DE102004061314A1

DE102004061314A1 - Lautsprechermemebran und Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran

Info

Publication number: DE102004061314A1
Application number: DE102004061314A
Authority: DE
Inventors: Daniel Beer; Heinz Gensicke; Sandra Brix; Thomas Sporer; Martin Kuster
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-06
Also published as: EP1829418B1; CN101112118B; WO2006066850A3; CN101112118A; EP1829418A2; US8107667B2; US20080089549A1; WO2006066850A2; KR20070091145A

Abstract

Eine Lautsprechermembran umfasst einen sich verjüngenden Randbereich. Hierdurch ist es möglich, auf kostengünstige und wirksame Weise eine Wellen-Reflexion und eine dadurch verursachte unkontrollierte Wellenausbreitung zu verhindern oder deutlich zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Akustik und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das technische Teilgebiet der Lautsprechertechnik.

Der sich in der Unterhaltungselektronik abzeichnende Trend, alles noch kleiner und kompakter zu konstruieren, macht auch vor der Lautsprechertechnologie nicht halt. Der Lautsprecher soll nun nicht mehr nur klein, sondern auch „unsichtbar" sein. Gerade für die Mehrkanal-Wiedergabe wie Surround und Wellenfeldsynthese (WFS) ist die Möglichkeit der unsichtbaren Installation von großem Nutzen. Die hier benötigte Anzahl von einzelnen Kanälen und damit Lautsprechern erstreckt sich schnell auf über 50 Stück. Da solche Wiedergabesysteme aber auch für den Heimgebrauch entwickelt und angeboten werden sollen, muss davon ausgegangen werden, dass der Kunde z.B. für ein WFS-System sein Wohnzimmer aus Platzgründen nicht mit 50 herkömmlichen Lautsprechern ausstatten wird.

Geeignet ist ein Lautsprecher, dessen Membran von vornherein flach wie eine Platte ist und dessen elektroakustisches Erregersystem möglichst kleine Abmessungen hat.

Eine Patentrecherche hat ergeben, dass eine solche Konstruktion schon 1927 von Dietze, Bothe und Bauch angemeldet wurde (siehe auch die Patentschriften 465189, 484409 oder 484872 des Reichspatentamtes). Dabei wurde eine Schaufensterscheibe als Membran durch ein angebrachtes elektrodynamisches Erregersystem zur Schallwiedergabe angeregt. Dieses Prinzip, eine Platte als Membran, gekoppelt mit einem Erregersystem zu verwenden, ist in den letzten Jahren wieder ganz neu aufgegriffen worden.

So besteht ein Flachlautsprecher, wie er beispielsweise in 6A dargestellt ist, in seiner einfachsten Ausführung aus einer elektrodynamischen Erregereinheit 60, welche zur Anregung der Wellen dient, sowie einer steifen Plattenmembran 62 zur Abstrahlung von akustischen Schallwellen.

Entsprechend der Bezeichnung „Flachlautsprecher" weist die Konstruktion eine geringere Bautiefe gegenüber dem konventionellen Kolbenlautsprecher auf, was unter anderem auf die verhältnismäßig große und planare Membranoberfläche zurückzuführen ist.

Mittels der elektrodynamischen Erregereinheit 60 werden durch tonfrequente Schwingungsbewegungen Biegeschwingungen in der Plattenmembran 62 angeregt. Folge dessen ist die Ausbreitung von Biegewellen in der Platte bzw. der Plattenmembran 62, die ein Wellenfeld ausbilden. Dieses Prinzip ist auch als Körperschall bekannt. In Wechselwirkung mit dem Umgebungsmedium (z. B. Luft) wird dieses Wellenfeld als Schall (Luftschall) abgestrahlt bzw. ausgesandt. Es erfolgt also erst eine Transformation der longitudinalen Erregerschwingung in Körperschall, bevor sich dieser als Luftschall weiter ausbreiten kann. Eine ähnliche Transformation ist bereits in der deutschen Patentanmeldung DE 10238325 A1 näher beschrieben worden.

Die Transformation von Körperschall in Luftschall wirkt ähnlich einem Filter in einer Signalkette. Konkret können nur diejenigen Signalanteile als Luftschall wiedergegeben werden, die zuvor als Körperschall in der Platte erzeugt werden. Dabei ist der Körperschallanteil, der sich in Form der Biegewelle ausbreitet, der wichtigste. Wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften der Biegewelle haben, neben Anregung und materialbedingter Ausbreitung, auch Wellen-Reflexionen, wie dies z. B. in der 6B näher dargestellt ist. Diese Wellen-Reflexionen entstehen durch Unstetigkeiten (Inhomogenitäten) im Plattenmaterial, aber insbesondere durch abrupte Plattenenden bzw. Plattenabschlüsse, wie dies in 6B an dem Plattenende 64 gezeigt ist. Rücklaufende oder reflektierte Wellenanteile 66 überlagern sich dabei mit gerade angeregten, sich ausbreitenden Wellenanteilen 68 und verursachen, neben der Ausbildung von Moden, im weiteren Sinne eine Veränderung der Amplitudenverteilung. Des Weiteren entstehen Resonanzen auf der Membran 62 in Form von Stehwellen.

Insgesamt führen Wellen-Reflexionen zu unkontrolliertem (chaotischen) Schwingungsverhalten. Das wirkt sich nachweislich nachteilig auf die Klangeigenschaften des Flachlautsprechers aus.

Ein Vorschlag zur Lösung dieses Problems wurde von 0. Bschorr vorgeschlagen, in welchem eine Impedanzanpassung mittels aktiver und passiver Strukturen genannt ist ( DE 10046059 , DE 2412672 , DE 2229420 ). In diesem Zusammenhang sprechen Krylov und Tilman von einem „akustischen schwarzen Loch" („Acoustic, black holes' for flexural waves as effective vibration dampers", in Journal of Sound and Vibration, 274 (2004) S. 605-619, Elsevier).

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Lösung für das Problem der Wellen-Reflexion und der dadurch verursachten unkontrollierten Wellenausbreitung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Lautsprechermembran gemäß Anspruch 1 sowie Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran gemäß den Ansprüchen 21 und 24 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Lautsprechermembran mit einem sich verjüngenden Randbereich.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran mit einem sich verjün genden Randbereich, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Lautsprechermembran; und
Abtragen von Material in einem Randbereich der Lautsprechermembran, um den sich verjüngenden Randbereich auszubilden.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran mit einem sich verjüngenden Randbereich, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist:
Formen einer Lautsprechermembran, wobei das Formen derart erfolgt, dass eine Lautsprechermembran ausgebildet wird, bei der sich ein Randbereich der Lautsprechermembran verjüngt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Lautsprechermembran geschaffen wird, deren äußerer Randbereich hinsichtlich seiner Form und Struktur gegenüber einer herkömmlichen Lautsprechermembran unterschiedlich ausgestaltet wird, wodurch eine Kontur geschaffen wird, die eine Impedanzanpassung realisiert und daher jeder Frequenz den spezifisch angepassten Wellenabschluss bietet. Dieses Prinzip der Reflexionsvermeidung lässt sich auch als Breitband-Absorber bezeichnen. Entscheidende Aspekte des Lösungsansatzes ist daher die Anpassung der Randbeschaffenheit. Dabei ist gegenüber anderen Lösungsansätzen zur Reflexionsvermeidung bzw. Reflexionsreduzierung, die im Wesentlichen alle auf Absorber-Prinzipien basieren, in dem erfindungsgemäßen Lösungsansatz die Integration des Absorbers in die Membranplatte selbst hervorzuheben. Die Plattenmembran, als ein zusammenhängendes Bauelement, beinhaltet demnach sowohl die eigentliche „akustische Fläche", als auch die zur Wellen-Absorption ausgestaltete Randstruktur.

Der Vorteil einer solchen Konstruktion einer Lautsprechermembran liegt einerseits in einer kostengünstigen Herstellung, da das Anbringen von externen Absorberstrukturen entfallen kann, andererseits auch in der Bewahrung des ästhetischen Erscheinungsbildes eines Flachlautsprechers, bei dem auf jegliche zusätzliche äußere Attribute verzichtet werden kann. Weiterhin zeichnet sich ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran dadurch aus, dass sich durch den sich verjüngenden Randbereich eine gegenüber herkömmlichen Plattenmembranen deutlich verbesserte Absorptionscharakteristik ausbildet.

Einen weiteren Vorteil stellt die im Verhältnis zu herkömmlichen Lautsprechermembranen einfache fertigungstechnische Konstruktion dar, die zudem keine weiteren Unstetigkeiten zwischen Membran und Absorber aufweist.

Das hat für die Praxis die Bedeutung, dass nahezu jede beliebige Fläche eines Alltagsgegenstandes mit Einschränkungen als Plattenmembran des Flachlautsprechers prinzipiell verwendet werden kann, beispielsweise auch Schranktüren.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der verjüngende Randbereich ein Absorptionsbereich, der sich mit abnehmender Dicke von einer akustischen Fläche der Lautsprechermembran zu einem äußeren Rand der Lautsprechermembran erstreckt. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Herstellung.

Weiterhin kann auch der Absorptionskeilbereich an einem Übergang zu der akustischen Fläche eine Dicke aufweisen, die der Dicke der Lautsprechermembran in der akustischen Fläche entspricht. Dies bietet günstige Eigenschaften in Bezug auf eine Vermeidung von Reflexionen am Übergang zwischen der akustischen Fläche und dem Absorptionskeilbereich.

Günstig ist es auch, wenn eine Dicke des Absorptionskeilbereichs an dem äußeren Rand der Lautsprechermembran gegen Null strebt, da dies eine hohe Dämpfungswirkung auf nahezu alle möglicherweise auftretenden Schwingungsmodi in der Lautsprechermembran hat.

In einer günstigen Ausführungsform kann die Lautsprechermembran einen weiteren sich verjüngender Randbereich aufweisen, der auf einer dem sich verjüngenden Randbereich gegenüberliegenden Seite der Lautsprechermembran angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine deutlich strärker gedämpft wird als wenn ein sich verjüngender Randbereich lediglich auf einer Seite der Lautsprechermembran angeordnet ist.

Auch kann der sich verjüngende Randbereich die Lautsprechermembran seitlich vollständig umschließen. Dies weist den Vorteil auf, dass nicht nur an zwei Seiten der Lautsprechermembran eine stehende Welle gedämpft oder verhindert wird, sondern auch sich quer ausbreitende stehende Wellen gedämpft oder verhindert werden, wodurch sich eine deutliche Erhöhung der Anzahl von möglicherweise durch den Randbereich zu dämpfenden ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform kann der sich verjüngende Randbereich einen konvex nach innen gewölbten Bereich umfassen. Dies ist insbesondere durch eine einfache Herstellung einer solchen Struktur vorteilhaft.

Alternativ kann die Lautsprechermembran auch einen sich verjüngenden Randbereich mit einem konkav nach außen gewölbten ersten Teilbereich umfassen, der an die akustische Fläche angrenzt und wobei ferner der sich verjüngende Randbereich einen konvex nach innen gewölbten Teilbereich umfasst, der an den ersten Teilbereich angrenzt. Dies weist einen Vorteil in der Dämpfungscharakteristik auf, da eine Kante (d.h. mathematisch gesehen eine nicht differenzierbare Stelle) an einem Übergang zwischen der akustischen Fläche und dem Absorptionskeilbereich vermieden wird und somit eine Verbesserung der Reflexionsdämpfung zu erwarten ist.

Ferner kann der Verlauf des konvex nach innen gewölbten Bereichs durch eine mathematische Funktion beschreibbar sein, die auf dem Potenzgesetz oder einer Umkehrung des Potenzgesetzes basiert, was beispielsweise bei der Herstellung durch eine computergesteuerte Fräsmaschine durch die Eingabe einer mathematischen Formel deutlich erleichternd wirkt.

Auch kann eine Dicke des sich verjüngenden Randbereichs durch eine mathematische Funktion beschreibbar sein, die auf der Sinusfunktion basiert. Hierdurch lässt sich eine Kante an einem Übergang zwischen der akustischen Fläche und dem Absorptionskeilbereich vermeiden, wenn die Strecke zwischen dem äußeren Rand des Randbereiches und dem Übergang zwischen der akustischen Fläche und dem Absorptionskeilbereich einer Länge von π/4 (oder einer skalierten Version davon) entspricht.

Günstig ist es auch, wenn die Lautsprechermembran ein Polymer oder ein Polykondensat umfasst. Dies biete herstellungstechnische Vorteile durch die Anwendung von bekannten und erprobten kunststoffverarbeitenden Arbeitsweisen.

Auch kann eine Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs eine Oberflächenschicht aufweist, deren Material sich von dem Material der Lautsprechermembran unterscheidet. Dies weist Vorzüge in der Dämpfungscharakteristik auf, wobei zugleich ein einfaches Herstellen einer solchen Oberflächenschicht möglich ist.

Außerdem kann die Oberflächenschicht eine Schichtdicke aufweisen, die höchstens der Hälfte der Dicke des sich verjüngenden Randbereichs an der entsprechenden Stelle entspricht, was sich durch eine nochmals verbesserte Dämpfungscharakteristik auszeichnet.

Auch kann das Material der Oberflächenschicht einen höheren Dämpfungsfaktor in Bezug auf eine Ausbreitung einer mecha nischen Welle aufweisen, als ein Material des sich zu verjüngenden Randbereichs. Dies bieten neben der Erhöhung der Dämpfung durch die Randbereichsform nochmals eine Erhöhung der Dämpfung durch die Verwendung von entsprechenden Materialien.

In einer günstigen Ausführungsform kann auch ein Kunststofffilm oder ein Lack auf der Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs angeordnet sein. Aus herstellungstechnischer Sicht zeichnet sich dies besonders vorteilhaft aus, da die Kunststoffschicht oder der Lack durch einen Spritz- oder Tauchvorgang erfolgen, on welchem mehrere Lautsprechermembranen gleichzeitig prozessiert werden können.

Weiterhin kann eine Dämpfungsstruktur an einer Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs ausgebildet sein. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Effekte einer zusätzlich aufgebrachten Oberflächenschicht auch dann erzielen lassen, wenn aus herstellungstechnischen Gründen keine Oberflächenschicht aufgebracht werden kann.

Ferner kann auch der sich verjüngende Randbereich in ein Dämpfungsmaterial eingebettet sein, das den sich verjüngenden Randbereich, eine Oberflächenschicht oder eine Oberflächenstruktur auf dem sich verjüngenden Randbereich umgibt. Dies bieten montagetechnische Vorteile, da ein sehr dünner Randbereich seitlich sonst schwer zu verarbeiten ist, ohne dass der Randbereich beschädigt oder zerstört wird.

Das Dämpfungsmaterial kann insbesondere ein Silikonmantel oder ein feinporiger Hartschaum sein, der sich in einfacher Weise um den Randbereich anbringen lässt.

Ferner kann auch Lautsprecher mit folgenden Merkmalen bereitgestellt werden:
einer Lautsprechermembran wie sie vorstehend näher beschrieben wurde; und
einer Erregereinheit, die mit der Lautsprechermembran verbunden ist, wobei die Erregereinheit ferner ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Signal die Lautsprechermembran in Schwingungen zu versetzen, so dass diese eine dem elektrischen Signal entsprechende akustische Schwingung erzeugt.

Dies bietet den Vorteil, nicht nur die Lautsprechermembran, sondern auch einen bereits einsatzfähigen Lautsprecher bereitzustellen, der direkt in einem WFS-System eingesetzt werden kann.

Weiterhin kann das Abtragen ein Fräsen umfassen. Dies bietet eine einfache Weise zur Herstellung einer solchen Lautsprechermembran.

Auch kann das Abtragen ein Aufbringen von Lösungsmitteln auf das Material des Randbereichs umfassen, wodurch sich eine weitere Vereinfachung in der Herstellung einer solchen Lautsprechermembran ergibt.

Insbesondere kann auch der Schritt des Formens unter Verwendung einer entsprechend vorgefertigten Form erfolgen, bei der eine Verjüngung in einem Randbereich vorstrukturiert ist. Dies stellt eine weitere Optimierung einer Massenfertigung einer Lautsprechermembran dar, bei der eine einzelne Nachbearbeitung der Randbereiche herstellungsbedingt vermieden werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, dass der Schritt des Formens ein Extrudieren des Randbereiches oder ein Ätzverfahren oder Schichtungsverfahren umfasst. Dies ist dann vorteilhaft, wenn ein gleichzeitiges Herstellen des sich verjüngenden Randbereiches mit der gesamten Lautsprechermembran nicht möglich ist oder ein Abtragen von Material (beispielsweise durch eine hohe Ausschussquote) aus unpraktikabel anzusehen ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A eine Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran;
1B eine Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran.
2A eine Perspektivdarstellung der Form eines Ausführungsbeispiels des sich verjüngenden Randbereiches;
2B eine Perspektivdarstellung der Form eines weiteres Ausführungsbeispiel des sich verjüngenden Randbereichs;
3A eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines beschichteten sich verjüngenden Randbereichs;
3B eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines strukturierten sich verjüngenden Randbereichs;
4 eine Querschnittsdarstellung eines sich verjüngenden Randbereiches mit einem zusätzlichen Element um den sich verjüngenden Randbereich;
5A ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Lautsprechermembran;
5B ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Lautsprechermembran;
6A eine herkömmliche Lautsprechermembran; und
6B eine Darstellung der Ausbildung von einer stehenden Welle und einer reflektierten Welle in einer herkömmlichen Lautsprechermembran.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Bezugszeichen verzichtet wird.
Die 1A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran. Hierbei weist die Lautsprechermembran 62 eine akustische Fläche 10 sowie einen Absorptionskeilbereich 12 auf. An zwei Enden der akustischen Fläche 10 ist jeweils ein Absorptionskeilbereich 12 angeordnet. Dieser Absorptionskeilbereich entspricht einer definierten Verjüngung der Platte, d.h. der Lautsprechermembran 62, die zum Plattenende hin idealerweise gegen Null tendiert. Diese Materialverjüngung ist somit als „Keil" vorstellbar, der ausgehend von der homogenen Dicke der akustischen Fläche 10 auf eine Dicke von Null ausläuft.
Die praktische Umsetzung des erfindungsgemäßen Ansatzes kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. Einerseits kann von einer homogenen Platte ausgegangen werden, wobei sich die Bezeichnung homogen auf eine Materialbeschaffenheit bezieht, aber auch bezüglich einer konstanten Dicke. Die Verjüngung kann dann beispielsweise mittels CNC-Frästechnik erfolgen. Denkbar wäre aber auch ein Extruieren oder Gießen bzw. Spritzgießen oder eine chemisches Lösen von Material im Randbereich u.s.w.
Für den Absorptionskeilbereich 12 (und dann natürlich auch für die akustische Fläche 10) eignen sich im Speziellen Kunststoffe, wie z. B. diverse Vertreter der Polymere oder Polykondensate.
1B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran. Hierbei weist die Lautsprechermembran eine mittlere akustische Fläche 10 auf, der umlaufend von einem „Ring" aus einem Absorptionsteilbereich 12 umschlossen wird.
In den 2A und 2B sind einige mögliche Ausführungsbeispiele für den Verlauf des sich verjüngenden Randbereichs dargestellt. Für die genaue Kontur des Plattenrandes haben sich mehrere Formen als zweckmäßig erwiesen, da durch sie eine äußerst schnelle Reduktion des Reflexionskoeffizienten bei gleichzeitig kleinen Maßen erzielt werden können. Spezielle Konturen, die, als Querschnitt dargestellt, einen Verlauf zum Plattenende hin annehmen, der auf dem mathematischen Potenzgesetz zuzüglich deren Umkehrfunktion basiert (wie in 2A dargestellt), aber auch Konturen basierend auf einem sinusförmigen Zulauf auf das Plattenende (wie in 2B dargestellt, in der die Dicke des Absorptionskeilbereiches auf einer Sinus-Form basiert) finden einfache praktische Umsetzung.
Wichtige Voraussetzung bei der Erschaffung einer Kontur ist dabei ein „harmonischer" Anschluss an die „akustische Fläche", um potentielle Unstetigkeiten und erneute Wellenreflexion zu vermeiden. Ein solcher „harmonischer" Anschluss lässt sich insbesondere dann ausbilden, wenn die Dicke des Absorberkeilbereiches an einer Grenze zur akustischen Fläche auch der Dicke der akustischen Fläche entspricht, da in diesem Fall keine „Stufen" oder kein „Knick" im Material der Lautsprechermembran auftreten, an denen ungewollte Reflexionen erzeugt werden könten.
Generell ist jedoch anzumerken, dass die sich verjüngende Randstruktur mit der Absorbercharakteristik nicht auf die oben genannten speziellen Strukturen begrenzt ist, sondern dass vielmehr jede mögliche sich verjüngende Struktur im Randbereich als Absorber verwendet werden kann.
Zusätzlich zur Materialverjüngung im Randbereich der Lautsprechermembran kann eine spezifische Oberflächenbeschichtung auf die Oberfläche des Absorberkeilbereiches 12 aufgebracht werden, die als zusätzliches Dämpfungsmaterial wirkt. Dies ist exemplarisch in 3A dargestellt, bei dem eine dünne Schicht 14 auf die Oberfläche des verjüngenden Randbereichs 12 der Lautsprechermembran aufgebracht ist. Diese Oberflächenbeschichtung muss nicht zwingend als in sich eigene Komponente aufgetragen werden. Vielmehr wäre auch denkbar, lediglich eine Oberflächenstruktur auf eine Oberfläche des Absorptionskeilbereiches 12 aufzubringen, wie dies in 3B durch die aufgebrachte Oberflächenstruktur 16 dargestellt ist, die lediglich durch eine Bearbeitung der Oberfläche des Absorptionskeilbereiches 12 hergestellt werden kann. Somit wäre ebenfalls vorstellbar, ein Verfahren zu verwenden, welches die Oberflächenstruktur des Trägermaterials, d.h. des Absorptionskeilbereiches 12 der Lautsprechermembran 62 entsprechend von definierten Vorgaben zu verändern. Diese Vorgaben können beispielsweise darin bestehen, dass zum einen die Dicke der Oberflächenbeschichtung bzw. der Oberflächenstruktur sehr viel dünner sein sollte als diejenige des Trägermaterials, d.h. des Materials des Absorptionskeilbereiches 12. Weiterhin sollte das Material der Oberflächenbeschichtung 14 bzw. die Oberflächenstruktur 16 selber einen möglichst großen Verlustfaktor in Bezug auf eine Dämpfung von mechanischen Wellen aufweisen, also eine möglichst hohe Dämpfung der in der akustischen Fläche 10 und dem Absorptionskeilbereich 12 laufenden Wellen ermöglichen.
Insbesondere durch die gleichzeitige Anwendung der Komponenten der Materialverjüngung und einer Oberflächenbe schichtung bzw. einer Oberflächenstrukturierung ist dann eine gegenüber herkömmlichen Flachlautsprechermembranen deutliche Reduktion des Reflexionskoeffizienten möglich. Zur Oberflächenbeschichtung bzw. Oberflächenstrukturierung kann ferner angemerkt werden, dass sich diese auf unterschiedliche Weise realisieren lassen. Je nach Materialbeschaffenheit sind beispielsweise fertigungstechnische Verfahren wie Lackierung oder Bedampfung u.s.w. vorstellbar. Wie bereits erwähnt, sollten dafür einige Vorgaben beachtet werden. Insbesondere sollte die Beschichtung der Oberfläche sehr viel dünner sein als die Lautsprechermembran bzw. die Dicke der Lautsprechermembran an der entsprechenden Stelle im Absorptionskeilbereich 12. Als Beispiel wäre in diesem Zusammenhang ein Wert von etwa der Hälfte der Dicke der Lautsprechermembran an der entsprechenden Stelle im Absorptionskeilbereich zu nennen. Diese Vorgabe relativiert sich natürlich bei einem ideal gegen Null zulaufenden Keil. Des Weiteren sollte das Oberflächenmaterial einen größeren Verlustfaktor aufweisen als das Trägermaterial. Auch dafür eignen sich wiederum spezielle Kunststoffe, die beispielsweise als dünner Polymerfilm aufgetragen werden. Ebenfalls gute Ergebnisse lassen sich dadurch erreichen, wenn ein Flüssigkunststoff auf die Oberfläche des Absorptionskeilbereiches 12 aufgebracht wird. Dadurch verändert sich die Oberflächenstruktur des Trägermaterials, d.h. des Absorptionskeilbereiches irreversibel und bildet so beispielsweise die Oberflächenstruktur 16 aus, wie sie in 3B gezeigt ist. Eine solche Strukturierung entspricht aber dennoch den gewünschten Vorgaben. Demnach wäre auch ein Verfahren denkbar, welches keine neue Materialkomponente in die Konstruktion einbringt, sondern lediglich auf die Veränderung der Oberflächenstruktur der Plattenmembran 62 insbesondere im Absorptionskeilbereich 12 setzt, sowie es in 3B dargestellt ist.
Allerdings erweist sich für die Montage der Membran 62 ein konstant dicker und stabiler Plattenrand besonders günstig. Daher besteht ferner die Möglichkeit, die empfindliche, sich verjüngende Struktur im Randbereich der Lautsprechermembran 62 in ein Material einzubetten, welches die Kontur des sich verjüngenden Randbereiches aufnimmt und den Höhenunterschied zwischen der Lautsprechermembran und dem sich verjüngenden Randbereich, d.h. dem Absorptionskeilbereich 12 ausgleicht. Dies könnte beispielsweise durch eine Art Einschäumung erfolgen, derart, dass die Absorptionskeilstruktur 12 in einen feinporigen Hartschaum 18 eingebettet wird, wie dies in 4 näher dargestellt ist. Hierzu wird beispielsweise die Absorptionskeilstruktur 12 mit einer Oberflächenbeschichtung 14 versehen, wonach der derart bearbeitete Absorptionskeilbereich 12 mit dem feinporigen Hartschaum 18 umgeben wird, wodurch sich eine entsprechende Weiterverarbeitung, insbesondere ein Einbau der Lautsprechermembran 62 vereinfacht. Die physikalische Wirkung des Absorptionskeilbereiches 12 wird durch eine derartige Einschäumung nicht beeinträchtigt, vielmehr kann bei geeigneter Auslegung des feinporigen Hartschaums oder eines ähnlichen geeigneten Materials, eine weitere Dämpfungswirkung erzielt werden.
5A zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Lautsprechermembran. Hierzu wird zunächst in einem ersten Schritt 50 eine Lautsprechermembran bereitgestellt, woran anschließend in einem zweiten Schritt 52 ein Abtragen von Materialien an dem Randbereich der Lautsprechermembran erfolgt, um die Lautsprechermembran mit dem sich verjüngenden Randbereich zu erhalten. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann dieses Abtragen durch ein Fräsen, Schleifen oder auch durch ein chemisches Abtragen unter Verwendung des Lösungs- oder Ätzmittel erfolgen.
In 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Lautsprechermembran in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Hierbei wird in einem ersten Schritt 54 des zweiten Ausführungsbeispiels ein Formen der Lautsprechermembran durchgeführt, um die Lautsprechermembran mit sich verjüngendem Randbereich zu erhalten. Das Formen kann dabei durch ein Gießen oder Schichten erfolgen, wobei Gießen dabei ein Spritzgießen oder auch ein Spritzen gleich kommt. Als wesentliches Merkmal kann dabei eine zuvor hergestellte Form angesehen werden kann, in der bereits entsprechende Vorkehrungen für das Ausbilden der sich verjüngenden Struktur im Randbereich der durch diese Form hergestellten Lautsprechermembran getroffen sind. Durch das Gießen oder Spritzen unter Verwendung dieser Form lässt sich dann sehr einfach die Lautsprechermembran mit dem sich verjüngenden Randbereich herstellen.
Ferner kann auch ein Extrudieren einer hergestellten Lautsprechermembran erfolgen, derart, dass sich in einem Walz- oder Quetsch-Schritt eine sich verjüngende Struktur im Randbereich der Lautsprechermembran ausbildet. Auch kann auch ein Einspannen und „Ziehen" der Lautsprechermembran im Randbereich erfolgen, wodurch sich der zuvor genannte Absorptionskeilbereich mit der sich verjüngenden Randstruktur ausbildet.
Zusammenfassend ist somit festzustellen, dass sich durch die Verwendung eines Absorbers, der durch eine sich verjüngende Struktur im Randbereich einer Lautsprechermembran gebildet ist, eine Vermeidung bzw. Reduzierung von Wellenreflexionen in der Lautsprechermembran erzielen lässt. Insbesondere die Ausformung des Absorbers als Keil und beispielsweise in Kombination mit einer Oberflächenbeschichtung oder einer Oberflächenstrukturierung ermöglicht eine zusätzliche Dämpfung einer in der Lautsprechermembran laufenden Welle. Ferner kann dieser Absorber direkt in die Membranfläche integriert werden, wodurch kein zusätzliches Bauteil nötig ist. Durch die Vermeidung bzw. Reduzierung von Wellenreflexionen gelingt somit die Schaffung einer theoretisch unendlichen Fläche bei praktisch begrenzten Abmessungen der Lautsprechermembran. Dadurch kann die Ausbildung von Moden weitestgehend vermieden bzw. reduziert werden, was eine nahezu ideale Wellenausbreitung ermöglicht.
Auf diese Weise entstehen daher kaum noch Membranresonanzen, d.h. Stehwellen auf der Membran.

10: akustischen Fläche
12: Absorptionskeilbereich
14: Oberflächenschicht des Absorptionskeilbereiches 12
16: Oberflächenstruktur des Absorptionskeilbereichs 12
18: Feinporiges Hartschaummaterial
50: Bereitstellen einer Lautsprechermembran
52: Abtragen von Material in einem Randbereich der Laut
: sprechermembran
54: Formen der Lautsprechermembran
60: Erregereinheit
62: Lautsprechermembran
64: Plattenende
66: reflektierter Wellenanteil
68: ausbreitende Wellenanteil

Claims

Lautsprechermembran (62) mit einem sich verjüngenden Randbereich (12).
Lautsprechermembran gemäß Anspruch 1, bei dem der sich verjüngende Randbereich (12) ein Absorptionskeilbereich ist, der sich mit abnehmender Dicke von einer akustischen Fläche (10) der Lautsprechermembran (62) zu einem äußeren Rand der Lautsprechermembran (62) erstreckt.
Lautsprechermembran (62) gemäß Anspruch 2, bei der der Absorptionskeilbereich (12) an einem Übergang zu der akustischen Fläche (10) eine Dicke aufweist, die der Dicke der Lautsprechermembran in der akustischen Fläche (10) entspricht.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der eine Dicke des Absorptionskeilbereichs (62) an dem äußeren Rand der Lautsprechermembran gegen Null strebt.
Lautsprechermembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen weiteren sich verjüngenden Randbereich (12) aufweist, der auf einer dem sich verjüngenden Randbereich (12) gegenüberliegenden Seite der Lautsprechermembran (62) angeordnet ist.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der sich verjüngende Randbereich (12) die Lautsprechermembran (62) seitlich vollständig umschließt.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der sich verjüngende Randbereich (12) einen konvex nach innen gewölbten Bereich umfasst.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der sich verjüngende Randbereich (12) einen konkav nach außen gewölbten ersten Teilbereich umfasst, der an die akustischen Fläche (10) angrenzt und wobei ferner der sich verjüngende Randbereich (12) einen konvex nach innen gewölbten Teilbereich umfasst, der an den ersten Teilbereich angrenzt.
Lautsprechermembran (62) gemäß Anspruch 7, bei der ein Verlauf des konvex nach innen gewölbten Bereichs durch eine mathematische Funktion beschreibbar ist, die auf dem Potenzgesetz oder einer Umkehrung des Potenzgesetzes basiert.
Lautsprechermembran (62) gemäß Anspruch 8, bei der eine Dicke des sich verjüngenden Randbereichs (12) durch eine mathematische Funktion beschreibbar ist, die auf der Sinusfunktion basiert.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Lautsprechermembran (62) ein Polymer oder ein Polykondensat umfasst.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der eine Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs (12) eine Oberflächenschicht (14) aufweist, deren Material sich von dem Material der Lautsprechermembran unterscheidet.
Lautsprechermembran (62) gemäß Anspruch 12, bei der die Oberflächenschicht (14) eine Schichtdicke aufweist, die höchstens der Hälfte der Dicke des sich verjüngenden Randbereichs (12) an der entsprechenden Stelle entspricht.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem das Material der Oberflächenschicht (14) einen höheren Dämpfungsfaktor in Bezug auf eine Ausbreitung einer mechanischen Welle aufweist, als ein Material des sich zu verjüngenden Randbereichs (12).
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der ein Polymerfilm oder ein Lack oder ein Schaum auf der Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs (12) angeordnet ist.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der eine Dämpfungsstruktur (16) an einer Oberfläche des sich verjüngenden Randbereichs (12) ausgebildet ist.
Lautsprechermembran (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der sich verjüngende Randbereich (12) in ein Dämpfungsmaterial (18) eingebettet ist, das dem sich verjüngenden Randbereich (12), eine Oberflächenschicht (14) oder eine Oberflächenstruktur (16) auf dem sich verjüngenden Randbereich (12) umgibt.
Lautsprechermembran (62) gemäß Anspruch 17, bei der das Dämpfungsmaterial (18) ein feinporiger Hartschaum ist.
Lautsprecher mit folgenden Merkmalen: einer Lautsprechermembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18; und einer Erregereinheit, die mit der Lautsprechermembran (62) verbunden ist, wobei die Erregereinheit (60) ferner ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Signal die Lautsprechermembran in Schwingungen zu versetzen, so dass diese eine dem elektrischen Signal entsprechende akustische Schwingung erzeugt.
Lautsprecher gemäß Anspruch 19, bei dem die Erregereinheit (60) eine Spule oder einen Magneten umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran (62) mit einem sich verjüngenden Randbereich (12), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (50) einer Lautsprechermembran (62); und Abtragen (52) von Material von einem Randbereich (12) der Lautsprechermembran (62), um den sich verjüngenden Randbereich (62) auszubilden.
Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem der Schritt des Abtragens ein Fräsen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem der Schritt des Abtragens ein Aufbringen von Lösungsmitteln auf das Material des Randbereichs (12) umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran (62) mit einem sich verjüngenden Randbereich (12), wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Formen (54) einer Lautsprechermembran (62), wobei das Formen (54) derart erfolgt, dass eine Lautsprechermembran (62) ausgebildet wird, bei der sich ein Randbereich (12) der Lautsprechermembran (62) verjüngt.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem der Schritt des Formens unter Verwendung einer entsprechend vorgefertigten Form erfolgt, bei der eine Verjüngung in einem Randbereich vorstrukturiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem der Schritt des Formens ein Extrudieren des Randbereiches (12) umfasst.