DE3720949C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran für elektroakustische Wandler­ systeme gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei allen elektroakustischen Wandlern stellt sich das Problem des Abstrahlverhaltens. So ist bekanntlich bei frontal abstrahlenden Wandlern die Hörzone für ein optimales, stereophonisches Klangpano­ rama sehr eingeengt. Im weiteren ergibt sich durch die Aufteilung des Frequenzspektrums über Frequenzweichen und die Verteilung auf Schwing­ systeme unterschiedlichen Abstrahlverhaltens zueinander, ein weiteres Problem, nämlich wie sich das in seinen Grund- und Oberwellen völlig zerrissene Klangbild im Raum zu einem einheitlichen in sich geschlosse­ nen Klanggeschehen wieder zusammenfindet.

Klangverfärbungen, die sich zwangsläufig noch durch den Einbau in mitschwingende Gehäuse ergeben, erweitern die Problematik, so daß z. B. bei einem Hörtest zweier Spitzenlautsprecher ihre eingestufte Rangfolge sich in zwei verschiedenen Wohnräumen völlig umkehrte (siehe Funkschau 1979, Heft 8, Seite 457 - Prof. Dipl.-Ing. Heinrich Williges Elektro­ akustik).

Um die Richtwirkung der gebündelten Abstrahlung solcher Wandler zu verrin­ gern, sind rundum abstrahlende Wandler in der Ausführung bekanntgeworden, daß im Kreis oder auch würfelförmig mehrere konventionelle Wandler mit Konus und Kalottenmembranen angeordnet sind, wobei der untere Frequenz­ bereich frontal abstrahlenden Kastenlautsprechern überlassen bleibt, also ein in sich geschlossenes Klangbild nicht zur Wiedergabe gelangen kann (Audio-Heft 1984 Nr. 9, Seite 14; Stereo-Heft 1/1987 Seite 149/151).

So gab es Bestrebungen, Strahler nullter Ordnung zu schaffen, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 25 28 482 A1 bekannt wurden, die Kugelwellen ab­ strahlen sollten, wobei die Energie der erzeugten Wellenform in einem sehr kleinen Bereich unterhalb der Oberfläche der abstrahlenden Fläche zentriert ist.

Die weitere Entwicklung einer kugelförmigen Membran für allseitige Abstrah­ lung zeigt die Zeitschrift Hi-Fi-Vision 1987 (Heft Nr. 6, Seite 20). Allen diesen Rundum-Strahlern ist gemeinsam, daß ihre Membranen nur in Biegewellen angeregt werden, welchen größere Amplituden im unteren Frequenzbereich entgegenstehen.

Das wird auch bei dem mit Steilkonus ausgeführten Radial-Strahler deutlich (US-Patent 34 24 873), wo zur Wiedergabe des unteren Frequenzbereiches der Steilkonus in herkömmlicher Art auf einem Resonanzkasten axial schwingend angeordnet ist.

Eine Begrenzung im Tiefton-Bereich zeigt auch der olivenförmige Membran­ körper der Auslegeschrift DE-AS 27 09 374. Als sogenannter Biegeschwinger sind die am äquatorialen Bereich auftretenden Schwingkräfte gegeneinander gerichtet und können sich als Resultierende nicht auswirken.

Dabei ergibt sich eine nicht eindeutige Drehpunktlage an der Verbindungsstelle von Schwingspule zum Membransegment, wie sie ebenfalls in der Ausführung der Patentschrift DE 30 36 149 C2 zwangsläufig auftritt, die phasendrehende Membranteile und nichtlineare Verzerrungen zur Folge hat.

Dem entgegen wird der Membrankörper bis an die Innenfläche der inneren Schicht der schwingenden Membranfläche mit Dämpfungsmaterial ohne Lufteinschlüsse ausgefüllt. Diese hohe Bedämpfung wirkt sich jedoch wieder nachteilig auf die Ausbildung großer Amplituden aus und damit auch nachteilig auf den tiefen Frequenzbereich.

Auch die bekannte Ausführung in Hartschaum, z. B. Styropor hat zwar den Vorteil einer gewünschten geringen Membranmasse, kann jedoch die erwähnten Nachteile nicht ausschließen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die schematische Darstellung der auftretenden Kräfte an den betreffenden Membransegmenten der beiden angeführten Patent­ schriften (Funkschau Heft 3/1980, Seite 79). Einen Strahler nullter Ordnung kann daher auch nicht Ziel der Erfindung sein. Sie unterliegt auch nicht dem im herkömmlichen Lautsprecherkonzept verankerten Grundsatz, die Membran­ flächen im Verhältnis zur abgestrahlten Wellenlänge klein zu halten, um eine möglichst bündelungs- und richtwirkungsfreie, kugelförmige Abstrahlung zu erhalten (Tonstudio-Technik Johannes Weber, Franzis-Verlag München, 2. erw. Auflage, Seite 207, desgl. Funkschau 1979/Heft 8/Seite 459).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen in sich geschlossenen Membrankörper mit einer mehr ebenen wellenfrontförmigen, bündelungsfreien Rundumabstrahlung zu schaffen, der sowohl im Raum in unmittelbarer Nähe als auch in größerer Entfernung vom Strahler, den gleichen Klangeindruck vermittelt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem gekennzeichneten Teil des Patentanspruches 1.

Die Erfindung löst die Aufgabe bei dem vorliegenden Rundstrahler durch ein parabolisch gekrümmtes Membranelement, das die Umlenkung der Schwingrich­ tung von der axialen in die horizontale Ebene über das ganze Membran­ element verteilt und somit eine fixierte Drehpunktlage und phasendrehende Membranteile nicht in Erscheinung treten lassen, wie das Fig. 3 gegenüber Fig. 1 und 2 erkennen läßt. Konstruktiv gesehen bleiben die schwingenden Schubkräfte innerhalb des gekrümmten Membranelementes und kommen erst am äquatorialen Bereich des Membrankörpers als Resultierende zur Auswirkung.

Es kann nicht umgangen werden, daß die bisher bekannten Rundstrahler in Annäherung an einen Kugelstrahler den größten Teil der Abstrahlung durch Reflexion und nur ein sehr geringer Teil an Direktschall dem Hörer ver­ mitteln.

Zwar bindet diese Wiedergabe, im Gegensatz zu Frontstrahlern, nicht so sehr an einen eng begrenzten optimalen Hörplatz, doch wird trotz des aufge­ fächerten Klangpanoramas die Lokalisierung virtueller Schallquellen, selbst Solisten an einem Platz zu wissen, erschwert und unterliegt damit mehr der akustischen Eigenart des Raumes.

Wie aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 hervorgeht, führt die weitere Entwicklung der Erfindung dazu, Teilabschnitte des Membrankörpers zu einer verstärkten, im besonderen variablen Abstrahlung mittlerer und höherer Frequenzen anzuregen und damit den direkten Schallanteil zu verstärken.

Die erfindungsgemäße Ausführung sieht dafür ein oder mehrere Hoch- und Mittel­ töner vor, die innerhalb des Membrankörpers bzw. in den freistehenden Dämpfungskörper integriert und radial auf die entsprechenden Membranelemente ausgerichtet sind. Die zusätzlich elektroakustischen Wandler können den bekannten herkömmlichen Kalotten- und Konussystemen entsprechen, ohne daß Richtwirkungen oder gar Bündelungen einzelner Frequenzteile auftreten, denn nach dem Fresnel-Huygensschen und Fermateschen Prinzip kann eine Trenn­ fläche, die hierbei durch die Membransegmente gebildet wird, als quasioptisch angesehen werden (s. Tonstudio-Technik von Johannes Weber, 2. Auflage Franzis-Verlag München, Seite 57-60).

In der Aufstellung des Wandlers bietet sich eine größere Variation, nämlich das Klanggeschehen trotz verschiedener Hörpositionen örtlich festzuhalten, was besonders bei solistischen Darbietungen erwünscht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäß parabolisch gekrümmtes, an seiner konvexen Seite mit einer Rippe versteiftes Membranelement, das dämpfungs- und massearm, z. B. Styropor, auszuführen ist.

Die Fig. 4a zeigt das ungekrümmte Membranelement, um die konkav gebildeten Längsseiten sichtbar zu machen.

Die Rippenversteifung 1 in der Fig. 4 kann z. B. aus Alu-Blech 0,2 mm hergestellt werden und muß dem Membranelement in Richtung Schwingspule eine größere Steife verleihen.

Die Fig. 5 zeigt in Seitenansicht zwei Membranelemente, die im Abstand voneinander mit dem elastischen Winkel 2 fest verbunden sind, und läßt den sich bildenden Winkel der beiden Membranelemente erkennen, der nicht größer als 110 Grad sein sollte.

Das so komplette Teil der Fig. 5 in mehrfacher Ausführung, kreisförmig angeordnet und an seinen Längsseiten durch Falten 2 a oder einen elastischen Stoff verbunden, bildet so den Membrankörper, Fig. 6, mit den an seinen Enden angebrachten Schwingspulen 3 und 3 a des elektrodynamischen Schwin­ gungserzeugers (nicht gezeichnet).

Den Membrankörper im Schnitt zeigt Fig. 7, wobei der innere freistehende Dämpfungskörper 4 sichtbar ist, mit den z. B. drei integrierten Zusatz­ tönern (5, 6 und 7), die im Abstand von 45 Grad verteilt sind.

Der Dämpfungskörper hat im wesentlichen die Form des Membrankörpers, nur läßt er den Membrankörper mind. 20 mm freien Luftraum und ist perforiert. Sein Inneres ist mit Dämpfungsmaterial gefüllt. Der Körper selbst wird durch eine Mittelachse gehalten, woran auch die beiden Schwingungserzeuger be­ festigt sind (nicht gezeichnet).

Claims (2)

1. Membran für elektroakustische Wandlersysteme, die aus mehreren im Kreis angeordneten, im wesentlichen dämmarm ausgeführten Paaren von Membranelementen besteht, die an ihren Längsseiten in bekannter Weise mit Falten zu einem in sich geschlossenen Membrankörper verbunden sind, der zwischen zwei gegeneinander schwingenden elektrodynamischen Schwingungserzeugern angeordnet sowie rundum abstrahlend ist und sich zusätzlich durch eine frontorientierte insbesondere variable Hoch-Mittelton-Abstrahlung durch die gleichen Membranelemente auszeichnet, deren Biegefähigkeit nicht die effektive Membranamplitude definiert, sondern ihr entgegengerichtet die an den Membranen sich bildenden Drehpunktlagen kompensiert und daß innerhalb des geschlossenen Membrankörpers sich ein zentralbefestigt-freistehender Dämpfungskörper befindet, dessen Dämpfungsmaterial keinen Berührungskontakt mit den Membranelementen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranelemente parabolisch gekrümmt sind, mit ihrer konkav schallabstrahlenden Fläche nach außen zeigend und die Krümmung ohne Wendepunkt vom Ansatz der Schwingspule bis zum äquatorialen Bereich des Membrankörpers stetig verläuft, wo sie in ein elastisches Bindeglied übergeht, das beide Membranelemente eines jeden Paares symmetrisch zueinander verbindet, mit einem an der Verbindungsstelle sich einstellenden Winkel von nicht mehr als 110 Grad und die Membranelemente ohne Beeinträchtigung ihrer dämmarmen Ausführung formstabilisiert, in Richtung Schwingspule starrer werdend sind und nicht mit dämpfenden Stoffen in Berührung stehen.

2. Membran nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Membrankörpers ein freistehender Dämpfungskörper angebracht ist, in welchem sich zusätzliche Hoch- und Mitteltonstrahler befinden, die radial auf die Membranelemente ausgerichtet sind.