker has a defined material thickness, in particular in its edge region, and has an asymmetrical suspension about the mechanical rest position of this membrane in the form of one, preferably two mirrored, identical components and at least 50% of the rearward sound radiation. is realized by the interior of a magnet system;
- the invention further relates to the use of the speaker system as speakers or in radios, televisions, radio receivers, walkie talkies, test receivers, mobile phones and headphones or the like.
- a speaker is in the narrower sense a device by which low-frequency electrical signals are converted into sound.
- speakers are sometimes subsumed under the term sound transducer or speaker.
- Sound generally refers to sounds, sounds, sounds or other types of sounds that can be audibly perceived by humans or animals. Since loudspeakers are used in all areas of life, such as in the cinema, in televisions, but especially in headphones or hand-held radios, loudspeakers exist in various sizes and designs and, above all, in very different qualities. For the size of the speakers, in particular for the size of the loudspeaker diaphragm, the higher the sound to be generated, the smaller the dimensions, which are associated with numerous other problems.
- Speakers are also referred to in the art as chassis or drivers, although these terms refer to only certain device elements of a speaker system, such as the so-called basket or membrane drive.
- the predominant design of the loudspeakers is the electrodynamic loudspeaker with central drive.
- the membrane is driven by the interaction between electric current and a DC magnetic field.
- a current-carrying coil is located in the magnetic DC field of the magnet.
- the known electrodynamic loudspeaker has a central voice coil, but forms with decentralized drives have also been described.
- the sound emitted by the dust cap in the direction of the pole core does not spread optimally through the narrow pole core bore or the ventilation holes in the diaphragms and voice coil bobbins.
- FIG JP 60 09 1798 A Another embodiment of conventional prior art loudspeaker chassis are coaxial loudspeakers as in FIG JP 60 09 1798 A described, which additionally have a tweeter, which is placed in the region of the low-midrange diaphragm.
- the object of the invention was therefore to provide a loudspeaker system which does not have the disadvantages of the prior art and in particular has good performance parameters.
- an electrodynamic loudspeaker chassis which has either a one-piece symmetrical (FIG. 2 (5)) or a mirror-symmetrical design of at least two parts constructed, flexible membrane suspension (see FIGS. 1 (4), 2 (4)).
- a suspension that is axisymmetric about the mechanical rest position is provided in the form of one or two mirrored, identical components (see FIG. 2 ).
- the compliant suspension is advantageous if it is perfectly symmetrical.
- the term of perfectly symmetrical suspension is known to one of ordinary skill in speaker technology or acoustics; He knows what is to be understood in the field of his art as a perfectly symmetrical suspension.
- the membrane which is fixed by the described symmetrical suspension, at the outer diameter of the membrane (outer diameter) has at least such a thickness as in the region of the center of the membrane, wherein the membrane thickness or the Membrane thickness in the edge area, d. H. in the outer diameter of the membrane, more than 10% of the membrane diameter is.
- the membrane thickness is more than 1 cm at the outer diameter of the membrane.
- the membrane thickness in the region of the center of the membrane could have half a centimeter.
- the larger edge thickness of the membrane than the prior art which thus means a departure from the conventional, allows a symmetrical suspension of these in the form of one or two mirrored, substantially identical components.
- the combination of the technical features of the suspension according to the invention with those of the membrane thickness on the outer diameter of the membrane leads to a particularly improved loudspeaker.
- a membrane which is very thick at least in the edge region advantageously enables a suspension with a particularly low jamming, in particular a symmetrical suspension (see also FIG FIGS. 1 and 2 ).
- a voice coil according to the invention represents the drive unit for the speaker. It consists of a thin wire which is wound on a voice coil former. The voice coil dips into the air gap of the permanent magnet or electromagnet, in which there is a magnetic field. The bobbin is connected to the membrane unit of the speaker. The magnetic alternating field, which builds up due to current flow, moves the voice coil with the diaphragm forwards and backwards and thus makes it possible to transduce the voltage vibrations and air vibrations.
- the very large voice coil in relation to the diaphragm diameter allows a reduction of the dynamic compression by voice coil heating.
- a very large, circular voice coil preferably means one which reaches into the region of the edge of the membrane, for example in that the voice coil diameter is at least 75% of the membrane diameter.
- the diameter of the membrane and voice coil is the same size in a preferred embodiment; However, it may be provided in other preferred variants of the invention that the diameter of the voice coil is greater than that of the membrane.
- the tweeter inside the magnet system radiates the sound through an opening in the membrane of the woofer.
- a tweeter which is arranged centrally in the woofer membrane, is located within the magnet system.
- the tweeter may be, for example, a product, as in the DE 20 2004 015 635 111 is described.
- the loudspeaker system according to the invention additionally comprises a tweeter
- this combined loudspeaker system has an outer and an inner suspension (FIG. 2 (4, 5, 17)).
- the terms of the inner or outer suspension are self-explanatory to those skilled in the art.
- a tweeter is placed in a woofer membrane, there is on the one hand an outer edge of the woofer membrane and on the other hand also an outer edge of the tweeter membrane, the latter being at least partially surrounded by the woofer membrane.
- the outer suspension would serve to center or position the diaphragm for the mid and low frequencies.
- At least one region at the outer edge of the membrane, on which the outer suspension (bead) is arranged formed by an elastic, open-pore or closed-cell foam, which is preferably permanently elastic.
- an elastic, open-pore or closed-cell foam which is preferably permanently elastic.
- the membrane for the low and mid-tone regions is positioned or centered with a fabric such as acrylic, nomex and / or cotton fabric in combination with phenolic and / or epoxy resin or by a rubber construction in the form of a suspension ,
- the magnet system comprises at least one magnet preferably from the group comprising a samarium cobalt magnet, a cerium-cobalt magnet, an aluminum-nickel-cobalt magnet, a ferrite magnet and / or preferably a neodymium magnet.
- the loudspeaker system according to the invention preferably has a membrane, which is designed in particular as a sandwich membrane, which can be formed stiff by the combination of core material and cover layers.
- the core material preferably has a honeycomb structure and can be formed, for example, from aramid fibers, paper, polyester, polypropylene or aluminum.
- the cover layers of the membrane may be fiber materials, metal foils and / or. Include plastic films.
- the fiber materials may be, for example, paper or cotton.
- the fabric When using fabrics of carbon, glass or aramid fibers, the fabric must have a matrix-like structure on at least one side, which can be produced, for example, from thermoplastics or thermosets.
- Fibers are embedded in the matrix, i. H.
- the fibers are spatially fixed, which allows a load input and output.
- the matrix supports the fibers. The load is transferred by the adhesion between fiber, matrix and core.
- the fibers may be, for example, aramid, carbon, polyester, nylon, polyethylene, ceramic, glass, drilling, flax, hemp and / or other fibers.
- An example of the mechanical rest position perfectly symmetrical suspension in the form of two mirrored identical suspensions allows the construction of an advantageous speaker system.
- a voice coil of similar size to the diaphragm diameter and voice coil carrier (6, 7) for reducing the dynamic compression caused by voice coil heating additionally improves the exemplary loudspeaker system.
- the external magnet system (10, 11, 12) consists of individual magnet segments or a closed ring to ensure a main sound radiation through the center of the magnet construction with very low air compression.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem, in welchem die Membran des Lautsprechers insbesondere in ihrem Randbereich eine definierte Materialdicke aufweist und eine um die mechanische Ruhelage dieser Membran achssymmetrische Aufhängung in Form von einer, bevorzugt zwei gespiegelten, identischen Komponenten besitzt und die rückwärtige Schallabstrahlung zu mindestens 50% durch den Innenraum eines Magnetsystems realisiert wird; die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des Lautsprechersystems als Lautsprecherboxen oder aber bei Radios, Fernsehern, Rundfunkempfängern, Handsprechfunkgeräten, Messempfängern, Mobiltelefonen sowie Kopfhörern oder ähnlichem.
- Ein Lautsprecher ist im engeren Sinne eine Vorrichtung, durch welche niederfrequente elektrische Signale in Schall umgewandelt werden. Ganz allgemein werden Lautsprecher manchmal auch unter dem Begriff Schallwandler oder Speaker subsumiert. Schall bezeichnet im allgemeinen Geräusche, Klänge, Töne oder andere Schallarten, wie sie von Menschen oder auch von Tieren auditiv wahrgenommen werden können. Da Lautsprecher in allen Lebensbereichen wie beispielsweise im Kino, beim Fernseher, aber speziell auch in Kopfhörern oder Handsprechfunkgeräten eingesetzt werden, existieren Lautsprecher in verschiedenen Größen und Ausführungen und vor allem in sehr verschiedenen Qualitäten. Für die Größe der Lautsprecher, insbesondere für die Größe der Lautsprechermembran, gilt: Je höher der zu erzeugende Ton, desto kleiner die Abmessungen, womit zahlreiche andere Probleme verbunden sind.
- Lautsprecher werden im Stand der Technik auch als Chassis oder Treiber bezeichnet, obwohl diese Begriffe nur bestimmte Vorrichtungselemente eines Lautsprechersystems bezeichnen, beispielsweise den sogenannten Korb oder den Membranantrieb.
- Das Grundprinzip zahlreicher im Stand der Technik bekannter Lautsprecher basiert auf einer Wandlung elektrischer Energie in Schallwellen durch das Zusammenspiel mindestens einer Membran, eine Aufhängung dieser, ein Magnetsystem und einer Schwingspule, wie es beispielsweise in
WO 98 47 317 A GB 23 35 821 A - Diese Membranen erzeugen mithilfe einer mechanischen Schwingung die auditiv wahrnehmbaren Signale. In den meisten Fällen sollen diese Elemente als Kolbenstrahler wirken; die Membran soll also ganzflächig und gleichmäßig bewegt werden. Im Stand der Technik wird ausgeführt, dass dies im allgemeinen nur bei tiefen Frequenzen zu erreichen ist, deren Wellenlänge im Verhältnis zur Membrandurchmesser groß ist.
- Die überwiegende Bauform der Lautsprecher ist der elektrodynamische Lautsprecher mit zentralem Antrieb. Bei diesem wird die Membran durch die Wechselwirkung zwischen elektrischem Strom und einem magnetischen Gleichfeld angetrieben. Eine stromdurchflossene Spule befindet sich im magnetischen Gleichfeld des Magneten. Der bekannte elektrodynamische Lautsprecher hat eine zentrale Schwingspule, aber es sind auch Formen mit dezentralen Antrieben beschrieben worden.
- Dynamische Lautsprecher oder dynamische Konuslautsprecher werden so konstruiert, dass eine dünne, trichterförmige Membran am äußeren Membranrand und indirekt über die mechanische Verbindung mit einem Schwingspulenträger elastisch aufgehängt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser, Materialien und Ausformungen der Aufhängungen entstehen unterschiedliche Nachgiebigkeiten, in Abhängigkeit von Bewegungsrichtung und Hub. Bei einigen Lautsprecherchassis findet man anstelle der trichterförmigen Membran auch kuppelförmige oder flache Membranen, die bezüglich der Einspannungen aber im Stand der Technik die gleichen Eigenschaften aufweisen. Bei all diesen Membranen wird angestrebt, die maximale Materialstärke im Bereich der Schwingspule zu erreichen und im Randbereich eine möglichst geringe Membrandicke.
- Ein weiteres charakteristisches Merkmal herkömmlicher Lautsprecherchassis ist die rückwärtige Schallabstrahlung der Lautsprechermembran, wobei der Schall typischerweise zu großen Teilen außen am Magnetsystem vorbeigeführt wird (veranschaulicht in den
Figuren 3 und 4 ). Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn ein Chassis mit großer Schwingspule und/oder großem Magneten erforderlich ist. In diesem Falle entstehen schädliche Reflektionen und Schallbrechungen am Magnetsystem. - Außerdem breitet sich der von der Staubschutzkappe Richtung Polkern abgestrahlte Schall durch die enge Polkernbohrung oder die Belüftungslöcher in den Membranen und Schwingspulenträgem nicht optimal aus.
- Dies hat nichtlineare mechanische Verluste und bei größerer Membranauslenkung Störgeräusche zur Folge. Bei kleinen Lautsprechern wiederum sind die Öffnungen in dem Korb sehr kurz, so dass der Einbau in eine Schallwand diese fast verschließt (siehe
Figur 4 ). Im Stand der Technik wird die Schallwandöffnung auf der Innenseite angeschrägt; wegen des entstehenden Schallkanals mit den störenden Kanten kann aber nicht vermieden werden, dass der Frequenzgang des Chassis durch den Einbau deutlich deformiert wird. - Eine weitere Ausführungsform herkömmlicher Lautsprecherchassis nach Stand der Technik sind Koaxiallautsprecher wie in
JP 60 09 1798 A - Bei üblichen Lautsprechern sind außerdem die Schwingspulen im Verhältnis zum Membrandurchmesser relativ klein, was eine erhebliche temperaturbedingte Dynamikkompression zur Folge hat. Die im Stand der Technik beschriebenen Versuche durch innerhalb der Schwingspule liegende Magnete größere Schwingspulen zu ermöglichen haben wiederum schwierige Strömungsverhältnisse zur Folge und stellen daher bisher keine adäquate Lösung des Problems dar.
- Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Lautsprechersystem bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und das insbesondere gute Leistungsparameter aufweist.
- Es war völlig überraschend, dass das erfindungsgemäße Problem mit einem Lautsprechersystem gelöst werden kann, welches mindestens eine Membran, eine Aufhängung dieser, ein Magnetsystem und eine Schwingspule umfasst, wobei die Aufhängung der Membran im Wesentlichen achssymmetrisch um die mechanische Ruhelage in Form von einer, bevorzugt zwei gespiegelten, identischen Komponenten erfolgt. Das Lautsprechersystem umfasst mindestens eine Membran, eine Aufhängung dieser, ein Magnetsystem und eine Schwingspule, wobei
- a) die Membran eine um die mechanische Ruhelage dieser Membran achssymmetrische Aufhängung besitzt und
- b) die Membran am äußeren Durchmesser eine Stärke von mehr als 10% des Membrandurchmessers aufweist und
- c) die rückwärtige Hauptabstrahlung mindestens zu 50% durch den Innenraum des Magnetsystems erfolgt.
- Es war völlig überraschend, dass durch die Kombination der einzelnen technischen Merkmale eine funktionelle Wechselwirkung dieser auftritt, die zu einem verbesserten Lautsprechersystem führt, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Der Begriff "im Wesentlichen" ist im Sinne der Erfindung kein relativer und somit unklarer Begriff.
- Die mit der Erfindung erzielten Effekte wären nicht abrupt dann nicht realisierbar, wenn die Aufhängung der Membran nicht völlig symmetrisch erfolgt. Der Begriff der völlig symmetrischen Aufhängung stellt eine theoretisch mögliche, aber praktisch nicht realisierbare Aufhängung dar, da auch eine Aufhängung, die von der idealisierten theoretischen symmetrischen Aufhängung um ein sehr geringes Maß abweicht, ebenfalls zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe herangezogen werden kann. Daher wird durch den Begriff "im Wesentlichen" klargestellt, dass auch eine im Wesentlichen symmetrische Aufhängung, die dieselbe Funktion in demselben Weg und mit demselben Ergebnis hervorbringt, von der erfindungsgemäßen Lehre der symmetrischen Aufhängung mit erfasst ist.
- Der Fachmann auf dem Gebiet der Akustik erkennt, was mit dem Begriff einer um die mechanische Ruhelage achssymmetrischen Aufhängung in Form von einer oder zwei gespiegelten, identischen Komponenten für eine Membran im Sinne der Erfindung gemeint ist und er weiß, inwieweit er von der theoretischen, völlig symmetrischen Form in der praktisch realisierten, im Wesentlichen symmetrischen Aufhängung abweichen darf, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
- Bevorzugt wird also ein elektrodynamisches Lautsprecherchassis bereitgestellt, welches entweder eine einteilige symmetrische (Fig. 2(5)) oder eine spiegelbildlich aus mindestens zwei Teilen aufgebaute, nachgiebige Membranaufhängung aufweist (siehe
Figuren 1 (4), 2(4)). Es wird eine um die mechanische Ruhelage achssymmetrische Aufhängung in Form von einer oder zwei gespiegelten, identischen Komponenten bereitgestellt (sieheFigur 2 ). Vorteilhaft ist die nachgiebige Aufhängung, wenn sie vollkommen symmetrisch ist. Der Begriff der vollkommen symmetrischen Aufhängung ist dem durchschnittlichen Fachmann der Lautsprechertechnik bzw. der Akustik bekannt; dieser weiß, was im Bereich seines Fachgebiets als eine vollkommen symmetrische Aufhängung zu verstehen ist. - Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems kann überraschend verbessert werden, wenn die Membran, welche durch die beschriebene symmetrische Aufhängung fixiert wird, am äußeren Durchmesser der Membran (Außendurchmesser) mindestens eine solche Stärke wie im Bereich des Zentrums der Membran aufweist, wobei die Membranstärke bzw. die Membrandicke im Randbereich, d. h. im äußeren Durchmesser der Membran, mehr als 10% des Membrandurchmessers beträgt.
- Das heißt, wenn der Membrandurchmesser beispielsweise einen Wert von 10 cm aufweist, beträgt die Membranstärke mehr als 1 cm am äußeren Durchmesser der Membran. In diesem Falle könnte beispielsweise die Membrandicke im Bereich des Zentrums der Membran einen halben Zentimeter aufweisen.
- Auch ein Lautsprechersystem, welches als technisches Merkmal nur über eine Membran verfügt, die am äußeren Durchmesser eine Stärke von mehr als 10% des Membrandurchmessers aufweist, hat überraschenderweise vorteilhafte Eigenschaften bei der Wiedergabe von auditiv wahrnehmbaren Signalen.
- Es war völlig überraschend, dass die Schwingungseigenschaften der Membran durch diese Art der Ausgestaltung verbessert werden.
- Vorteilhafterweise erlaubt die gegenüber dem Stand der Technik größere Randdicke der Membran, welche somit eine Abkehr vom technisch Üblichen bedeutet, eine symmetrische Aufhängung dieser in Form von einer oder zwei gespiegelten, im Wesentlichen identischen Komponenten. Die Kombination der technischen Merkmale der erfindungsgemäßen Aufhängung mit denen der Membrandicke am äußeren Durchmesser der Membran führt zu einem besonders verbesserten Lautsprecher. Eine zumindest im Randbereich sehr dicke Membran ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders taumelarme Aufhängung, insbesondere eine symmetrische Aufhängung (siehe auch
Figuren 1 und2 ). - Das erfindungsgemäße Lautsprechersystem bzw. der erfindungsgemäße Lautsprecher wird zusätzlich verbessert, wenn die rückwärtige Schallabstrahlung zu mindestens 50% durch den Innenraum des Magnetsystems erfolgt. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass die Schwingspule im Verhältnis zum Membrandurchmesser gegenüber den bisherigen Abmessungen bekannter Vorrichtungen sehr groß ist, so dass die rückwärtige Schallabstrahlung durch den Innenraum des Magnetsystems erfolgen kann (siehe
Figur 1 ). Eine Eigenschaft der Schwingspule ist deren Induktivität. Zur Steigerung der Induktivität wird ein elektrischer Leiter wie ein Spulendraht mit einer bestimmten Anzahl von Windungen auf den Spulenkörper aufgebracht. Durch die magnetische Verkettung der einzelnen Windungen untereinander und durch die räumliche Anordnung der einzelnen Windungen steigt die Induktivität der Spulen, bevorzugt im Quadrat mit der Windungszahl. - Eine Schwingspule stellt erfindungsgemäß die Antriebseinheit für den Lautsprecher dar. Sie besteht aus einem dünnen Draht, der auf einem Schwingspulenträger aufgewickelt ist. Die Schwingspule taucht in den Luftspalt des Permanent- oder Elektromagneten ein, in dem sich ein Magnetfeld befindet. Der Spulenträger ist mit der Membraneinheit des Lautsprechers verbunden. Das sich durch Stromdurchfluss aufbauende magnetische Wechselfeld bewegt die Schwingspule mit der Membran nach vorne und nach hinten und ermöglicht es so, die Spannungsschwingungen, Luftschwingungen umzusetzen.
- Durch die mindestens 50%ige rückwärtige Schallabstrahlung durch das Zentrum der Magnetkonstruktion wird eine Schallabstrahlung mit sehr geringer Luftkompression erreicht.
- Die im Verhältnis zum Membrandurchmesser sehr große Schwingspule gestattet eine Reduzierung der Dynamikkompression durch Schwingspulenerwärmung.
- Durch die sehr große Schwingspule wird ein außenliegendes Magnetsystem realisiert, welches aus einzelnen Magnetsegmenten bestehen kann, beispielsweise Teilsegmenten aus einem Ring, runden Magnetscheiben oder anderen beliebigen Formen oder einem geschlossenen Ring, um zu gewährleisten, dass die rückwärtige Schallabstrahlung durch das Zentrum der Magnetkonstruktion erfolgen kann.
- Wenn der Schwingspulendurchmesser annähernd dem Membrandurchmesser entspricht, beispielsweise gleich groß ist, so liegt der Bereich der größten Membrandicke im Bereich der Schwingspule. Erfindungsgemäß ist mit einer sehr großen, kreisförmigen Schwingspule bevorzugt eine solche gemeint, die in den Bereich des Randes der Membran hineinreicht, beispielsweise dadurch, dass der Schwingspulendurchmesser mindestens 75% des Membrandurchmessers beträgt.
- Der Durchmesser von Membran und Schwingspule ist in einer bevorzugten Ausführungsform gleich groß; es kann jedoch in weiteren Vorzugsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Schwingspule größer ist, als der der Membran.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran, bevorzugt eine Tieftönermembran, zusätzlich einen Hochtöner, bevorzugt einen Kalottenhochtöner aufweist (Koaxiallautsprecher). Ein Kalottenhochtöner ist ein dynamischer Lautsprecher, bevorzugt für Frequenzen oberhalb von etwa 2 bis 3 kHz, dessen Membran insbesondere als Kugelhaube (kalottenförmig) ausgebildet ist. Der Hochtöner besitzt bevorzugt bei hohen Frequenzen einen größeren Abstrahlwinkel als herkömmliche Lautsprecher. Der Hochtöner ist bevorzugt ein eigenständiges System, welches im Bereich der Tieftönermembran platziert ist, ohne allerdings signifikant bzw. direkt mit diesem wechselzuwirken. Der Hochtöner kann mittig bzw. zentrisch, aber auch an jedem anderen Ort der Tieftönermembran dezentral oder in der Nähe des Zentrums platziert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hochtöner im Zentrum des Tieftöners auf einer Achse angeordnet.
- Es ist besonders bevorzugt, wenn der innerhalb des Magnetensystems liegende Hochtöner den Schall durch eine Öffnung in der Membran des Tieftöners abstrahlt.
- Durch die bevorzugte Dimensionierung des Magnetensystems liegt insbesondere ein in der Tieftönermembran zentrisch angeordneter Hochtöner innerhalb des Magnetensystems. Bei dem Hochtöner kann es sich beispielsweise um ein Produkt handeln, wie es in der
DE 20 2004 015 635 111 - Wenn in der genannten bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Lautsprechersystem zusätzlich einen Hochtöner aufweist, so kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass dieses kombinierte Lautsprechersystem eine äußere und eine innere Aufhängung aufweist (Figur 2 (4, 5, 17)). Die Begriffe der inneren bzw. äußeren Aufhängung sind für den Fachmann selbsterklärend. Wenn ein Hochtöner in eine Tieftönermembran platziert wird, liegt zum einen ein äußerer Rand der Tieftönermembran und zum anderen auch ein äußerer Rand der Hochtönermembran vor, wobei letzterer von der Tieftönermembran zumindest teilweise umgeben ist. Die äußere Aufhängung würde beispielsweise dazu dienen, die Membran für den Tief- bzw. Mitteltonbereich zu zentrieren oder zu positionieren.
- Der sogenannte innere Ring bezeichnet den Bereich des äußeren Randes des Hochtöners, der von der Membran für den Tief- bzw. Mitteltonbereich umgeben ist. Der Bereich bzw. Spalt zwischen der Tieftöner- bzw. Mitteltonmembran und dem Hochtöner kann bevorzugt so durch dem Fachmann bekannte Materialien abgedichtet werden, dass die Membranbewegung des Lautsprechers für den Tief- bzw. Mitteltonbereich nicht eingeschränkt wird und dass Membranresonanzen gedämpft werden (Figur 2(17)).
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist demgemäß mindestens ein Bereich am äußeren Rand der Membran, an welcher die äußere Aufhängung (Sicke) angeordnet ist, durch einen elastischen, offenporigen oder geschlossenporigen Schaumstoff gebildet, der bevorzugt dauerelastisch ist. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass statt der klassischen Aufhängung der Membran eine Zentrierung dieser dadurch erfolgt, dass die Membran innerhalb des Chassis durch Schaumstoffe positioniert wird. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass die Membran für den Tief- bzw. Mitteltonbereich mit einem Gewebe wie Acryl-, Nomex- und/oder Baumwollgewebe in Kombination mit Phenolund/oder Epoxidharz oder aber durch eine Gummikonstruktion in Form einer Aufhängung positioniert bzw. zentriert wird.
- Es war völlig überraschend, dass diese genannten technischen Merkmale in Kombination mit den bereits ausgeführten, weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen zu der Konstruktion eines Koaxiallautsprechers führt, der gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine verbesserte Klangqualität aufweist.
- Der Einsatz von Schaumstoff als innere Aufhängung und zur Abdichtung des Luftspalts zwischen Tief- oder Mitteltonmembran und Hochtöner ist insbesondere bei der o. g. Kombination von Membran und Hochtöner bevorzugt, insbesondere wenn die Grundkonstruktion für den Tief- bzw. Mitteltonbereich als ebene Fläche erfolgt, die dann die unmittelbare Umgebung des Hochtöners bildet. Es war völlig überraschend, dass der Einsatz von Schaumstoff als innere Aufhängung die Konstruktion eines Koaxiallautsprechers erlaubt, der gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine verbesserte Klangqualität aufweist.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Magnetensystem mindestens einen Magneten bevorzugt aus der Gruppe umfassend einen Samarium-Kobaltmagneten, einen Cer-Kobaltmagneten, einen Aluminium-Nickel-Kobaltmagneten, einen Ferritmagneten und/oder bevorzugt einen Neodymmagneten.
- Das erfindungsgemäße Lautsprechersystem weist bevorzugt eine Membran auf, die insbesondere als Sandwich-Membran ausgebildet ist, die durch die Kombination von Kernmaterial und Deckschichten steif ausgebildet werden kann.
- Bevorzugt weist das Kernmaterial eine Wabenstruktur auf und kann beispielsweise aus Aramidfasern, Papier, Polyester, Polypropylen oder Aluminium gebildet sein. Die Deckschichten der Membran können Faserwerkstoffe, Metallfolien und/oder. Kunststofffolien umfassen. Bei den Faserwerkstoffen kann es sich beispielsweise um Papier oder Baumwolle handeln. Selbstverständlich ist es auch möglich, technische Gewebe aus Kohlefasern oder Glasfasern bzw. Aramidfasern oder Gelege einzusetzen, bei denen Fasern unidirektional nebeneinander positioniert vorliegen.
- Beim Einsatz von Geweben aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern muss das Gewebe zumindest auf einer Seite eine matrixartige Struktur aufweisen, die beispielsweise aus Thermo- oder Duroplasten hergestellt werden kann.
- Bevorzugt kann es sich bei den Faserwerkstoffen um Faser-Kunststoff-Verbünde handeln, die aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen. Die Matrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind. Erfindungsgemäß kann der Faser-Kunststoff-Verbund als Konstruktion aufgefasst werden.
- Seine Elemente müssen so kombiniert werden, dass sich die gewünschten Eigenschaften herausbilden. Durch das Zusammenspiel der spezifischen Eigenschaften von Faserwerkstoff und Matrixwerkstoff entstehen die gewünschten Ausgangsmaterialien für die Membranbeschichtung bzw. Membranverstärkung. In die Matrix werden Fasern gebettet, d. h. die Fasern werden räumlich fixiert, was eine Lastein- und -ausleitung ermöglicht. Zusätzlich stützt die Matrix die Fasern. Die Lastübertragung erfolgt durch die Adhäsion zwischen Faser, Matrix und Kern. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um Aramid-, Kohlenstoff-, Polyester-, Nylon-, Polyethylen-, Keramik-, Glas-, Bohr-, Flachs-, Hanf- und/oder andere Fasern handeln.
- Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.
- Die Figuren zeigen:
-
Figur 1 : Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Membran und ein Lautsprecherchassis, wobei die Membran mittels einer spiegelbildlich aus zwei Teilen aufgebauten, nachgiebigen Membranaufhängung zentriert und positioniert ist. -
Figur 2 : Querschnitt einer erfindungsgemäßen Membran mit einem zentrisch angeordneten Hochtöner. -
Figur 3 +4: Zeigen den Querschnitt einer Gehäusewand in einem Lautsprechersystem. -
Figur 1 zeigt ein elektrodynamisches Lautsprecherchassis, dessen Besonderheit die um die mechanische Ruhelage der Membran achssymmetrische Aufhängung in Form von zwei gespiegelten, identischen Komponenten (4) ist und die im Verhältnis zum Membrandurchmesser ähnlich große Schwingspule nebst Schwingspulenträger (6, 7) bei gleichzeitiger rückwärtiger Schallabstrahlung hauptsächlich durch den Innenraum des Magnetsystems (10, 11, 12). Zur Umsetzung dieser beispielhaften Konstruktionsart ist eine im Randbereich sehr dicke Membran (1) notwendig. Die zumindest im Randbereich des Beispiels sehr dicke Membran ermöglicht eine taumelarme, symmetrische Aufhängung (4). - Eine um die mechanische Ruhelage beispielhaft vollkommen symmetrische Aufhängung in Form von zwei gespiegelten, identischen Aufhängungen erlaubt die Konstruktion eines vorteilhaften Lautsprechersystems. Eine im Verhältnis zum Membrandurchmesser ähnlich große Schwingspule nebst Schwingspulenträger (6, 7) zur Reduzierung der durch Schwingspulenerwärmung hervorgerufenen Dynamikkompression verbessert das beispielhafte Lautsprechersystem zusätzlich. Das außenliegende Magnetsystem (10, 11, 12) besteht aus einzelnen Magnetsegmenten oder einem geschlossenen Ring zur Gewährleistung einer Hauptschallabstrahlung durch das Zentrum der Magnetkonstruktion mit sehr geringer Luftkompression.
- Ein weiterer Vorteil der Konstruktion ergibt sich, wenn sie als Koaxiallautsprecher (wie in
Figur 2 ) aufgebaut wird. Der Hochtöner liegt in einer ebenen Fläche in Form einer Konusmembran vor. Zusätzlich optimieren lässt sich diese ebene Fläche, wenn anstelle einer Aufhängung aus gewelltem Gewebe oder einer Gummiwulst ein gerader Schaumstoffring zur Aufhängung der Membran genutzt wird (17). Der Hochtöner (16) jeglicher Bauart strahlt seinen Schall durch eine Öffnung in der Tieftönermembran ab. Der Hochtöner liegt hierbei innerhalb des Magnetsystems des Lautsprechers. Im Falle der beispielhaften Kombination mit dem Hochtöner ergibt sich - neben der Vorteilen der Grundkonstruktion - für den Tief-/Mitteltonbereich der große Vorteil einer ebenen Fläche in unmittelbarer Umgebung des Hochtöners, insbesondere beim Einsatz von Schaumstoff als innere Aufhängung. Der Einsatz eines Schaumstoffes mit ebener Oberflächenform als Lautsprecheraufhängung (Figur 2 (4, 5, 17)) für Koaxiallautsprecher mit flacher oder nur leicht gewölbter Membranoberfläche ist besonders vorteilhaft. - Voraussetzung für die sinnvolle akustische Funktionsweise bis in den Mitteltonbereich hinein ist die Verwendung moderner Leichtbaustoffe für die Membran.
- Die
Figuren 3 und 4 zeigen ein charakteristisches Merkmal herkömmlicher Lautsprecherchassis mit ihrer rückwärtigen Schallabstrahlung der Lautsprechermembran, wobei der Schall typischerweise zu großen Teilen an dem Magnetensystem vorbeigeführt wird. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn ein Chassis mit großer Schwingspule und/oder großem Magnet benötigt wird. In diesem Falle entstehen schädliche Reflektionen und Schallbrechungen am Magnetsystem. DieFigur 4 zeigt die Problematik bei sehr kleinen Lautsprechern. - Die unmittelbare Nähe zu Gehäusewänden sorgt bei den bekannten Chassis zu starken Reflektionen von Innenseiten der Wandungen zurück, die durch die Membran nach außen geworfen und damit akustisch störend wirksam werden (18). Eine Bedämpfung an dieser Stelle ist wegen Platzmangels nicht effektiv möglich. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich bei herkömmlichen Lautsprechern zur Vermeidung der zuvor genannten Probleme eine im Verhältnis zum Lautsprecherchassis breite Schallwand zu wählen. Bei der beispielhaften Konstruktion aus
Figur 1 wird zum einen die Hauptschallabstrahlung durch die Chassismitte realisiert und sie erfolgt damit ungestört von naheliegenden Wänden. - Zum anderen wird der Schall, der zu den Seiten austritt, bei der Reflektion nach außen besser eingedämmt, da er zwei Membranteile mit dazwischen liegenden Luftvolumina zu passieren hat.
-
-
Figur 1 :- 1 Membran
- 2 Kernmaterial
- 3 Deckschichten
- 4 eine um die mechanische Ruhelage der Membran achssymmetrische Aufhängung in Form von zwei gespiegelten, identischen Komponenten
- 6 Schwingspulenträger
- 7 Schwingspule
- 8 Schwingspulenzuführung
- 9 Anschlussstecker
- 10 Obere Polplatte
- 11 Untere Polplatte
- 12 Magnet
- 13 Abstandshülse
- 14 Schraube
- 15 Korb
-
Figur 2: - 1 Membran
- 4 eine um die mechanische Ruhelage der Membran achssymmetrische Aufhängung in Form von zwei gespiegelten, identischen Komponenten
- 5 eine um die mechanische Ruhelage der Membran achssymmetrische Aufhängung in Form von einer Komponente
- 15 Korb
- 17 innere Aufhängung/Dichtring
- 16 Hochtöner
-
Figur 3 :- 1 Membran
- 15 Korb
- 18 frühe Reflexionen
- 19 Primärschall von der Membran
-
Figur 4 :- 20 komprimierte Schallwellen
Claims (8)
- Lautsprechersystem, umfassend mindestens eine Membran (1), eine Aufhängung (5,4) dieser, ein Magnetsystem (12) und eine Schwingspule (8), wobei die Membran (1) eine um die mechanische Ruhelage dieser Membran (1) achssymmetrische Aufhängung besitzt und die rückwärtige Hauptabstrahlung mindestens zu 50% durch den Innenraum des Magnetsystems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (1) am äußeren Durchmesser eine Stärke von mehr als 10% des Membrandurchmessers aufweist.. - Lautsprechersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran als Tieftönermembran ausgebildet ist und zusätzlich einen Hochtöner aufweist. - Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser der Schwingspule im Verhältnis zum Durchmesser der Membran mindestens 0,75:1 beträgt. - Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 2 und/oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der innerhalb des Magnetensystems liegende Hochtöner den Schall durch eine Öffnung in der Membran des Tieftöners abstrahlt. - Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Bereich einer Sicke der Membran durch elastischen Schaumstoff gebildet ist. - Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetsystem mindestens einen Magneten umfasst, ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Samarium-Kobaltmagneten, einen Cer-Kobaltmagneten, einen Aluminium-Nickel-Kobaltmagneten, einen Ferritmagneten und/oder Neodymmagneten.
- Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran eine Sandwich-Membran ist. - Lautsprechersystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kernmaterial der Sandwich-Membran eine Wabenstruktur aus Aramidfasern, Papier, Nomex, Kunststoff, bevorzugt Polyester und/oder Polypropylen, Aluminium umfasst und/oder die Deckschichten Faserwerkstoffe, Metallfolien und/oder Kunststofffolien umfassen oder aber das Kernmaterial einen Schaum, bevorzugt technische Schäume umfasst.
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