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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Lautsprecher,
und insbesondere aber nicht ausschließlich betrifft die Erfindung
Schwingungserreger zum Erregen von Resonanz in resonanten plattenförmigen Lautsprechern
z. B. der in unserer internationalen Patentanmeldung WO 97/09842
beschriebenen allgemeinen Art, die als Lautsprecher mit 'verteilten Moden' bekannt wurden.
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Stand der Technik
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Eine bekannte Form von Erregern,
die zum Antreiben einer Lautsprecherplatte mit verteilten Moden
verwendet wird, beruht auf der Umwandlung eines elektrischen Eingangs
in eine Kraft, die senkrecht auf die Plattenoberfläche aufgebracht
wird. Dadurch werden vom Antriebspunkt ausgehende Biegewellen erzeugt.
Durch geeignetes Positionieren dieses Punkts auf der Lautsprecherplatte
können
die Moden in der Platte mit ausreichender Dichte gekoppelt werden,
um die Platte als Lautsprecher wirken zu lassen.
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Ein Nachteil dieses Plattenerregungsverfahrens
besteht darin, dass das Aufbringen der Kraft nahe dem mittleren
Abschnitt der Platte gewöhnlich vorzuziehen
ist, was z. B. bei einer transparenten Platte, die zusammen mit
einer Sichtanzeige verwendet wird, bei der der Schwingungserreger
nicht sichtbar sein sollte, nicht möglich wäre.
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Von einem typischen Krafterreger
herrührende
Biegewellen verursachen auch einen Ganzkörper- (d. h. Trommel-) Modus,
dessen ausgestrahltes Schallfeld eine Grenze stören kann, die zur Bildung eines
Hohlraums parallel zur Plattenrückseite
und in deren nächster
Nähe platziert
ist. Mit einem solchen Hohlraum hinter einer Platte kann der Ganzkörpermodus
bei einer unerwünscht
hohen Frequenz auftreten. Diese begrenzt den Niederfrequenzbereich des
Lautsprechers und kann bei der dominierenden Resonanz des gekoppelten
Systems auch zu einer übermäßigen Resonanz
oder Spitze im Frequenzgang führen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren und Mittel zum Erregen einer resonanten Lautsprecherplatte
nahe einem Rand der Platte bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren und Mittel zum Erregen einer resonanten Lautsprecherplatte
bereitzustellen, die die Erregung von Ganzkörpermoden verringern.
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Offenbarung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Lautsprecher mit
einem resonanten plattenförmigen
Element, das eine akustische Leistung zu erzeugen vermag, und einem Schwingungserregungssystem
auf dem plattenförmigen
Element, das auf letzteres Biegewellenenergie aufzubringen vermag,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungserregungssystem eine
Torsionskraft auf das plattenförmige
Element aufbringen kann. Zusätzlich
kann das Schwingungserregungssystem in der Lage sein, eine Scherkraft
auf das plattenförmige
Element aufzubringen.
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Der Schwingungserreger kann mit dem
plattenförmigen
Element so gekoppelt sein, dass er eine Mehrzahl Knotenlinien im
plattenförmigen
Element überspannt.
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Das Schwingungserregungssystem kann eine
Aufhängung
aufweisen, an der das plattenförmige
Element angebracht ist, wobei die Aufhängung als Drehpunkt fungiert,
um den zumindest ein Abschnitt einer Kante des plattenförmigen Elements
in der Gegend des Schwingungserregungssystems schwenken kann. Die
Aufhängung
kann aus Kunststoffschaumstoff mit hoher Schersteifigkeit bestehen.
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Das Schwingungserregungssystem kann eine
piezoelektrische Einrichtung aufweisen, die am plattenförmigen Element
angebracht ist, um auf letzteres durch abwechselndes Einleiten von
Zug und Druck in die Ebene des plattenförmigen Elements ein Biegepaar
aufzubringen. Die piezoelektrische Einrichtung kann an einer Fläche des
plattenförmigen Elements
angebracht sein. Spiegelbildliche piezoelektrische Einrichtungen
können
an entgegengesetzten Flächen
des plattenförmigen
Elements angebracht sein. Die oder jede piezoelektrische Einrichtung
kann eine Unimorph-Einrichtung
sein. Die piezoelektrische Einrichtung kann einen neben der Aufhängung angeordneten
Abschnitt und einen von der Aufhängung
entfernt angeordneten Abschnitt aufweisen. Die piezoelektrische
Einrichtung kann eine dünne
streifenartige Einrichtung sein, die mittels Klebstoff am plattenförmigen Element
befestigt ist. Die piezoelektrische Einrichtung kann aus PZT bestehen. Das
plattenförmige
Element kann transparent sein. Die piezoelektrische Einrichtung
kann transparent sein. Das Schwingungserregungssystem kann eine Trägheitseinrichtung
aufweisen. Die Trägheitseinrichtung
kann eine Trägheitsmasse
aufweisen, die am plattenförmigen
Ele ment befestigt ist, um relative Bewegung dazwischen zu verhindern.
Die Trägheitseinrichtung
kann ein Trägheits-Schwingungserreger sein.
An entgegengesetzten Seiten des plattenförmigen Elements können gegenüberliegend
angeordnete Trägheits-Schwingungserreger
vorhanden sein. Ein zusätzlicher
Trägheits-Schwingungserreger
kann auf dem plattenförmigen
Element vorhanden und mit dem ersten Trägheits-Schwingungserreger in
Gegenphase gekoppelt sein, um eine unerwünschte Gesamtkörperbewegung
des plattenförmigen
Elements zu dämpfen.
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Das Schwingungserregungssystem kann
einen elektrodynamischen Motor aufweisen, der einen Rotor mit einem
Strom führenden
Leiterfeld aufweist und am plattenförmigen Element so angeordnet
ist, dass seine Achse parallel zur Ebene des Elements verläuft, und
der ein Mittel zur Erzeugung eines lokalen Magnetfelds aufweist,
in dem der Rotor angeordnet ist, um auf das Element eine Torsionskraft
aufzubringen.
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Das Schwingungserregungssystem kann eine
piezoelektrische Einrichtung aufweisen, die allgemein rechteckig
und diagonal ausgerichtet ist, um als Verdrehen zu fungieren. Das
Schwingungserregungssystem kann ein starr mit dem plattenförmigen Element
gekoppeltes und von diesem hervorstehendes Element sowie Mittel
zum Induzieren von Biegemomenten in diesem Element aufweisen. Das
Element kann allgemein senkrecht zum plattenförmigen Element angeordnet sein,
und Biegemomente können
durch Verlagerung in einem vom plattenförmigen Element beabstandeten
Teil des Elements erzeugt werden, wobei die Verlagerung allgemein
senkrecht zum Element erfolgt. Die Verlagerung kann mittels einer
piezoelektrischen Einrichtung bewirkt werden. Die Verlagerung kann
mittels einer Trägheitseinrichtung
bewirkt werden.
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Von einem anderen Aspekt aus ist
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lautsprechers
mit einem resonanten plattenförmigen
Element, das durch Aufbringen von Biegewellenenergie zum Erzeugen
einer akustischen Leistung erregt werden kann, umfassend Festlegen
des plattenförmigen
Elements, Abbilden des plattenförmigen
Elements zur Bestimmung der Lage von Knotenlinien, Anordnen eines
Schwingungserregungssystems auf dem plattenförmigen Element, um auf letzteres
Biegewellenenergie aufzubringen, wobei das Schwingungserregungssystem
mehrere Knotenlinien überspannt,
und Anbringen des Schwingungserregungssystems auf dem plattenförmigen Element,
um auf letzteres eine Torsionskraft aufzubringen.
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Das plattenförmige Element kann hinsichtlich
Geometrie, Größe und/oder
mechanischer Impedanz festgelegt werden.
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Das plattenförmige Element kann mittels
einer Finite-Elemente-Analyse abgebildet werden.
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Das Verfahren kann das Anbringen
des plattenförmigen
Elements an einer Aufhängung
dergestalt, dass die Aufhängung
als Drehpunkt fungiert, um den ein benachbarter Abschnitt des plattenförmigen Elements
schwenken kann, sowie das Anordnen und Befestigen eines Schwingungserregers
auf dem benachbarten Abschnitt des plattenförmigen Elements umfassen, um
dieses zu biegen.
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Von einem anderen Aspekt aus ist
die Erfindung ein Schwingungserreger zum Aufbringen von Biegewellenenergie
auf ein steifes resonantes plattenförmiges Lautsprecherelement,
der auf das Element eine Torsionskraft aufzubringen vermag.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist in den beiliegenden
Zeichnungen beispielhaft schematisch dargestellt, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eine erfindungsgemäßen Lautsprechers
ist;
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2 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lautsprechers
ist;
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2a eine
Knotenkarte des Lautsprechers aus 2 ist,
und zum Vergleich zeigt 2b eine Knotenkarte
einer frei aufgehängten
Lautsprecherplatte aus dem Stand der Technik;
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3 eine
Draufsicht des Lautsprechers aus 2 ist;
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4 eine
Draufsicht einer Variante des Lautsprechers der 2 und 3 ist;
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5 eine
Draufsicht einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lautsprechers ist;
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6 eine
Seitenansicht des Lautsprechers aus 5 ist;
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6a eine
Draufsicht einer Variante des in den 5 und 6 gezeigten Lautsprechers
ist;
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6b eine
Seitenansicht eines Lautsprechers ist, der eine Variante des in 6a gezeigten Lautsprechers
darstellt;
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6c eine
Seitenansicht einer Variante des in 6b gezeigten
Lautsprechers ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
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8 eine
Seitenansicht des Lautsprechers aus 7 ist;
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9 eine
Seitenansicht einer ersten Variante des Lautsprechers der 7 und 8 ist;
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10 und 10a eine Seitenansicht bzw. Draufsicht
einer zweiten Variante des Lautsprechers der 7 und 8 ist;
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11 eine
perspektivische Ansicht einer fünften
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lautsprechers
ist;
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12 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Variante des Lautsprechers
aus 11 ist;
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13 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Variante des Lautsprechers
aus 11 ist;
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14 eine
Seitenansicht eines sechsten erfindungsgemäßen Lautsprechers ist;
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15 eine
Seitenansicht des Lautsprechers aus 14 ist,
die grafisch zeigt, wie die Lautsprecherplatte im Betrieb gebogen
wird;
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16 eine
Seitenansicht eines Teils des Lautsprechers aus 14 in einem vergrößerten Maßstab ist, die Einzelheiten
eines Schwingungserregers zeigt;
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17 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Teils eines Lautsprechers
ist, die eine siebte Ausführungsform
der Erfindung zeigt, die einen elektrodynamischen Torsions-Schwingungserreger
aufweist;
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18 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des elektrodynamischen Torsions-Schwingungserregers
für einen
Lautsprecher ist;
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19 eine
Endansicht des in einem Lautsprecher positionierten Erregers aus 18 ist;
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20 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines Lautsprechers ist, die
den Erreger aus 18 in
Position zeigt;
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21a und 21b perspektivische Skizzen sind,
die Schritte bei der Bildung einer Schwingspule für den Erreger
von 18 zeigen;
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22 eine
perspektivische Ansicht eines Teils einer weiteren Lautsprecherausführungsform ist;
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23 eine
Querschnittansicht des Teils eines in 22 gezeigten
Lautsprechers ist;
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24 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines piezoelektrischen
Bimorph-Torsions-Schwingungserregers ist, der an einer Erde befestigt
ist;
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24a und 24b entsprechende perspektivische
Ansichten sind, die den Aufbau des Bimorph-Schwingungserregers aus 24 zeigen;
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25 eine
Ansicht in der Richtung eines Pfeils 'C' aus 24 ist; und
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26 eine
Ansicht in der Richtung eines Pfeils 'D' aus 24 ist.
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Beste Arten zur Verwirklichung
der Erfindung
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen
von resonanten plattenförmigen
Lautsprechern der in der Internationalen Patentanmeldung WO 97/09842
beschriebenen allgemeinen Art dargestellt und beschrieben, die neuartige
Formen von Schwingungserregungssystemen haben, die die Erregung
von Ganzkörpermoden
in der Platte verhindern oder verringern sollen und/oder vom zentralen Bereich
der Platte entfernt platziert werden können.
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1 zeigt
einen Lautsprecher 5 mit einem resonanten plattenförmigen Element 1,
das von einem Schwingungserregungssystem 2, das ein Paar elektrodynamische
Trägheits-Schwingungserreger 4 aufweist,
denen über
Signalleitungen 7 Energie zugeführt wird, zum Schwingen erregt
wird, wobei die Erreger auf der Platte beabstandet sind und entgegengesetzt
arbeiten, um ein Schaukelpaar zu schaffen und die Platte zum Auslösen von
Biegewellenschwingungen in ihr zu biegen.
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2 und 3 zeigen eine Ausführungsform des
Lautsprechers 5, bei der ein Schwingungserregersystem 2 zum
Auslösen
von Biegewellenschwingungen in eine Platte 1 eine periphere
Plattenaufhängung 3,
z. B. aus einem Kunststoffschaumstoff mit hoher Schersteifigkeit,
z. B. geschäumtem
Polyvinylchlorid, die so beschaffen ist, dass sie der Ablenkung der
Plattenperipherie standhält
aber als Drehpunkt fungiert, um der Platte Schwenken um die Aufhängung zu
erlauben, und einen elektrodynamischen Trägheits-Schwingungserreger 4 umfasst,
der auf der Platte in einer Entfernung von der Plattenperipherie
nach innen angebracht ist und unter Verwendung der Aufhängung 3 als
Drehpunkt Biegewellen in die Platte auslöst.
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Wie in 2a dargestellt,
besteht die Wirkung des Befestigens der Platte 1 auf einer
relativ starren Aufhängung,
die als Drehpunkt oder Gelenk fungiert (die technisch betrachtet
als "einfach gestützt" beschrieben werden
könnte),
darin, Knotenlinien in der Platte, die allgemein parallel zum Plattenrand
verlaufen, zum Plattenrand hin zu bewegen, verglichen mit der Position
der entsprechenden Knotenlinien in einer allgemein übereinstimmenden
aber elastisch oder frei an den Kanten aufgehängten Platte, siehe 2b, und der Erreger 4 ist
einwärts
der Plattenumrandung positioniert, so dass das die Randaufhängung 3 und
den Erreger 4 umfassende Schwingungserregungssystem mehrere
dieser Knotenlinien überbrückt. Wir
haben festgestellt, dass dies zur Erzeugung einer effektiven Plattenerregung wichtig
ist, und dass ein Positionieren des Erregers auf der Außenseite
dieser Knotenlinien nicht zu einer solch nutzbaren Plattenerregung
führt.
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2b zeigt
bei A die in WO 97/09842 gelehrte bevorzugte Erregerposition, während zwei
alternative randnahe Antriebspositionen mit B bzw. C gekennzeichnet
sind. Es ist klar, dass sich die Orte B und C dennoch in einer beträchtlichen
Entfernung vom Plattenrand befinden und sich nicht für eine Lautsprecheranordnung
eignen, in der der Erreger vor einem Anblick versteckt werden muss,
z. B. bei der die Laut sprecherplatte transparent ist und einen Teil
eines Anzeigeschirms bildet. Die in 2, 2a und 3 gezeigte Anordnung überwindet oder mindert diese Schwierigkeit.
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2 zeigt
ein durch das Erregungssystem 2 erzeugtes Kräftepaar
der Länge
y. Es ist klar, dass bei dieser Ausführungsform, bei der das Erregungssystem 2 die
Aufhängung 3 aufweist,
die Aufhängung nur
in der Gegend des Erregers 4 als Drehpunkt oder Scharnier
fungieren muss und die periphere Plattenaufhängung an anderen Stellen von
elastischer Art, z. B. aus weichem Schaumgummi, sein könnte. Versuche
haben aber gezeigt, dass die periphere Aufhängung falls gewünscht ununerbrochen
sein und ganz aus dem Schaumstoffkunststoff mit hoher Scherfestigkeit
bestehen kann.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist eine Lautsprecheranordnung gezeigt,
die allgemein derjenigen aus den oben genannten 2 und 3 ähnlich ist und
das Auftreten eines Ganzkörpermodus
in der Platte 1 vermeiden oder verringern soll, wie er
auftreten könnte,
wenn sich die Platte in unmittelbarer Nähe zu einer Grenze befindet,
so dass ein Hohlraum zwischen der Platte und Grenze gebildet wird und
in dem Fluid in dem Hohlraum erzeugte Moden die Moden der Platte
beeinträchtigen.
Diesem wird in der Anordnung der 4 durch
Auswahl einer zweiten Erregerantriebsposition begegnet, typischerweise
auf der bezüglich
der Plattenmittellinie dem primären
Erreger 4 gegenüberliegenden
Seite, und Anbringen eines zweiten Erregers 4a an der zweiten
Position, so dass die Erreger 4 und 4a als Paar
arbeiten, der zweite Erreger jedoch in umgekehrter Polarität zu dem
primären
Erreger ausgeschlossen ist, um den Ganzkörpermodus zu vermeiden, zu
verringern oder zu beseitigen. Um zu verhindern, dass der zweite
Erreger 4a den Betrieb des primären Erregers 4 bei
anderen Frequenzen als denen der unerwünschten Ganzkörpermoden
beeinträchtigt,
ist ein Bandpass- oder Tiefpassfilter 6 im Signalweg des
Erregers 4a positioniert, um seinen Betrieb auf den interessierenden
Frequenzbereich zu beschränken.
Anstatt den zweiten Erreger 4a mit umgekehrter Phase elektrisch auszuschließen, wäre es stattdessen
möglich,
den zweiten Erreger auf der Platte an einer solchen Position anzubringen,
dass er mechanisch in Umkehrphase ausgeschlossen ist.
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5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des
Lautsprechers 5, das besonders zur Verwendung in einer
Sichtanzeigevorrichtung geeignet ist, bei der die Platte 1 transparent
ist, z. B. aus einem durchsichtigen Polystyrol, Polycarbonat, Acryl,
Glas usw. oder Verbundstoffen dieser Materialien, wodurch eine Sichtanzeigetafel 10,
z. B. eine Flüssigkristallanzeigetafel,
durch die Platte 1 sichtbar ist. Bei einer solchen Anordnung
ist es natürlich
erforderlich, dass ein Schwingungserreger 8 nicht in den
Anzeige schirmbereich eindringt, und dies kann durch Anbringen des
Erregers in der Nähe
eines Randes der Platte 1 erreicht werden. Ferner befindet
sich bei einer solchen Anordnung die Platte 1 notwendigerweise
in unmittelbarer Nähe
zu einer durch die Anzeigeplatte 10 gebildete Grenze, so
dass ein Hohlraum 9 dazwischen gebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Erreger 8 ein
Streifen aus piezoelektrischem Material, z. B. PZT, und mittels
eines Klebstoffs an der Platte 1 befestigt, um vom Plattenrand
oder der Plattenperipherie zu einer Stelle einwärts des Plattenrandes zu überspannen.
Die Platte ist an ihrer Peripherie an einem Schaumstoffkunststoff
mit hoher Schersteifigkeit so aufgehängt, dass die Aufhängung ein
Scharnier oder einen Drehpunkt bildet, wie oben unter Bezugnahme
auf die 2 und 3 beschrieben ist. Demgemäß ist der
Erreger 8 so angeordnet, dass er eine Gruppe Knotenlinien
nahe dem und allgemein parallel zum Plattenrand überspannt. Der Erreger 8 ist eine
Unimorph-Einrichtung, die so angeordnet ist, dass sie durch Längenänderungen
arbeitet, um eine Scherkraft auf die Plattenfläche aufzubringen und so die
Platte um einen durch die Aufhängung 3 an
einer Position in der Gegend des Erregers bereitgestellten Drehpunkt
zu biegen.
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Da bei dieser Ausführungsform
Moden im Fluid im Hohlraum 9 die Moden in der Platte 1 nachteilig
beeinflussen können,
so dass ein Ganzkörpermodus
bei einer unerwünscht
hohen Frequenz auftritt, kann ein zweiter Antiphasenerreger 8a,
der dem Erreger 8 allgemein ähnlich ist, so an einer Platte
positioniert werden, wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist. Alternativ kann der
zweite Erreger 8a so auf der Platte positioniert werden,
dass er zur Verdoppelung der in die Platte eingespeisten Leistung
wirkt, um die Lautstärke
zu erhöhen.
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Falls gewünscht, könnte die Platte 10 transparent
sein, z. B. aus Glas, so dass der Lautsprecher 5 vor einem
Objekt positioniert werden kann, z. B. einer Sichtanzeigeeinheit,
um durch den Lautsprecher betrachtet zu werden, wodurch Schall und
Sicht einander zugeordnet werden können. Außerdem können die Erreger 8, 8a aus
einem transparenten piezoelektrischen Material bestehen.
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Es versteht sich, dass auf Wunsch
das die Aufhängung 3 und
den Piezo-Unimorph-Erreger 8 umfassende
Erregersystem in einem Lautsprecher verwendet werden könnte, der
keine Rückenplatte 10 hat.
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Bei den Lautsprecherausführungsformen
der 2 bis 6 könnte die Aufhängung 3 mit
hoher Schersteifigkeit durch eine Plattenrandversteifung (nicht
dargestellt) ersetzt werden, die entweder am Plattenrand angebracht
oder einstückig
damit ist, wobei der versteifte Rand einen Teil des Erregersystems bildet.
Der Plattenrand kann somit frei aufgehängt werden, falls gewünscht. Wie
in 6a gezeigt ist, kann
ferner die periphere Aufhängung 3 mit
hoher Scherfestigkeit durch eine Trägheitsmasse 34 ersetzt werden,
die an einem knotenmäßig dichten
oder niedrigbiegenden Amplitudenbereich der Platte geeignet positioniert
ist, um einen Bezugspunkt zu bilden, wobei der Erreger 8 so
positioniert ist, dass er sich von dem Bezugspunkt zu einem geeignet schwingungsmäßig aktiven
benachbarten Bereich erstreckt, so dass das durch das die Trägheitsmasse 34 und
den Erreger 8 umfassende Erregersystem aufgebrachte Kräftepaar
eine Anzahl oder Gruppe Knotenlinien in ähnlicher wie der oben unter
Bezugnahme auf 2a beschriebenen
Weise überspannt,
wodurch es einen gute Kopplung mit dem Bereich und daher mit der
Platte bereitstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Aufhängung 3 mit
hoher Schersteifigkeit durch eine elastische Randaufhängung 39 ersetzt.
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6b zeigt
eine Ausführungsform
des Lautsprechers 5, die der aus 6a allgemein ähnlich ist und bei der es keine
Rückenplatte
gibt, wie die in 6a mit 10 gekennzeichnete.
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6c ist
eine Ausführungsform
des Lautsprechers 5, die der aus 6b sehr ähnlich ist und ein Erregersystem
mit einem entgegengesetzten Paar Trägheitsmassen 24 und
Erreger 8 auf entgegengesetzten Seiten der Platte aufweist,
um somit den Antrieb und damit die Lautstärke zu verstärken und
zu erhöhen.
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Falls gewünscht, könnte der durch die Trägheitsmasse 34 gebildete
Bezugspunkt bei den Ausführungsformen
aus 6a bis 6c durch einen Stift oder
eine Punktklemme (nicht dargestellt) auf der Platte ersetzt werden.
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7 und 8 der Zeichnungen zeigen
einen resonanten Plattenlautsprecher 5, bei dem mittels
eines Erregersystems 2 mit einem plattenähnlichen Hebelelement 11,
das an einer geeigneten Knotenposition starr an der Platte 1 angebracht
ist und sich allgemein in rechten Winkeln zur Ebene der Platte 1 erstreckt,
Biegewellenenergie in eine Platte 1 eingeleitet werden.
Ein elektrodynamischer Trägheits-Schwingungserreger 4 ist
auf dem Hebelelement 11 angebracht, um zum Aufbringen eines
Rotations- oder Biegepaars auf die Platte Kraft in rechten Winkeln
zur Ebene des Elements 11 aufzubringen.
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9 zeigt
eine erste Variante der Lautsprecherausführungsform aus 8, bei der das Hebelelement 11 sich
durch die Platte 1 erstreckt, wodurch entgegengesetzte
Erreger 4 an entgegengesetzten Enden des Hebelelements
angebracht werden können,
um die Antriebskraft zu erhöhen.
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10 und 10a zeigen eine zweite Variante des
Lautsprechers aus 8,
bei der die Platte 1 an einer Aufhängung 3 der unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Art angebracht
ist und sich auf einer Seite über
diese Aufhängung
hinaus erstreckt, so dass ein Erregungssystem, das ein Hebelelement 11 und
einen Trägheitserreger 4 aufweist, auswärts der
Aufhängung 3 angebracht
ist und durch Biegen der Platte um den durch die Aufhängung 3 bereitgestellten
Drehpunkt arbeitet.
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11 zeigt
einen Lautsprecher 5, bei dem Biegewellen mittels eines
in einem Schlitz in der Platte angebrachten elektrodynamischen Rotations-
oder Torsions-Schwingungserregers 12 in
eine Platte 1 eingetragen werden. Diese Erregerklasse ist
unten unter Bezugnahme auf die 17 bis 21 ausführlicher beschrieben.
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12 zeigt
eine Variante des Lautsprechers aus 11,
bei dem der Rotations- oder
Torsionserreger 12 mit einem Rand der Platte 1 gekoppelt ist,
so dass der Erreger auswärts
angeordnet ist.
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13 zeigt
eine Variante des Lautsprechers aus 12,
bei dem ein piezoelektrischer Rotationsschwingungserreger 13 mit
einem Rand der Platte 1 gekoppelt ist und an seinem fernen
Ende eine Trägheitsmasse 14 aufweist
oder statt dessen mit Erde verbunden ist, z. B. mit einem Lautsprecherrahmen
(nicht dargestellt). Eine solche Anordnung ist unten in 24 bis 26 genauer gezeigt.
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14 bis 16 der Zeichnungen zeigen
einen Lautsprecher 5, bei dem eine Platte 1 mittels
eines in entgegengesetzten Positionen an entgegengesetzten Flächen der
Platte 1 angeordneten Paars piezoelektrischer Differenzerreger 15 mit
Biegewellenenergie erregt wird. Jeder Erreger 15 weist
ein entgegengesetztes Unimorph-Paar mit entgegengesetzter Orientierung
auf, in den Zeichnungen durch die Plus- und Minuszeichen angegeben
und Ende-an-Ende aneinandergefügt,
um einen Streifen zu bilden. Die Erreger arbeiten durch Längenänderungen
und während
sich somit eine Hälfte
jedes Erregers längenmäßig zusammenzieht,
verlängert
sich die andere. Der Erreger auf einer Seite der Platte ist so angeordnet, dass
er dem Erreger auf der anderen Seite gegenüberliegt. Die Erreger bringen
so Scherkräfte
auf die Platte auf, um sie zu veranlassen, sich mit einer Doppelkrümmung zu
biegen, wie in 15 gezeigt.
Die Rotationspaare und ihre Achsen 16 sind in 16 gezeigt. Die Erreger
können
aus einem PZT-Material bestehen.
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17 zeigt
eine Lautsprecherausführungsform
mit einem elektrodynamischen Torsions-Schwingungserreger 12 vom
Trägheittyp
mit einer Schwingspule 17 und einem Magnetsystem 18, die
einen Motor bilden, bei dem die Schwingspule der Rotor ist. Die
Schwingspule 17 weist eine Spule 20 auf, die auf
einen Former 19 gewickelt ist, der abgeflacht und lang
ist, um zwei parallele Sätze
Windungen zu bilden. Das Magnetsystem 18 weist einen Dauerstabmagnet 21 auf,
an dem ein Pol 22 zentral angebracht ist und der auf einem
nicht magnetischen Abstandhalter 23 abgestützt ist.
Der Pol 22 und der Magnet 21 sind sandwichartig
zwischen Seitenplatten 24, die Nuten 26 definierende
kronenartige Aussparungen 25 aufweisen, angeordnet.
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Da der Erreger 12 eine Torsionseinrichtung ist,
befindet sich die Rotationsachse des durch die Schwingspule gebildeten
Rotors in der Ebene der Platte 1, um sicherzustellen, dass
keine unerwünschten
Momente aufgebracht werden. Ein genügender Abstand zwischen der
Spulen- und Magnetbaugruppe muss vorgesehen werden, damit eine ausreichende
Winkelrotation zwischen den beiden auftreten kann.
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Wie dargestellt, ist die Spule 17 durch
ihre entgegengesetzten Seiten in einem Schlitz oder einer Öffnung 27 in
der Platte befestigt, und da der Fluss durch die Spule fließen muss,
sind Bereiche der Seitenplatten 24 entfernt, um die Nuten 26 zur Aufnahme
der Spulen-/Plattenbefestigungslaschen 28 zu bilden. Diese Befestigungslaschen 28 erstrecken
sich vom Schlitz 27 nach innen, um die Schwingspule zu
berühren
und an der Platte 1 zu befestigen. Die Laschen 28 können durch
Klebemittel an der Schwingspule 17 befestigt werden. Das
Magnetsystem 18 kann mit einem einfachen Aufhängungsmittel,
z. B. elastischem Mittel (nicht dargestellt) an der Platte befestigt
werden.
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Falls gewünscht, könnte das Magnetsystem auch
an einer Bezugserde befestigt werden.
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Eine alternative Ausführungsform
des elektrodynamischen Trägheits-Motortorsions-Schwingungserregers 12,
die die Scherkraft im Spulenformer verringert, ist in den 18 bis 21 gezeigt, in denen eine Spule 20 an
einem zylindrischen Formerrohr 19 zum Ausbilden eines Rotors
angebracht ist. Durch Aufwickeln der Spule entlang eines rohrförmigen Formers 10 werden
die Wirkungen der Scherkraft verringert. Eine flexible gedruckte
Schaltung 29, die danach um die Spule gewickelt wird, könnte ebenfalls
die Windungen bilden, wie in 21a und 21b gezeigt ist. PADDICK
zeigt im U.S. Patent 5,446,979 ein solches Verfahren für herkömmliche kreisförmige Schwingspulen,
bei der vorliegenden Anwendung schlagen wir aber vor, den Leiter
der Länge
des rohrförmigen
Formers entlang aufzuwickeln. Das Magnetsystem 18 wird
durch einen Dauermagnet 21 gebildet, der mit äußeren Polstücken 24 verbunden
ist, die einen Nordpol und Südpol
bilden, während
ein zentraler zylinderförmiger
Pol 22 durch ein nicht magnetisches Abstandstück 23 am
Magnet 21 festgehalten wird.
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Wie in den 19 und 20 gezeigt,
ist der Erreger 12 in einem Schlitz 27 in einer
Platte 1 angebracht, wobei seine Achse in der Ebene der
Platte liegt und entgegengesetzte Seiten eines Spulenformers 19 an
der Platte 1 befestigt sind, um ein alternatives Kräftepaar
auf letztere aufzubringen, wenn ein Signal an die Spule angelegt
wird. Das Magnetsystem 18 kann auf einer elastischen Aufhängung (nicht dargestellt)
angebracht werden, so dass die Einrichtung aufgrund der Masse des
Magnetsystems als Trägheitserreger
arbeitet.
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Wie in den 22 und 23 gezeigt,
ist das Einleiten einer Torsionskraft in die Platte auch mit einem
Erreger 30 möglich,
der ein Paar piezoelektrische Unimorph-Elemente 31, 32 aufweist,
die in der Platte 1 in einem Schlitz 27 angebracht
und an entgegengesetzten Enden eines sich durch die Platte erstreckenden
und an einem Ende des Schlitzes starr angebrachten Hebels 11 befestigt
sind. Die Elemente 31, 32 sind in einem Winkel
zueinander angeordnet, mit den entgegengesetzten Enden des Hebels 11 verbunden
und an ihren entgegengesetzten Enden miteinander verbunden.
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Das erste piezoelektrische Element 31,
das sich bei Anlegen einer Spannung an seine Elektroden verlängert, ist
am oberen Ende des Hebels 11 angebracht, wobei sein entgegengesetztes
Ende mit einer Trägheitsmasse 34 verbunden
ist, die in die Platte 1 eingebettet oder an ihr aufgehängt ist.
Das zweite piezoelektrische Element 32 ist auf der entgegengesetzten
Seite der Platte angeordnet und dem ersten elektrisch entgegengesetzt
ausgeschlossen, so dass eine an seine Elektroden angelegte Spannung
bewirkt, dass es sich verkürzt.
Ein Ende des Elements 32 ist mit dem unteren Ende des Hebels verbunden,
und das andere Ende ist mit der Trägheitsmasse 34 verbunden.
Die Wirkungen der zwei piezoelektrischen Einrichtungen erzeugen
zusammen am Hebel ein Moment, das Biegewellen in die Platte einleitet.
Ein Be zugspunkt wird entweder durch die Trägheitsmasse 34 bereitgestellt,
oder es wird eine Verbindung zu einer Erde hergestellt, um einen Bezugspunkt
bereitzustellen.
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Der Hebelerreger 30 ist
in Bezug auf die Platte angeordnet, um die maximale Rotation und
die optimale Modendichte einzuleiten. Er könnte vollständig in die Platte eingelassen
werden, wie gezeigt, oder an oder in der Nähe des Randes der Platte angebracht
sein. Eine Reihe von solchen Erregern könnten angeordnet sein, um zur
Verbesserung der Modendichte Biegewellen gemeinsam einzuleiten.
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Die 24 bis 26 zeigen ein Ausführungsbeispiel
eines Torsions-Schwingungserregers 13 für einen Lautsprecher 5 der
in 13 gezeigten Art
mit einem allgemein rechteckigen piezoelektrischen Bimorph-Verdreher 35,
der ein diagonal ausgerichtetes oberes Element 36 und ein
diagonal ausgerichtetes unteres Element 37 aufweist, so
dass eine angelegte Spannung das obere Element veranlasst, sich
diagonal zusammenzuziehen, während
das untere Element veranlasst wird, sich diagonal auszudehnen, wie
durch Pfeile in 24a gezeigt
ist, wobei das obere und untere Element miteinander verklept sind, um
einen Bimorph-Bieger mit einer resultierenden Verdrehungswirkung
zu bilden. Dieser Erreger könnte
unmittelbar auf einer Platte 1 verwendet werden, um die
Platte zum Schwingen zu erregen, jedoch könnte eine weitere Verfeinerung
darin bestehen, ein Ende des mit 38 gekennzeichneten Bimorphs zu
erden, so dass das Verdrehen nun am ungeerdeten Ende mit doppelter
Größe eintritt.
Diese Erde könnte die
Form eines beträchtlichen
Rahmens annehmen oder sie kann eine Trägheitsmasse sein.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die Erfindung beschreibt eine neue
Klasse von Lautsprechern und Schwingungserregern für Lautsprecher,
die mittels Torsion arbeiten und die gegenüber Krafterregern hinsichtlich
ihrer Fähigkeit,
an unterschiedlichen Stellen auf einem in Schwingung zu versetzenden
Plattenelement zu arbeiten und hinsichtlich ihrer Fähigkeit,
Ganzkörpermomente
in dem in Schwingung zu versetzenden Plattenelement zu verhindern
oder zu verringern, im Vergleich zu Krafterregern mögliche Vorteile
aufweisen.