DE2916281C2 - Druckkammerlautsprecher mit Horn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkammerlautsprecher mit Horn, insbesondere Exponentialhorn, wobei der Innenraum des Horns mit der Druckkammer über einen Ringspalt, dessen Innenrand durch den Außenrand einer Scheibe begrenzt ist, und parallel zum Ringspalt durch eine in der Scheibe vorgesehene Aussparung in Verbindung steht, wobei die eine Seite der Scheibe der Membran des Lautsprechers dicht benachbart ist.

Ein derartiger Lautsprecher ist aus der US-PS 16 430, Fig. 1 bis 5 bekannt. Dieser bekannte Lautsprecher weist im Innenraum in einem Abstand von der Scheibe an deren der Membran abgewandten Seite einen kegelförmigen Schallführungskörper auf, der an seiner der Scheibe zugewandten Seite noch einen Resonanzhohlraum aufweist Bei diesem bekannten Lautsprecher, wie auch bei anderen Lautsprechern mit einem kegelförmigen Schallführungskörper im Innenraum des Horns, hat die Fachwelt bisher die Auffassung vertreten, daß ein solcher kegelförmiger Schallführungskörper erforderlich ist, um von der Membran her in Richtung auf das offene Ende des Horts zu eine

ίο allmähliche Querschnittserweiterung des Innenraums des Horns zu erzielen. Derartige Schallführungskörper sollen bekanntlich eine Erhöhung der abgestrahlten Schall-Leistung im Vergleich zu einem Lautsprecher ohne derartigen Schali/ührungskörper bewirken.

ι- Der bekannte Lautsprecher ist wegen des innerhalb des Horns angeordneten Kegels aufwendig in der Herstellung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der sich einfacher herstellen läßt, ohne daß hierdurch schwerwiegende Nachteile hinsichtlich der Eigenschaften der Schallabstrahlung bewirkt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die andere Seite der Scheibe, also die der Membran abgewandte Seite, die hintere Begrenzung des Innenraums des Horns bildet, der von Schallführungselementen frei bleibt

Diese erfindungsgemäße Lehre ist gleichbedeutend mit der Anweisung, bei dem oben näher bezeichneten bekannten Lautsprecher den kegelförmigen Schallführungskörper einfach fortzulassen.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß deswegen, weil ein Kegel beim erfindungsgemäßen Lautsprecher nicht vorhanden ist, die Herstellung des Lautsprechers erheblich vereinfacht ist Trotz dieser Vereinfachung ergibt sich gegenüber dem bekannten Lautsprecher offenbar ein gleichmäßigerer Frequenzgang. Weiter hat es sich gezeigt, daß es die Erfindung auch möglich macht, den Frequenzbereich des Lautsprechers gegenüber solchen Lautsprechern mit kegelförmigem Schallführungskörper, die keine einen Ringspalt begrenzende Scheibe mit zusätzlicher Aussparung aufweisen, die sich also von dem oben näher bezeichneten Lautsprecher unterscheiden, zu erweitern: während diese bekannten Lautsprecher mit einer oberen Frequenzgrenze bis 20 000 Hz nach DIN 45 500 Blatt 7 einen mehr oder weniger starken Schalldruckabfall ab 10 000 Hz aufweisen, der bei 12 500 Hz schon 8 dB gegenüber 1000 Hz betragen kann, kann der erfindungsgemäße Lautsprecher, wie das später beschriebene Ausfuhrungsbeispiel zeigt, ohne Schwierigkeiten so ausgebildet sein, daß sein Frequenzbereich bis 20 000 Hz innerhalb einer Toleranz von ±2 dB reicht.

Orientierende Messungen lassen den Schluß zu, daß der erfindungsgemäße Lautsprecher gegenüber dem in der obengenannten US-Patentschrift gezeigten Lautsprecher zwar innerhalb eines kleineren Frequenzbereichs einen etwas geringeren Schalldruck aufweist. So war bei einer Messung im Bereich von 2000 Hz bis 4500 Hz (bei Verwendung eines Kegels ohne Resonanzhohlraum) und bei einer anderen Messung im Bereich von 2000 Hz bis 3000 Hz (bei Verwendung eines Kegels mit Resonanzhohlraum) in einer Entfernung von 1 m bei einem Schalldruckpegel von ca. 100 dB der Schalldruck um etwa 3 dB bzw. 2 dB geringer. Dies wird jedoch überraschend dadurch ausgeglichen, daß der erfindungsgemäße Lautsprecher einen sehr viel gleichmäßigeren Frequenzgang hat als die bei der orientierenden Messung verwendeten Lautsprecher, bei denen im

ersten Fall in einem Frequenzbereich zwischen 4500 Hz und SOOO Hz ein Schalldruckabfall um maximal 8 dB auftrat und im zweiten Fall in einem Frequenzbereich zwischen 4000 Hz und 8000 Hz ein Schalldruckabfall von maximal 1OdB auftrat, verglichen mit dem erfindungsgemäßen Lautsprecher.

Die Luftsäule in dem von Schallführungskörpern freien Bereich des Halses des Horns wird beim erfindungsgemäßen Lautsprecher nicht nur im Bereich des relativ zum Halsquerschnitt nur einen relativ kleinen Querschnitt aufweisenden Ringspalts angeregt, sondern durch die Aussparung auch in einem Bereich, der vom Ringspalt zur Achse des Horns hin versetzt ist. Die Wirkungsweise der Erfindung beruht möglicherweise darauf, daß durch diese zusätzliche Anregung der Luftsäule, die mit der Anregung im Bereich des Ringspalts im wesentlichen gleichphasig ist, eine weitgehend gleichmäßige Anregung der Luftsäule, die die Bildung von Wirbeln verhindert, ermöglicht ist.

Die Aussparung kann als zum Rand der Scheibe hin offener Schlitz ausgebildet sein, wobei die Form des Schlitzes passend gewählt sein kann. Die Aussparung kann auch als Loch ausgebildet sein, wobei sie also keine Verbindung mit dem Ringspalt aufweist Vorzugsweise ist die Aussparung als einziges zentrisch zum Ringspalt angeordnetes Loch ausgebildet, wie auch bei dem bekannten Lautsprecher.

Der für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Durchmesser oder allgemeiner Querschnitt des Lochs oder der Aussparung wird zweckmäßigerweise durch Versuche ermittelt Ist der Durchmesser des Lochs zu klein, so ist die durch das Loch bewirkte zusätzliche Anregung der Luftsäule zu gering, ist der Durchmesser zu groß, so erfolgt ein zu starker Abfall der durch die Druckkammer bewirkten Drucküberhöhung, wodurch der Vorteil des Vorhandenseins einer Druckkammer, nämlich eines erhöhten Wirkungsgrads, verloren ginge.

Die Anpassung der Krümmung der Scheibe an die Krümmung der Membran bewirkt, daß die beim Schwingen der Membran auftretende Volumenänderung des zwischen der Membran und der dieser zugewandten Fläche der Scheibe begrenzten Raumes maximiert werden kann, weil sich die Membran der genannten Fläche überall bis auf einen u. a. aus Fertigungsgründen noch erforderlichen Mindestabstand von beispielsweise 0,2 mm näher;] kann, wodurch eine hohe Drucküberhöhung möglich ist, und dies kann auch für die durch die Aussparung bewirkte zusätzliche Anregung der Luftsäule im Horn von Vorteil sein.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Kalottenmembran verwendet ist, weist diese Membran in an sich bekannter Weise einen die Kalotte ringförmig umgebenden Bereich mit einem bogenförmigen Querschnitt auf, und die Wandung der Druckkammer ist dem ringförmigen Bereich dicht benachbart angeordnet und an dessen Krümmung angepaßt. Auch hierdurch wird eine möglichst große Drucküberhöhung begünstigt

Da der erfindungsgemäße Lautsprecher beispielsweise bis zu einer oberen Frequenzgrenze von 20 000 Hz bei einer Toleranz von 2 dB verwendet werden soll, kann der Fall eintreten, daß aufgrund der Eigentümlichkeiten der bei einem bestimmten Lautsprecher verwendeten Membran innerhalb des über der Frequenz aufgetragenen Schalldruckverlaufs bei hohen Frequenzen ein geringer Pegelabfall auftritt. Es wurde gefunder, daß sich ein derar'.iger Pegelabfall leicht dadurch korrigieren läßt, daß das Exponentialhorn mit einer geringeren Durchmessererweiterung pro Längeneinheit ausgebildet wird als bisher üblich, das Exponentialhorn wird also schlanker ausgebildet und gegebenenfalls geringfügig gegenüber dem bekannten Horn verlängert.

Während das bekannte Horn eine Durchmesserzunahme von exp 27 pro Meter aufweist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit einer Durchmessererweiterun£ von ungefähr exp 16 pro Meter zu arbeiten.

Um den Übertragungsbereich des erfindungsgemäßen Lautsprechers zusätzlich auch nach tiefen Frequenzen zu erweitern, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Lautsprecher einen Ringmagneten aufweist, der Kern des Ringmagneten, der in die Schwingspule des als dynamischer Lautsprecher ausgebildeten Lautsprechers eintaucht, durchbohrt, und an der der Membran abgewandten Seite des Ringmagneten ist eine mit der Bohrung des Kerns in Verbindung stehende luftgefüllte Kammer angeordnet, also ein rückseitig angekoppeltes Luftvolumen vorgesehen.

Hierdurch wird die wirksame Rückstellkraft für die Membran verringert und somit üü; Resonanzfrequenz der Aufhängung nach tieferen Freque.izen hin verschoben. Es kann zweckmäßig sein, zur Verhinderung von unerwünschten Resonanzen in der Kamme·· Dämpfungsmaterial anzuordnen, beispielsweise luftdurchlässigen IiIz. Durch die geschilderten Maßnahmen wird das Horn in seinem unteren Übertragungsbereich klirrärmer. Es versteht sich, daß die untere Grenzfrequenz des Lautsprechers nicht nur von der Aufhängungsresonanz abhängt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch das Magnetsystem eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lautsprechers,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie Ii-N in F i g. 3 durch ein Flanschstück, das gemeinsam mit der Membran die Druckkammer bildet, gegenüber dem Maßstab der F i g. 1 und 3 auf das Doppelte vergrößert F i g. 3 eine Aufsicht auf das in F i g. 2 gezeigte Teil in Richtung des Pfeils III,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch das Exponentialhorn des Lautsprechers und

Fig.5 eine Darstellung des Früquenzgangs des erfindungsgemäßen Lautsprechers.

Der Kern 2 des in bekannter Weise als Ringmagnet ausgebildeten Magneten i weist eine zentrische durchgehende Bohrung 3 auf, und außerdem sind vom Boden 4 des Magneten her vier Bohrungen 5 parallel zur Bohrung 3 in den Magneten 1 eingebracht, die in einen Hohlraum 6, der den Kern 2 umgibt, münden; mit diesem Hohlraum 6 steht wiederum der ringförmige Luftspalt 7 des Magneten 1 in Verbindung. Auf den unteren, dem Luftspalt 7 abgewandten Tzil des Magneten ist eine Kunststoffkappe 8 dichtschließend aufgesetzt, deren Boden 9 vom Boden 4 des Magneten 1 einen Abstand von im Beispiel 11 mm aufweist, und in die hierdurch g-bildete Kammer 10 ist eine Scheibe aus luftdurchlässigem Filz 11 zur Dämpfung von Resonanzen eingelegt. Durch die Kammer 1Ö, die über die Bohrung 3 und die Bohrung 5 mit der Unterseite, also der dem Magneten zugewandten Seite der noch zu beschreibenden Membran in Verbindung steht, wird bewirkt, daß dio Härte des an der Unterseite der Membran wirksamen Luftkissens durch die Vergrößerung des mit der Unterseite der Membran in Verbindung stehenden Luftvolumens verringert wird

und dadurch die Aufhängungsresonanzfreqiienz der Membran verringert wird.

Das in F i g. 2 gezeigte Teil 15 ist beim fertig montierten Lautsprecher auf die der Kappe 9 abgewandle Seite des Magneten 1 so aufgesetzt, daß die Oberseite 14 des Magneten an einer Fläche 16 des Teils 15 dicht anliegt. F.ine als Kalottenmerrbran ausgebildete Membran 20 weist einen mittleren kartenförmigen Abschnitt 21 auf und einen diesen ringförmig umgebenden Abschnitt 22, der im Querschnitt einen nach außen. al'io vom Magneten 1 weg gerichteten bogenförmigen Verlauf hat, wie F i g. 2 zeigt. Kine mit der Membran 20 in bekannter Weise verbundene Schwingspule 23 taucht in den Luftspalt 7 ein. Die Membran 20 ist im Teil 15 dadurch gehalten, daß ihr Rand 25 zwischen einer ringförmigen Schulter 26 des Teils 15 und einem Haltering 27 eingeklemmt ist, dessen Unterseite sich wiederum an der Oberseite 14 des Magneten 1 abstützt. Das Teil 15 ist am Magneten I durch nicht dargestellte Schrauben befestigt, die durch Schraubenlöcher 30 hindurchgehen.

Das Teil 15 trägt einen Gewindestutzen 31 mit Innengewinde, an dem bei fertig montiertem Lautsprecher ein Exponentialhorn 32 (Fig. 4) mit einem Gewinde 33 angeschraubt ist. Der Hals 34 des Exponentialhorns 32 geht ohne Durchmessersprung in eine im wesentlichen kreisförmige Aussparung 35 des Teils 15 über, die eine Länge von 3 mm und einen Durchmesser von 22 mm hat. Zentrisch innerhalb der Aussparung 35 ist eine Scheibe 38 von vier Stegen 40 gehalten, deren nach außen gerichtete Enden in die Wandung der Aussparung 35 übergehen. Die Scheibe 38 zeigt in der Aufsicht der Fig. 3 einen kreisförmigen Umriß, sie ist einem Kugelschalensegment ähnlich, weist jedoch in ihrem mittleren Bereich, also in der Umgebung der Achse der gesamten Lautsprecheranordnung, ihre größte Dicke auf und wird nach ihrem äußeren Rand zu immer dünner. Diese größte Dicke beträgt im Ausführungsbeispiel 0.5 mm. Die Krümmung der der Membran 20 zugewandten Innenfläche 42 der Scheibe 38 ist so gewählt, daß sie von dem mittleren kartenförmigen Abschnitt 21 der Membran 20 einen im wesentlichen gleichmäßigen Abstand einhält, im Ruhezustand beträgt dieser Abstand 03 mm.

Genau im Zentrum der Scheibe 38 ist ein genau in Achsrichtung der Lautsprecheranordnung verlaufendes Loch 44. das die Scheibe 38 durchsetzt, vorgesehen; das Loch 44 hat einen Durchmesser von 3,5 mm. nimmt also nur einen kleinen Flächenbereich der Gesamtfläche der Scheibe 38 ein. Der äußere Rand 46 der Scheibe 38 hat von der Wandung der Aussparung 35 einen Abstand von 2,75 mm. Dieser zwischen der Scheibe 38 und der Aussparung 35 bestehende Ringspalt 48 ist lediglich durch die vier Stege 40 unterbrochen. Der in Fig.3 eingezeichnete Schnitt II-II ist so gelegt, daß im linken Teil der F i g. 2 dieser Ringspalt sichtbar ist. im rechten Teil einer der Stege 40. Der Steg 40 hat eine in der Aufsicht der F i g. 3 sichtbare Breite von 2 mm und eine im Schnitt der F i g. 2 sichtbare Höhe von 23 mm. Die der Membran 20 abgewandte Außenseite 50 des Stegs 40 fluchtet mit der am weitesten außen liegenden Stelle der Scheibe 38 und liegt der Membran 20 um 05 mm näher als das der Membran 20 abgewandte Ende der Wandung der Aussparung 35.

Der Durchmesser der Scheibe 38 beträgt 16,5 mm und ist damit nahezu so groß wie der Durchmesser des kartenförmigen Abschnitts 21 der Membran 20, der dem Durchmesser der Schwingspule 23 gleich ist und 18.5 mm beträgt. Der ringförmige Abschnitt 22 der Membran 20 ist von außen her etwas mehr als bis zur halben Breite durch einen nach innen gerichteten ringförmigen Vorsprung 54 überdeckt, dessen koaxial zur Achse der gesamten Lautsprecheranordnung verlaufende zylindrische Fläche die Außenfläche der Aussparung 35 bildet. Die dem Abschnitt 22 der Membran 20 zugewandte Fläche 56 des Vorsprungs 54 ist rr.it einem Radius von 2 mm abgerundet, wie der Schnitt der F i g. 2 zeigt; hierdurch verläuft diese Innenfläche 56 im Bereich ihrer Krümmung in nur einem geringen Abstand von dem ringförmigen Abschnitt 22 der Membran. Die gekrümmte Innenfläche 56 geht in Richtung auf die Achse 60 der gesamten Lautsprechei anordnung zu in einen ebenen parallel zur Fläche 16 verlaufenden Bereich über, wie die F i g. 2 zeigt, und in diesem Bereich nimmt in Richtung auf die Achse 60 zu der Abstand zwischen dem ebenen Teil der Fläche 56 und dem ringförmigen Abschnitt 22 der Membran wieder zu. Durch den Ringspalt 48 hindurch ist, wie Fig. 2 zeigt, sowohl ein Teil des ringförmigen Abschnitts 22 als auch der äußerste Teil des kartenförmigen Abschnitts 21 der Membran 20 sichtbar.

Die Druckkammer des Lautsprechers wird auf ihrer einen Seite durch die Membran 20 begrenzt, auf ihrer anderen Seite durch die starre Fläche 56 und die ebenfalls siarre Fläche 42. Das Volumen der Druckkammer ist ausreichend klein, um Interferenzen bei hohen Frequenzen zu verhindern. Die öffnungen der Druckkammer, durch die hindurch die Luft im Exponentialhorn zu Schwingungen angeregt wird, werden durch den Ringspalt 48 und durch das Loch 44 gebildet. Der größte Durchmesser der Druckkammer entspricht somit dem Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts 22 der Membran und beträgt im Ausführungsbeispiel 293 mm.

Das in Fig.4 im Längsschnitt gezeigte Exponentialhorn hat eine Länge von 73,7 mm, sein Durchmesser beträgt am Hals 22 mm und an der Mündung 72,9 mm. Die Konstante a. die die Durchmessererweiterung des Horns nach der Formel d = do ■ exp (al) bestimmt, wobei c/der Durchmesser des Horns in einem Abstand 1 vom Hals des Horns und do der Durchmesser am Hals, also der engsten Stelle des Horns, ist, beträgt im Ausführungsbeispiel 16.3/m.

F i g. 5 zeigt den Frequenzverlauf des Schalldrucks, gemessen in einem Meter Abstand bei einer elektrisehen Leistung von 1 W an einem Ersatzwiderstand von 4 Ω. In Fi g. 5 sind die Pegelwerte und die Frequenzen eingetragen. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Kurvenverfauf etwa zwischen 2000 und 20 000 Hz bei einem Pegel von 100 dB nahezu linear.

Auch wenn statt des in F i g. 4 gezeigten Exponentialhorns ein solches verwendet wird, das bei gleichem Anfangsdurchmesser mit einer Konstanten a = 27.4/m berechnet ist, wobei die Länge des Horns um 30 mm kürzer ist als das ir. F i g. 4 gezeigte Horn, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Lautsprecher ein gegenüber bekannten Lautsprechern erheblich verbesserter Frequenzverlauf, der bis 20 kHz reicht

Der Magnet 1 hat eine Induktion von 1.6 T. Die Membran 20 ist aus einer geprägten Kunststoff-Folie hergestellt Der Innendurchmesser der Kammer beträft ptwa 53 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Druckkammerlautsprecher mit Horn, insbesondere Exponentialhorn, wobei der Innenraum des Horns mit der Druckkammer über einen Ringspalt, dessen Innenrand durch den Außenrand einer Scheibe begrenzt ist, und parallel zum Ringspalt durch eine in der Scheibe vorgesehene Aussparung in Verbindung steht, wobei die eine Seite der Scheibe der Membran des Lautsprechers dicht benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite der Scheibe (38) die hintere Begrenzung des Innenraums des Horns (32) bildet, der von Schallführungselementen frei bleibt.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als zum Rand der Scheibe offener Schlitz ausgebildet ist

3. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer als Kalottenmembran ausgebildeten Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (20) in an sich bekannter Weise einen die Kalotte (21) ringförmig umgebenden Bereich (22) mit bogenförmigem Querschnitt aufweist und daß die Wandung (56) der Dpjckkammer dem ringförmigen Bereich dicht benachbart angeordnet ist und an dessen Krümmung angepaßt ist.

4. Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen der Kalotte (21) und dem umgebenden Bereich (22) der Membran (20) im Bereich des Ringspaltes (48) liegt.

5. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Exponentialhorn (32) eine Durchmesserzunahme pro Meter aufweist, die wesentlich kleiner ist als exp 27 und vorzugsweise etwa exp 16 beträgt.

6. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Ringmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) des Magneten (1) durchbohrt ist und daß an der der Membran (20) abgewandten Seite des Magneten eine mit der Bohrung (3) im Kern in Verbindung stehende luftgefüllte Kammer (10) angeordnet ist

7. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Membran (20) als Kalottenmembran mit einem Schwingspulendurchmesser von 18,5 mm der Außendurchmesser des Ringspaltes (48) 22 mm beträgt, seine Breite 2,75 mm beträgt, und der Durchmesser eines zentral in der Scheibe (38) angeordneten Lochs (44) 3,5 mm beträgt.