AT397898B - Membran für elektrodynamische wandler - Google Patents

Description

AT 397 898 B

Die Erfindung betrifft eine Membran mit Schwingspule für elektrodynamische Wandler, welche im Zentrum eine Kalotte aufweist, an die zum Membranrand hin eine wulstförmige Zone, die auch mit Sicken versehen sein kann, anschließt. Solch eine Membran findet in Schallgebern und Schallempfängern erfolgreich Anwendung.

Im Idealfall sollte eine Membran der genannten Art das Schwingungsverhalten eines Kolbens aufweisen, wodurch sehr ähnliche Schwingungseigenschaften, wie die des Kugelstrahlers O-ter Ordnung erhalten werden. Es wird daher beim Herstellen einer solchen Membran besonders darauf zu achten sein, durch besondere Wahl von Material und Gestalt der Membran, diesen Idealfall möglichst nahekommend zu verwirklichen.

Erfahrungsgemäß besteht das Schwingungsverhalten der mit einer Schwingspulenmasse behafteten Membran bei höheren Frequenzen des bis 20 kHz und auch darüber reichenden Übertragungsbereich darin, daß mit zunehmender Frequenz die Empfindlichkeit des elektrodynamischen Wandlers stetig abnimmt, wobei in diesem Frequenzbereich periodische Schwankungen im Frequenzverlauf festzustellen sind. Dabei wird für den Beobachter der Anschein erweckt, als verkleinere sich oberhalb von etwa 5 bis 8 kHz mit steigender Frequenz die akustisch wirksame Membranfläche stetig. Dieses Phänomen wird bereits in der AT-PS 382 281 erwähnt.

Das sich verschlechternde Schwingungsverhalten der Membran bei höheren Frequenzen ist bekannter Weise auf die Zunahme von durch Biegewellen in der Membran hervorgerufenen Effekten zurückzuführen. Wie solcher Art von Eigenschwingungen bei Konusmembranen zu begegnen ist, wird in der DE-AS 10 92 061 eingehend behandelt.

Auch hat man sich bisher bei dynamischen Wandlern mit einer Membran der genannten Art damit beholfen, den bei hohen Frequenzen auftretenden Empfindlichkeitsverlust weitestgehend mit einem Helmholtzresonator zu kompensieren. Dazu mußte Eigenresonanz und Güte des Resonators so gewählt werden, daß der angestrebte Frequenzverlauf des Wandlers auch tatsächlich erreicht wurde, was nicht immer mit Erfolg verbunden war, weil Bandbreite und Güte des Resonators sich nicht in jedem Fall so festlegen lassen, wie dies zu einer optimalen Kompensation erforderlich wäre. Kompromisse mußten akzeptiert werden oder Zweiwegsysteme kamen zur Anwendung.

Ein weiterer Vorschlag zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens von Membranen bei höheren und hohen Frequenzen ist in der GB-PS 596 869 zu finden, der entweder auf die sandwichartige Schichtung der Membran mit versteifendem Material verweist oder aber die versteifend wirkende Prägung der Membran mit entsprechenden Mustern empfiehlt. Diese Verbesserungsmaßnahmen sind sehr an die Gestalt der Membran gebunden und können nicht auf jede Membran beliebig übertragen werden.

Weiterhin ist ein Vorschlag für eine Verbesserung im Frequenzverhalten von Membranen bei hohen Frequenzen der US-PS 4 122 315 zu entnehmen, in der ein System von drei bis vier Lautsprechern in raumsparender Anordnung beschrieben wird, wodurch der gesamte zu übertragende Freuquenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz auf je einen Tiefton-, Mitteiton- und ein oder zwei Hochtonlautsprechern aufgeteilt ist. Dabei sind im Freiraum vor dem Konus des Tieftonlautsprechers auf einem eigenen Halterahmen die zusätzlichen Lautsprecher angeordnet. Die Anwendung mehrerer Lautsprecher führt zu einem ausgeglichenen Frequenzgang im genannten Übertragungsbereich, vor allem aber zu einer wesentlich verbesserten Schallabstrahlung bei sehr hohen Frequenzen. Ein solches System von Lautsprechern ist jedoch sehr aufwendig und für viele Anwendungsfälle unwirtschaftlich. Auch löst ein solches Lautsprechersystem nicht das bereits zuvor angesprochene Problem der Verbesserung des Schwingungsverhaltens einer einzigen, für den gesamten Übertragungsbereich verwendeten Membran.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, an einer Membran für elektrodynamische Wandler mit Schwingspule und im Membranzentrum angeordneter Kalotte solche geeigneten Maßnahmen zu treffen, daß deren Schwingungsverhalten bei hohen Frequenzen zu einer nahezu gleichbleibenden Empfindlichkeit des Wandlers führt und auch wellenförmige Schwankungen im Frequenzverlauf des Wandlers vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Kalotte ein sich nach außen öffnender, kegelstumpfförmiger Kragen angebracht ist, der vorzugsweise aus demselben Material wie die Membran besteht, dessen kreisförmiger Rand mit der Kalotte mechanisch fest verbunden ist, und einen kleineren Durchmesser als die Schwingspule aufweist.

Die feste mechanische Verbindung des konusförmigen Kragens bewirkt sowohl ein Aussetzen der Biegewellen auf der Kalottenfläche innerhalb der Kragenumrandung als auch durch die Kragenfläche selbst die Vergrößerung der akustisch an der Schwingung der Membran wirksamen Oberfläche. Versuche zeigten, daß ein konusförmiger Kragen von gleichem Durchmesser wie die Tauchspule im Frequenzverlauf des Wandlers überhaupt keine Veränderung mit sich brachte. Es ist somit ein sehr wesentliches Erfindungsmerkmal, den Durchmesser des Kragens kleiner als den der Schwingspule auszuführen, damit ein 2

AT 397 898 B wirksamer Effekt in Erscheinung tritt. Der Kragendurchmesser bestimmt dabei sehr wesentlich die oberste zu erreichende Frequenzgrenze des Übertragungsbereiches, wobei ein kleinerer Durchmesser eine höhere Grenzfrequenz zur Folge hat. Im praktischen Anwendungsfall wird der optimale Durchmesser aus der an den Frequenzgang des Wandlers gestellten Bedingung festzulegen sein. Die Höhe des Kragens bestimmt zwar die Größe der zusätzlich strahlenden Fläche, man wird aber diese möglichst niedrig halten, um einerseits mögliche Biegewellen auf diesem Konus zu verhindern, und anderseits eine zu große Masse vermeiden, damit die einhergehende grundsätzliche Empfindlichkeitsabnahme in vertretbaren Grenzen bleibt, und beispielsweise den Verlust von 1 dB im allgemeinen nicht überschreitet.

Der durch die erfindungsgemäße Maßnahme erzielte Effekt ist einzig und allein auf die Ausgestaltung des konusförmigen Kragens und dessen feste mechanische Verbindung mit der Membrankalotte zurückzu-führen. Die Annahme, der konusförmige Kragen könne eine bessere akustische Anpassung der Membran an das sie umgebende Medium vornehmen, trifft nicht zu, weil für den zu betrachtenden Frequenzbereich beim vorhandenen Kalottendurchmesser bereits Anpassung an den Luftwellenwiderstand vorliegt. Der Öffnungswinkel des Kragens ist von geringerem Einfluß auf die höchste zu übertragende Frequenz, entscheidend ist nur die mit ihm erreichte Oberflächenvergrößerung der Membran. Der maßgebliche Gewinn durch die erfinderische Maßnahme liegt im Verzicht auf den bisher unbedingt erforderlichen Helmholtzresonator und der damit einhergehenden größeren Unabhängigkeit bei der konstruktiven Ausgestaltung des den Wandler schützenden Gehäuses.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht nun darin, daß der kegelstumpfförmige Kragen aus einem anderen als dem Membranmaterial besteht, beispielsweise aus einer Metallfolie, aus Papier od.dgl.

Zur Erzielung eines verbesserten erfindungsgemäßen Effektes, als auch zur günstigeren Beeinflussung der Biegewellen und der zusätzlich zur Membranmasse hinzukommenden Masse des Kragens ist die Verwendung einer Metallfolie oder aber auch von Papier für die Ausgestaltung des kegelstumpfförmigen Kragens von Vorteil.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der kegelstumpfförmige Kragen an seinem kreisförmig aufliegenden Rand durch Klebung, Ultraschallschweißung od.dgl. mit der Kalotte mechanisch fest verbunden ist. Eine feste Verbindung des auf der Kalotte aufgesetzten Kragens ist unerläßlich, allein schon deshalb, um bei höherfrequenten Schwingungen nicht zu Eigenschwingungen angeregt zu werden, sondern die Bewegungen der Kalotte konform mitzumachen. Zudem soll die kreisförmige Befestigungszone auf der Kalotte eine erzwungene Unstetigkeitsiinie für Biegewellen bilden, die gleichzeitig auch den Bereich innerhalb der kreisförmigen Verbindung von Kragen mit Kalotte von Biegewellen frei hält. Dazu ist eine feste mechanische Verbindung beider Teile erforderlich, die vor allem durch entsprechende Klebung oder Ultraschallschweißung zu verwirklichen ist. Es sind aber auch andere Arten der Verbindung, wie beispielsweise thermoplastisches Verschmelzen oder Heißsiegeln denkbar.

Die Erfindung soll nun in der folgenden Beschreibung an Hand von Zeichnungen noch eingehender dargestellt werden. Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Membran mit dem auf der Kalotte angebrachten kegelstumpfförmigen Kragen, Fig. 2 den Frequenzverlauf für einen elektrodynamischen Wandler mit herkömmlicher Membran, Fig. 3 eine Membran mit Kragen gleichen Durchmessers wie die Tauchspule und Fig. 4 den Frequenzverlauf für einen elektrodynamischen Wandler mit erfindungsgemäßer Membran.

In Fig. 1 ist die in herkömmlicher Bauweise bekannte Membran 1 für einen elektrodynamischen Wandler mit vorzugsweise zylindrischer Schwingspule 5 dargestellt, die im Zentrum eine Kalotte 2 aufweist, an die zum Membranrand 4 hin eine wulstförmige, vorzugsweise ringförmige Zone 3 anschließt. Erfindungsgemäß ist auf der Kalotte 2 ein sich nach außen öffnender, kegelstumpfförmiger Kragen 6 durch feste mechanische Verbindung entlang dem kreisförmigen Rand 7 angebracht, wobei der Durchmesser Dk des Kragens 6 kleiner ist als der Durchmesser Ds der Schwingspule 5.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Membran 1 mit dem Kragen 6 führt zu einer wesentlichen Verbesserung des Frequenzverlaufes für den elektrodynamischen Wandler bei hohen Frequenzen. Ein im herkömmlichen Sinn bekannter Frequenzverlauf ist in Fig. 2 gezeigt, der im Bereich hoher Frequenzen durch einen steten Abfall in der Empfindlichkeit gekennzeichnet ist, wobei die periodische Welligkeit den Einfluß der sich auf der Membran ausbildenden Biegewelle deutlich erkennen läßt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme tritt im Frequenzverlauf des Wandlers eine merkbare Verbesserung bei hohen Frequenzen ein, die nicht nur im Gleichbleiben der Empfindlichkeit, sondern auch in der Abnahme des durch Biegewellen hervorgerufenen Effektes festzustellen ist.

Diese sichtbare Verbesserung ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Kurve a wiederum den Frequenzgang eines Wandlers mit herkömmlicher Membran, die Kurven b und c mit der erfindungsgemäßen Membran zeigen. Da der Durchmesser Dk, mit dem der Kragen 6 auf der Kalotte 2 aufruht, von Bedeutung für die oberste zu erreichende Frequenzgrenze des Übertragungsbereiches ist, wurde dieser Umstand durch die 3

Claims (3)

1. AT 397 898 B Kurven b und c deutlich hervorgehoben. Wie bereits erwähnt, führt ein kleinerer Durchmesser zu einer in der Frequenz höher liegenden Bereichserweiterung, was aus der Kurve c zu erkennen ist. Zudem zeigen die Kurvenverläufe b und c, daß im Bereich hoher Frequenzen eine Anhebung des Kurvenverlaufes mittels eines Helmholtzresonators nicht mehr erforderlich ist. Schließlich ist in Fig. 3 jene Ausführungsform dargestellt, bei der Schwingspulenradius und Kragenradius gleich groß sind. Wie schon zuvor erwähnt wurde, ist damit kein nachweisbarer Effekt zu erzielen, weil trotz Vergrößerung der Strahlungsfläche der Membran, der durch Biegewellen verursachte Auslöschungseffekt überwiegt. Es ist dieser Bereich der Membran, in dem die Schwingspule mit der Membran fest verklebt ist, als Anregungszentrum für die Biegewellen zu betrachten. Eine solche Anordnung mit Kragen auf der Membran führt zu einem Frequenzverlauf für den Wandler gemäß der Fig. 2. Gemäß der Erfindung sind auch andere Formen der Membran als nur kreisrunde denkbar, wie beispielsweise solche mit einem ovalen oder rechteckigen Rand. Ebenso muß auch die Schwingspule nicht unbedingt ein Zylinder mit Kreisquerschnitt sein, sondern es ist auch eine Spule ovalen oder rechteckigen Querschnittes denkbar. Auf die besondere Darstellung als Zeichnung wurde für die eben erwähnten Ausführungsformen verzichtet, weil diese lediglich nur durch ihre Gestalt eine Erweiterung in der erfindungsgemäß getroffenen Maßnahme betreffen, nicht aber in der die Erfindung betreffenden prinzipiellen Lösung. Patentansprüche 1. Membran mit Schwingspule für elektrodynamische Wandler, welche im Zentrum eine Kalotte aufweist, an die zum Membranrand hin eine wulstförmige Zone, die auch mit Sicken versehen sein kann, anschiießt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kalotte (2) ein sich nach außen öffnender, kegelstumpfförmiger Kragen (6) angebracht ist, der vorzugsweise aus demselben Material wie die Membran (1) besteht, dessen kreisförmiger Rand (7) mit der Kalotte (2) mechanisch fest verbunden ist und einen kleineren Durchmesser (Dk) als die Schwingspule (5, Ds) aufweist (Fig. 1).
2. 2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Kragen (6) aus einem anderen als dem Membranmaterial besteht, beispielsweise aus einer Metallfolie, aus Papier od.dgl.
3. 3. Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Kragen (6) an seinem kreisförmig aufliegenden Rand (7) durch Klebung, Ultraschallschweißung od.dgl. mit der Kalotte (2) mechanisch fest verbunden ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4