<Desc/Clms Page number 1>
Membran zur Aufnahme und Wiedergabe akustischer Schwingungen.
Es ist bekannt, zur Erzielung einer möglichst verzerrungsfreien Wiedergabe akustischer Frequenzen Membranen, die als Ganzes schwingen, sogenannte Kolbenmembranen, zu verwenden.
Bei der am häufigsten angewendeten Ausführungsform besteht die Membran im wesentlichen aus einer kegelförmigen abstrahlenden Fläche, die verhältnismässig starr gemacht und an ihrem äusseren Umfange biegsam aufgehängt ist. Der Angriff der antreibenden Kraft ist dabei in Richtung der Kegelachse gelegt, so dass nur eine Komponente der Kraft senkrecht zur Membranfläche wirkt. Die Membranen haben so gegenüber ebenen Membranen den Vorteil, dass das unterteilte Schwingen der Membran weitgehend vermieden ist. Dadurch ist eine wesentliche Ursache für Verzerrungen ausgeschaltet, da das unterteilte Schwingen Interferenzen zwischen Schallstrahlen, die von verschiedenen Punkten der abstrahlenden Fläche ausgehen, bedingt.
Um zum Zwecke der Vermeidung des unterteilten Schwingens die Steifigkeit der Membran möglichst gross zu machen, hat man auch an Stelle der einfachen kegelförmigen Membran Membranen gebaut, die aus sich schneidenden Kegelflächen bestehen. Bei diesen Membranen ist im wesentlichen das unterteilte Schwingen unmöglich gemacht und somit die dadurch bedingten schädlichen Interferenzwirkungen beseitigt. Der Erfindung zugrunde liegende Versuche haben jedoch gezeigt, dass diese Art Membranen andere Nachteile aufweisen, die die Ursache dafür sind, dass trotz Vermeidung des unterteilten Schwingens eine verzerrungsfreie Wiedergabe nicht zu erzielen ist. Es treten nämlich, auch wenn die Membranen als Ganzes schwingen, Interferenzerscheinungen auf, die durch die Tiefenausdehnung der Membran bedingt sind und keineswegs zu vernachlässigen sind.
Denn die Tiefe einer Kegelmembran muss bei den bisher bekannten Formen praktisch ziemlich gross gewählt werden, da die Kegelöffnung zur Erzielung einer genügenden Schallstrahlung gross gemacht werden muss, mit Rücksicht auf die Steifigkeit des Kegels aber sein Öffnungswinkel nicht zu gross sein darf.
Das Zustandekommen dieser schädlichen Interferenzwirkungen ist in Fig. 1 an einer der üblichen Membranen von kegelförmiger Gestalt erläutert. 1 ist die kegelförmige Abstrahlfläche, an deren Spitze die durch den Pfeil 6 dargestellte Kraft angreift. Am äusseren Umfange des Kegels ist ein Ring 2 aus weichem Material, beispielsweise Samt, befestigt, der zwischen zwei Führungsringen 3,4 gehalten wird. Die Führungsringe 3, 4 sind am Gehäuse 5 des Lautsprechers angebracht. Infolge des Gangunterschiedes zwischen zwei Strahlen, die von verschiedenen Punkten der Kegelfläche ausgehen, treten nun die erwähnten schädlichen Interferenzen auf. Diese kommen vornehmlich in Richtung der Kegelachse zur Geltung.
Zwischen zwei Strahlen von bestimmter Wellenlänge, von denen beispielsweise der eine von der Spitze des Kegels (Pfeil 7) und der andere vom Kegelrand (Pfeil 8) ausgeht, besteht eine bestimmte Gangdifferenz, die in diesem Falle der Höhe h des Kegels entspricht. Ist der Gangunterschied gerade gleich einer halben Wellenlänge der abzustrahlenden Frequenz oder gleich einem ungradzahligen Vielfachen davon, so tritt völlige Auslöschung der beiden Strahlen ein. Ist die Kegelhöhe verhältnismässig gross, wie es bei den bisher bekannten Ausführungsformen der Fall ist, so tritt schon für verhältnismässig niedrige Frequenzen Auslöschung ein.
In Fig. 2 ist die Strahlung in Richtung der Kegelachse in Abhängigkeit von der Frequenz n und Kegelhöhe h bei konstantem Durchmesser der Kegelöffnung dargestellt im Verhältnis zur
<Desc/Clms Page number 2>
Strahlung bei entsprechender Kegelhöhe für sehr niedrige Frequenzen, bei denen solche Interferenzen infolge ihrer'verhältnismässig grossen Wellenlängen nicht auftreten können. Die in Richtung der Kegelachse abgestrahlte Energie E ist durch den Ausdruck gegeben
EMI2.1
wenn h die Kegelhöhe, X die Wellenlänge bedeutet.
Es ist aus der Abbildung zu ersehen, dass bei einer Tiefe von 8 cm, die bei den bekannten Lautsprecherausführungen zur Erzielung hinreichend grosser Strahlung unbedingt erforderlich-ist, für eine Frequenz it == 3000. Hertz nur noch etwa 30 % (Punkt 11), bei einer Frequenz von 5000-Hertz nur -noch'etwa'5 % (punkt 12) von der in Richtung der Kegelachse ausgestrahlten Energie zur Geltung kommen. Bei dieser Tiefe des Kegels wird also schon die Frequenz n = 3000 erheblich benachteiligt. Für die einwandfreie Wiedergabe von Sprache und Musik ist es jedoch notwendig, wenigstens Frequenzen bis zu 5 oder 6000 Hertz unverzerrt wiederzugeben.
Wählt man die Kegeltiefe so gering, dass die schädlichen Interferenzen für diese Frequenz noch im wesentlichen vermieden sind, also kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten wiederzugebenden Frequenz, so kommt man zu einem
EMI2.2
praktischen Forderungen weit zurückbleibende Schallabstrahlung.
Erfindungsgemäss wird daher ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Membrankörper gewählt, dessen Schnitt durch die Rotationsachse einen mehrere Maxima und Minima aufweisenden Linienzug darstellt, der zwischen zwei gedachten parallelen Geraden verläuft, deren Abstand in Richtung der Membranachse kleiner ist als die halbe Wellenlänge der höchsten wiederzugebenden Frequenz, vorzugsweise kleiner als 3 cm.
Die antreibende Kraft wird dabei in bekannter Weise vorzugsweise so angeordnet, dass sie symmetrisch zur Rotationsachse angreift, zweckmässigerweise an der Schnittlinie der eine zusammenhängende Fläche bildenden Rotationskörper ; denn man kann sich den so geformten Membrankörper auch in bekannter Weise dadurch hergestellt denken, dass zwei oder mehrere Rotationskörper so ineinandergeschachtelt sind, dass sie eine zusammenhängende zerklüftete rotationssymmetrische Fläche ergeben. deren Tiefe dem angegebenen Wert entspricht. Auf diese Weise wird erreicht, dass trotz der geringen Tiefe der Membran eine sehr grosse abstrahlende Fläche hergestellt werden kann.
Durch die angegebene Formung der Membran ist es möglich, der verhältnismässig grossen Fläche zur Vermeidung des unterteilten Schwingens mindestens die gleiche Steifigkeit zn geben, wie sie die bekannten Membranausführungen mit grosser Membrantiefe aufweisen. Der Neigungswinkel zwischen der Senkrechten zur Kegelachse (die mit der Angriffsrichtung der Kraft zusammenfällt) und der gegebenen Kegelfläche wird zweckmässig gleich oder kleiner als 450 gemacht.
Ein besonderer Vorteil der geringen Tiefe der Membran besteht darin, dass die biegsame Festigkeit des äusseren Randes der Membran eine betriebsichere Führung der Membran darstellt und sich eine weitere Führung der Membran, wie sie beispielsweise bei elektrodynamisch angetriebenen Konuslautsprechern im allgemeinen durch ein am Eisenkern befestigtes elastisches Glied bewerkstelligt wird, erübrigt. Die Zentrierung gestaltet sich bei der erfindungsgemässen Membran also erheblich leichter als bei den bekannten Ausführungen. Zweckmässigerweise erfolgt der Antrieb der angegebenen Membran auf elektrodynamischem Wege. Naturgemäss kann die erfindungsgemässe Membran gleichfalls bei der Aufnahme akustischer Schwingungen (also für Mikrophon-Zwecke) benutzt werden.
In den Fig. 3,4, 5 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Schnitt dargestellt. Die Fig. 3 und 4 beziehen sich auf den Fall, dass der Schnitt durch die Rotationsachse eine gebrochene gerade Linie ist, die sich aus den Graden 15 und 16 zusammensetzt.
Man kann sich diesen Membrankörper auch dadurch entstanden denken, dass in dem Kegelstumpf mit der Seitenfläche 15 der Kegel mit der Fläche 16 eingeschachtelt ist. An der Schnittlinie der beiden Kegelflächen ist eine Spule-M für elektrodynamischen Antrieb vorgesehen. An dem äusseren Rand der Fläche 15 ist ein Samtring 13 angesetzt, der in eine von zwei Führungsringen 9, 10 gebildete Rille eingespannt ist. Die Führungsringe 9 und 10 sind an dem Lautsprechergehäuse bzw. an der Abstrahlwand befestigt. Die Membranfläche ist rotationssymmetrisch zur Achse 17. In dem gezeichneten Beispiel ist die Tiefe der Membran, d. h. die Höhe des die Fläche 15 bildenden abgestumpften Kegels, nur 2 cm gross gewählt, so dass auch für eine Frequenz von 7000 Hertz keine schädliche Interferenzwirkung eintreten kann.
In Fig. 4 ist eine ähnliche Membranform wie in Fig. 3 dargestellt, jedoch hat die in Fig. 4
<Desc/Clms Page number 3>
gezeichnete Ausführungsform den Vorteil, dass infolge der Ineinanderschachtelung mehrerer Kegel bei der geringen Tiefe eine noch viel grössere Abstrahlfläche vorhanden ist.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem sich der als Schnitt durch die Rotationsachse ergebene Linienzug aus ineinander übergehenden Kreisbögen zusammensetzt. In diesem Beispiel ist symmetrisch zur Rotationsachse der Ring 24 vorgesehen, der zur Übertragung der Kraft von einem elektromagnetischen Antriebssystem her dienen kann.
Die Kraft kann am ganzen Umfange des Ringes angreifen oder auch beispielsweise nur an vier symmetrisch zueinanderliegenden Punkten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Membran zur Aufnahme und Wiedergabe akustischer Schwingungen, deren Längsschnitt einen zusammenhängenden Linienzug mit mehreren Maxima und Minima darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des grössten Maximums und Minimums, gemessen in Richtung der Achse der Membran, kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten wiederzugebenden Frequenz, vorzugsweise gleich o. der kleiner als zirka 3 cm ist.