DE68919746T3

DE68919746T3 - Speaker.

Info

Publication number: DE68919746T3
Application number: DE68919746T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Reginald Fincham
Original assignee: KH Technology Corp
Current assignee: KH Technology Corp
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-05-05
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2009-05-06
Also published as: GB2236929A; EP0341926B2; ES2065988T3; ATE115352T1; GB9023490D0; EP0341926A1; AU3558189A; KR0171567B1; KR900702744A; NZ229054A; JPH03504310A; GB2236929B; JP2766862B2; DE68919746D1; CA1339519C; DE68919746T2; WO1989011201A1; GB8810943D0; EP0341926B1; HK71893A

Abstract

A compound loudspeaker drive unit is disclosed comprising a low frequency unit having an outwardly and forwardly flaring conical diaphragm (21) and a high frequency drive unit (27) located in or adjacent to the neck of the low frequency conical diaphragm such that the acoustic centres of the two units are substantially coincident and, for a cross-over frequency range in which both drive units contribute significant sound output, the directivity of sound radiation from the high frequency unit (27) as acoustically loaded by the low frequency conical diaphragm (21) is substantially the same as that of the low frequency unit. A magnet structure (28,29,30) for the high frequency unit utilises a magnet (29) formed of neodymium iron boron which enables the high frequency unit (27) to be positioned within a drive coil (23,24) for the low frequency diaphragm while providing a required high value of magnetic flux.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und insbesondere auf Lautsprecherkombinationseinheiten, in denen gesonderte Membranen für die Wiedergabe der tiefen und der hohen Hörfrequenzen vorhanden sind.The invention relates to loudspeakers and, in particular, to loudspeaker combination units in which separate membranes are provided for the reproduction of the low and high audio frequencies.

In manchen bekannten Lautsprechersystemen sind gesonderte Lautsprechereinheiten für die Wiedergabe von Hörfrequenzbändern vorgesehen, z. B. eine Tieftönereinheit für die Wiedergabe von Tönen in einem tiefen Frequenzband und eine Hochtönereinheit für die Wiedergabe von Tönen in einem hohen Frequenzband. Die Schwingspulen der Lautsprechereinheiten werden an den Ausgang eines Leistungsverstärkers, oder an eine andere Quelle, über ein geeignetes, als Frequenzweiche wirkendes Filternetzwerk angeschlossen, welches dafür sorgt, dass nur elektrische Signale, welche Töne in den passenden Frequenzbändern darstellen, zu den einzelnen Lautsprecher-Schwingspulen gelangen. Die Charakteristik der Frequenzweiche ist so gewählt, dass in einem mittleren Ueberschneidungsfrequenzband zwischen dem hohen und dem tiefen Frequenzband die Ausgänge der beiden Lautsprechereinheiten allmählich abnehmen; der Ausgang der Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen nimmt mit steigender Frequenz ab, während der Ausgang der Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen mit abnehmender Frequenz abnimmt. Bei einer sogenannten Uebergangsfrequenz sind die Ausgänge der Lautsprechereinheiten für tiefe und für hohe Frequenzen einander gleich, jedoch im Vergleich zu den Ausgängen in den betreffenden Frequenzbändern reduziert. Die elektrischen Erregungen der betreffenden Schwingspulen sind so eingestellt, dass die Schall-Ausgangsleistungen der Lautsprechereinheiten aneinander angepasst sind und zusammen im gesamten Frequenzbereich der Kombination der beiden Lautsprechereinheiten eine im wesentlichen gleichförmige Schallstärke liefern. Der Schall, der von jeder der Lautsprechereinheiten abgestrahlt wird, kann als von der scheinbaren Schallquelle oder akustischen Mitte dieser Einheit ausgehend betrachtet werden; die Lage der akustischen Mitte ist von der Konstruktion der betreffenden Einheit abhängig und kann durch akustische Messung bestimmt werden.In some known loudspeaker systems, separate loudspeaker units are provided for the reproduction of audible frequency bands, e.g. a woofer unit for the reproduction of sounds in a low frequency band and a tweeter unit for the reproduction of sounds in a high frequency band. The voice coils of the loudspeaker units are connected to the output of a power amplifier, or to another source, via a suitable filter network acting as a crossover network, which ensures that only electrical signals representing sounds in the appropriate frequency bands reach the individual loudspeaker voice coils. The characteristics of the crossover network are selected such that in a middle crossover frequency band between the high and low frequency bands, the outputs of the two loudspeaker units gradually decrease; the output of the loudspeaker unit for low frequencies decreases with increasing frequency, while the output of the loudspeaker unit for high frequencies decreases with decreasing frequency. At a so-called crossover frequency, the outputs of the loudspeaker units for low and high frequencies are equal to each other, but reduced compared to the outputs in the relevant frequency bands. The electrical excitations of the respective voice coils are adjusted so that the sound outputs of the loudspeaker units are matched to one another and together provide a substantially uniform sound intensity over the entire frequency range of the combination of the two loudspeaker units. The sound radiated by each of the loudspeaker units can be considered to emanate from the apparent sound source or acoustic centre of that unit; the position of the acoustic Center depends on the design of the unit in question and can be determined by acoustic measurement.

Wenn getrennte Lautsprechereinheiten vorhanden sind, sind die scheinbaren Schallquellen bezüglich einander physisch versetzt. Die Lautsprechereinheiten werden üblicherweise in einer gemeinsamen Schallwand montiert, so dass sie in einer gemeinsamen Ebene liegen und in der Ebene der Schallwand in vertikaler Richtung versetzt sind. Für einen Hörer, der sich an einer Stelle befindet, die etwa auf die Achsen der Lautsprechereinheiten ausgerichtet ist und von den akustischen Mitten der beiden Einheiten etwa gleiche Abstände hat, lässt sich ein gewünschtes Gleichgewicht zwischen den Ausgängen von den beiden Einheiten erzielen. Wenn sich der Hörer jedoch von der Stelle gleicher Abstände entfernt, sind die Abstände zwischen dem Hörer und den akustischen Mitten der beiden Lautsprechereinheiten ungleich, so dass Töne im mittleren Frequenzband, die von beiden Lautsprechereinheiten abgestrahlt werden, mit einem Zeitunterschied beim Hörer ankommen. Dieser Zeitunterschied zwischen Tönen, die von den beiden Lautsprechereinheiten erhalten werden, führt zu einer Aenderung der Phasenbeziehung zwischen den Tönen, die beim Hörer von den beiden Einheiten erhalten werden. Die Töne von den beiden Einheiten addieren sich im Uebergangsband nicht mehr in der beabsichtigten Weise. Daher variiert die empfangene resultierende Schallstärke mit der Frequenz, und die insgesamt von der Lautsprecherkombination erhaltene Schallstärke erscheint dem Hörer ungleichförmig. Die resultierende Ungleichmässigkeit der Schallstärke verändert die Klangfarbe, und bei Stereosystemen leidet die Klarheit der scheinbaren Stellung der Instrumente. Dies ist besonders wahrnehmbar bei Tonfrequenzen im oberen Mittelbereich, z. B. im Bereich von 3 kHz, wo die Versetzung der Lautsprechereinheiten bezüglich einander mit der Schallwellenlänge vergleichbar ist. Bei einer Frequenz von 3 kHz beträgt die Wellenlänge etwa 4 Zoll oder 100 mm.When separate loudspeaker units are present, the apparent sound sources are physically offset from each other. The loudspeaker units are typically mounted in a common baffle so that they lie in a common plane and are offset vertically in the plane of the baffle. For a listener located at a location roughly aligned with the axes of the loudspeaker units and approximately equidistant from the acoustic centers of the two units, a desired balance between the outputs from the two units can be achieved. However, when the listener moves away from the equidistant location, the distances between the listener and the acoustic centers of the two loudspeaker units are unequal, so that mid-frequency band sounds emitted by both loudspeaker units arrive at the listener with a time difference. This time difference between sounds received by the two loudspeaker units results in a change in the phase relationship between the sounds received by the listener from the two units. The sounds from the two units no longer add together in the transition band in the intended manner. Therefore, the resulting received sound intensity varies with frequency, and the total sound intensity received by the loudspeaker combination appears uneven to the listener. The resulting unevenness of sound intensity changes the timbre, and in stereo systems the clarity of the apparent position of the instruments suffers. This is particularly noticeable at sound frequencies in the upper mid-range, e.g. in the 3 kHz range, where the displacement of the loudspeaker units with respect to each other is comparable to the sound wavelength. At a frequency of 3 kHz, the wavelength is about 4 inches or 100 mm.

Um die unerwünschten Effekte auf Töne, die an Stellen empfangen werden, welche von den beiden Lautsprechereinheiten ungleiche Abstände haben, zu eliminieren, ist es bekannt, die Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen und die Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen in einer einzigen, kombinierten koaxialen Konstruktion zusammenzufassen. Die Koaxial-Lautsprecherkombinationseinheit enthält eine allgemein konische Membrane für tiefe Frequenzen, die von einer Schwingspule betätigt wird, welche mit einer Magnetstruktur zusammenwirkt, die ein sich durch die Schwingspule erstreckendes zentrales Polstück enthält. Eine Membrane für hohe Frequenzen ist hinter der Struktur angeordnet, und der von dieser Membrane abgestrahlte Schall wird mittels einer Hornstruktur auf die Vorderseite der Lautsprechereinheit geleitet. Die Hornstruktur erstreckt sich koaxial durch das zentrale Polstück der mit der Membrane für tiefe Frequenzen zusammenwirkenden Magnetstruktur. So werden sowohl Töne hoher Frequenzen als auch Töne tiefer Frequenzen in einer Richtung allgemein nach vorn aus der Lautsprecherkombinationseinheit abgestrahlt. Bei dieser koaxialen Form der Lautsprecherkonstruktion gibt es keine vertikale oder horizontale Versetzung der scheinbaren Schallquellen für tiefe und für hohe Frequenzen. Jedoch ist die Membrane für tiefe Frequenzen an der Vorderseite der Lautsprechereinheit angeordnet, während sich die Membrane für hohe Frequenzen im hinteren Teil der Lautsprechereinheit befindet, was zu einer relativen Versetzung der scheinbaren Schallquellen in Richtung der Achse der Lautsprechereinheit und damit zu einer unerwünschten Zeitdifferenz in der Herkunft der Töne von den Membranen für hohe und für tiefe Frequenzen beim Hörer führt.In order to eliminate the undesirable effects on sounds received at locations unequally spaced from the two loudspeaker units, it is known to combine the low frequency loudspeaker unit and the high frequency loudspeaker unit into a single combined coaxial structure. The coaxial loudspeaker combination unit includes a generally conical low frequency diaphragm actuated by a voice coil which cooperates with a magnetic structure including a central pole piece extending through the voice coil. A high frequency diaphragm is located behind the structure and the sound radiated from this diaphragm is directed to the front of the loudspeaker unit by means of a horn structure. The horn structure extends coaxially through the central pole piece of the magnetic structure cooperating with the low frequency diaphragm. Thus, both high frequency sounds and low frequency sounds are radiated in a direction generally forward from the speaker combination unit. In this coaxial form of speaker construction, there is no vertical or horizontal displacement of the apparent low and high frequency sound sources. However, the low frequency diaphragm is located at the front of the speaker unit, while the high frequency diaphragm is located at the rear of the speaker unit, resulting in a relative displacement of the apparent sound sources in the direction of the axis of the speaker unit and thus in an undesirable time difference in the origin of the sounds from the high and low frequency diaphragms to the listener.

Das Dokument FR-A-1 001 734 beschreibt eine Lautsprecherkombinationseinheit mit einer konischen Membrane für tiefe Frequenzen, die sich von einem Halsabschnitt der Membrane aus nach aussen erweitert, mit einer am Halsabschnitt der Membrane befestigten Schwingspule und mit einer kalottenförmigen Membrane für hohe Frequenzen, die im Halsabschnitt der Membrane für tiefe Frequenzen angeordnet ist. Die Lautsprechereinheit enthält eine gemeinsame Magnetstruktur mit zwei konzentrischen Luftspalten, in welche sich die Schwingspulen der Membranen für tiefe bzw. für hohe Frequenzen erstrecken. Der ganze Magnetfluss durch den Luftspalt, in welchem sich die Schwingspule der Membrane für hohe Frequenzen bewegt, geht auch durch den Luftspalt für die Schwingspule für tiefe Frequenzen.Document FR-A-1 001 734 describes a loudspeaker combination unit with a conical membrane for low frequencies which widens outwards from a neck portion of the membrane, with a voice coil attached to the neck portion of the membrane and with a dome-shaped membrane for high frequencies, which is arranged in the throat section of the low frequency diaphragm. The loudspeaker unit contains a common magnetic structure with two concentric air gaps into which the voice coils of the low frequency and high frequency diaphragms extend. The entire magnetic flux through the air gap in which the voice coil of the high frequency diaphragm moves also passes through the air gap for the low frequency voice coil.

Durch die Verwendung einer gemeinsamen Magnetstruktur ist es schwierig, die Grösse des Magnetflusses, der mit jeder der Schwingspulen zusammen wirkt, unabhängig zu steuern. Ausserdem muss die Lautsprechereinheit als einzige, komplizierte Einheit hergestellt werden; es ist nicht möglich, zuerst zwei unabhängige, getrennte, relativ einfache Einheiten herzustellen, die dann zusammengebaut werden.By using a common magnetic structure, it is difficult to independently control the amount of magnetic flux acting on each of the voice coils. In addition, the speaker unit must be manufactured as a single, complex unit; it is not possible to first manufacture two independent, separate, relatively simple units and then assemble them together.

Das Dokument GB-2 153 628 beschreibt eine Lautsprecherkombinationseinheit mit einer Membrane für tiefe Frequenzen und mit einer kalottenförmigen Membrane für hohe Frequenzen, die in einer zentralen Oeffnung in der Membrane für tiefe Frequenzen angeordnet ist. Die Membrane für tiefe Frequenzen ist flach oder hat eine konische Form oder Kalottenform und erstreckt sich von ihrer zentralen Oeffnung aus nach hinten, um Beugungs- oder Tunneleffekte auf die Membrane für hohe Frequenzen zu vermeiden, so dass die Membrane für hohe Frequenzen als Direktstrahler arbeiten kann. Ein Luftspalt für eine an der Membrane für tiefe Frequenzen befestigte Schwingspule ist zwischen einem äusseren Polstück und einem zentralen Polstück gebildet. Ein Magnet ist in einer Oeffnung im Ende des zentralen Polstücks angeordnet, und eine Platte auf dem Magnet bildet zusammen mit dem Ende des zentralen Polstücks einen Luftspalt für eine an der kalottenförmigen Membrane für hohe Frequenzen befestigte Schwingspule.Document GB-2 153 628 describes a loudspeaker combination unit having a low frequency diaphragm and a high frequency dome diaphragm located in a central opening in the low frequency diaphragm. The low frequency diaphragm is flat or has a conical or dome shape and extends rearwardly from its central opening to avoid diffraction or tunneling effects on the high frequency diaphragm so that the high frequency diaphragm can operate as a direct radiator. An air gap for a voice coil attached to the low frequency diaphragm is formed between an outer pole piece and a central pole piece. A magnet is located in an opening in the end of the central pole piece and a plate on the magnet together with the end of the central pole piece forms an air gap for a voice coil attached to the high frequency dome diaphragm.

Die Zeitschrift AUTOSOUND AND COMMUNICATIONS, März 1988, Seite 24 ("Audiophile taps the top with ist stereo products") und eine yon Audiophile im Jahr 1987 veröffentlichte Broschüre beschreiben je einen Hochtöner für den Einbau in ein Fahrzeug, der Hochtöner enthält Neodym-Eisen-Bor-Magnet, um den Einbau des Hochtöners in dem Fahrzeug flexibler zu gestalten.The magazine AUTOSOUND AND COMMUNICATIONS, March 1988, page 24 ("Audiophile taps the top with its stereo products") and an article by Audiophile in 1987 The published brochure each describes a tweeter for installation in a vehicle; the tweeter contains a neodymium-iron-boron magnet to make the installation of the tweeter in the vehicle more flexible.

Das Dokument US-A-4 590 333 beschreibt eine Lautsprecherkombinationseinheit mit einem Antrieb für tiefe Frequenzen und einem Antrieb für hohe Frequenzen. Der Antrieb für tiefe Frequenzen enthält einen umgekehrten Lautsprecherkonus, der sich von einem zentralen Halsabschnitt nach hinten erstreckt. Der Antrieb für hohe Frequenzen ist beim Halsabschnitt des umgekehrten Lautsprecherkonus angeordnet, und die scheinbare akustische Quelle des Antriebs für tiefe Frequenzen fällt im wesentlichen zusammen mit der scheinbaren akustischen Quelle des Antriebs für für hohe Frequenzen. In dieser Konstruktion des Kombinationslautsprechers erzeugt jedoch der Antrieb für tiefe Frequenzen keine Richtwirkung für den vom Antrieb für hohe Frequenzen erzeugten Schall.Document US-A-4 590 333 describes a speaker combination unit having a low frequency driver and a high frequency driver. The low frequency driver includes an inverted speaker cone extending rearwardly from a central throat portion. The high frequency driver is located at the throat portion of the inverted speaker cone and the apparent acoustic source of the low frequency driver substantially coincides with the apparent acoustic source of the high frequency driver. However, in this combination speaker design, the low frequency driver does not provide directivity for the sound produced by the high frequency driver.

Gemäss der Erfindung ist eine Lautsprecherkombinationseinheit, mit einer konischen ersten Menbrane für tiefe Frequenzen, die sich von einem Halsabschnitt der Membrane aus nach aussen und vorn erweitert, zum Erzeugen von Schall in einem tiefen Frequenzbereich; mit einer auf einem Schwingspulenformer getragenen und am Halsabschnitt der konischen ersten Membrane befestigten ersten Schwingspule; mit einer kalottenförmigen zweiten Membrane für hohe Frequenzen, zum Erzeugen von Schall in einem hohen Frequenzbereich; mit einer zweiten Schwingspule, die an einem Umfangsrand der Membrane für hohe Frequenzen befestigt ist; wobei die Membrane für hohe Frequenzen in oder bei dem Halsabschnitt der konischen Membrane angeordnet ist; und mit Magnetmitteln mit einem ersten und einem zweiten Luftspalt, in welche sich die erste bzw. die zweite Schwingspule erstrecken, welche Magnetmittel im ersten Luftspalt einen ersten, mit der ersten Schwingspule zusammenwirkenden Magnetfluss und im zweiten Luftspalt einen zweiten, mit der zweiten Schwingspule zusammenwirkenden Magnetfluss erzeugen und welche Magnetmittel eine erste Magnetstruktur mit einem ersten Permanentmagnet enthalten, der den ersten Magnetfluss in einem ersten Magnetflussweg durch die erste Magnetstruktur und den ersten Luftspalt erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane für tiefe Frequenzen und die Membrane für hohe Frequenzen dazu ausgelegt sind, den tiefen und den hohen Schallfrequenzbereich sich in einem Uebergangsbereich überlappend zu erzeugen, wobei beide Membranen im Uebergangsbereich signifikante Beiträge zum erzeugten Schall liefern; dass die Magnetmittel ferner eine zweite Magnetstruktur mit einem zweiten Permanentmagnet enthalten, der den zweiten Magnetfluss in einem zweiten Magnetflussweg durch die zweite Magnetstruktur und den zweiten Luftspalt erzeugt, wobei die zweite Magnetstruktur von der ersten Magnetstruktur trennbar ist; dass der zweite Permanentmagnet aus einer Neodym-Eisen-Bor-Verbindung besteht, so dass für eine erforderliche Grösse des Magnetflusses im zweiten Luftspalt die zweite Magnetstruktur genügend klein ist, um innerhalb des Schwingspulenformers benachbart zum Halsabschnitt der ersten Membrane aufgenommen zu werden; und dass die erste und die zweite Membrane effektive akustische Zentren aufweisen und die zweite Membrane bezüglich der ersten Membrane so angeordnet ist, dass die effektiven akustischen Zentren der ersten und der zweiten Membrane zusammenfallen und dass im Uebergangsbereich die konische erste Membrane auf die Schallabstrahlung von der zweiten Membrane eine Richtwirkung ausübt, wodurch die Richteigenschaften der ersten und der zweiten Membrane bei Frequenzen im Uebergangsbereich, wo beide Membranen signifikante Beiträge zum von der Kombinationseinheit abgegebenen Schall liefern, aneinander angepasst sind.According to the invention, there is provided a loudspeaker combination unit, comprising a conical first membrane for low frequencies, which widens outwards and forwards from a neck portion of the membrane, for generating sound in a low frequency range; a first voice coil carried on a voice coil former and attached to the neck portion of the conical first membrane; a dome-shaped second membrane for high frequencies, for generating sound in a high frequency range; a second voice coil attached to a peripheral edge of the membrane for high frequencies; the membrane for high frequencies being arranged in or near the neck portion of the conical membrane; and magnetic means with a first and a second air gap into which the first and the second voice coil extend, which magnetic means generate a first magnetic flux in the first air gap, which interacts with the first voice coil, and a second magnetic flux in the second air gap, which interacts with the second voice coil, and which magnetic means generate a first Magnetic structure comprising a first permanent magnet which generates the first magnetic flux in a first magnetic flux path through the first magnetic structure and the first air gap; characterized in that the low frequency diaphragm and the high frequency diaphragm are designed to generate the low and high sound frequency ranges in an overlapping manner in a transition region, both diaphragms making significant contributions to the sound generated in the transition region; that the magnetic means further comprise a second magnetic structure comprising a second permanent magnet which generates the second magnetic flux in a second magnetic flux path through the second magnetic structure and the second air gap, the second magnetic structure being separable from the first magnetic structure; that the second permanent magnet consists of a neodymium-iron-boron compound, so that for a required magnitude of the magnetic flux in the second air gap, the second magnetic structure is sufficiently small to be accommodated within the voice coil former adjacent to the neck portion of the first diaphragm; and that the first and second diaphragms have effective acoustic centers and the second diaphragm is arranged with respect to the first diaphragm such that the effective acoustic centers of the first and second diaphragms coincide and that in the transition region the conical first diaphragm exerts a directivity on the sound radiation from the second diaphragm, whereby the directivity properties of the first and second diaphragms are matched to one another at frequencies in the transition region where both diaphragms make significant contributions to the sound emitted by the combination unit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Schnitt längs der Achse einer Schwingspul-Lautsprecherkombinationseinheit.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows a section along the axis of a voice coil loudspeaker combination unit.

Gemäss der Zeichnung besitzt eine Lautsprecherkombinationseinheit mit Wandlern für tiefe und für hohe Frequenzen, welche koaxiale Schwingspulen für tiefe und für hohe Frequenzen enthalten, einen Rahmen 10 in der Form eines konischen Korbes mit einem ringförmigen vorderen Rand 11, der über eine Anzahl Rippen 13 mit einem hinteren ringförmigen Element 12 verbunden ist. Das hintere ringförmige Element 12 besitzt einen ringförmigen Flansch 14 und eine ringförmige Auflagefläche 15. An dem Flansch 14 ist eine erste Magnetstruktur 16 für die Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen befestigt. Die Magnetstruktur 16 enthält einen Magnetring 17, der beispielsweise aus Bariumferrit bestehen kann, eine ringförmige vordere Platte 18, die einen äusseren Pol bildet, und ein Element 19, das eine Rückseitenplatte und einen inneren Pol 20 bildet. Die Platte 18, der Magnetring 17 und das Element 19 sind fest miteinander verbunden, um einen Magnetflussweg zu bilden, der durch einen nichtmagnetischen Luftspalt zwischen dem äusseren Pol 18 und dem inneren Pol 20 unterbrochen ist. Die Pole sind kreisrund und begrenzen einen ringförmigen Luftspalt. Die Wandler- oder Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen enthält eine Membrane 21, die allgemein kegelstumpfförmig ist und an ihrem vorderen äusseren Rand von einem flexiblen Haltering 22 gehalten ist, der am vorderen Rand 11 des Rahmens 10 befestigt ist. Am hinteren Rand der Membrane 21 ist ein rohrförmiger Spulenformer 23 befestigt, der koaxial mit dem Luftspalt der Magnetstruktur 16 angeordnet ist. Der Spulenformer trägt eine Schwingspule 24, die auf dem Spulenformer so angeordnet ist, dass sie durch den Luftspalt verläuft. Die axiale Länge der Spule ist genügend gross, um zu gewährleisten, dass bei normalen Auslenkungen der Schwingspule die Pole stets innerhalb der Länge der Schwingspule liegen. Ein Aufhängungselement 25, das die Form einer Spinne mit einem inneren Ring und einem mit diesem über biegsame Speichen verbundenen äusseren Ring hat oder aus gewelltem Material mit ringförmigen Wellen besteht, ist zwischen dem Spulenformer 23 und der ringförmigen Auflagefläche 15 des Rahmens 10 angeordent und sorgt dafür, dass der Spulenformer und die von diesem getragene Schwingspule während der schallerzeugenden Auslenkungen der Membrane 21 stets konzentrisch mit den Polen der Magnetstruktur gehalten sind und die Pole nicht berühren. Das die Rückseitenplatte und den inneren Pol bildende Element 19 enthält eine sich koaxial durch das Element erstreckende Bohrung 26 zur Aufnahme einer Lautsprechereinheit 27 für hohe Frequenzen.According to the drawing, a loudspeaker combination unit with transducers for low and high frequencies, which have coaxial voice coils for low and for high frequencies, a frame 10 in the form of a conical basket with an annular front edge 11 which is connected via a number of ribs 13 to a rear annular element 12. The rear annular element 12 has an annular flange 14 and an annular bearing surface 15. A first magnetic structure 16 for the loudspeaker unit for low frequencies is attached to the flange 14. The magnetic structure 16 includes a magnetic ring 17 which can be made of barium ferrite, for example, an annular front plate 18 which forms an outer pole, and an element 19 which forms a rear plate and an inner pole 20. The plate 18, the magnetic ring 17 and the element 19 are firmly connected to one another to form a magnetic flux path which is interrupted by a non-magnetic air gap between the outer pole 18 and the inner pole 20. The poles are circular and define an annular air gap. The low frequency transducer or loudspeaker unit includes a diaphragm 21 which is generally frusto-conical in shape and is supported at its front outer edge by a flexible retaining ring 22 which is secured to the front edge 11 of the frame 10. Secured to the rear edge of the diaphragm 21 is a tubular coil former 23 which is arranged coaxially with the air gap of the magnetic structure 16. The coil former carries a voice coil 24 which is arranged on the coil former so as to pass through the air gap. The axial length of the coil is sufficient to ensure that during normal excursions of the voice coil the poles always lie within the length of the voice coil. A suspension element 25, which has the shape of a spider with an inner ring and an outer ring connected to it by flexible spokes or consists of corrugated material with ring-shaped waves, is arranged between the coil former 23 and the ring-shaped support surface 15 of the frame 10 and ensures that the coil former and the voice coil carried by it are always are held concentrically with the poles of the magnet structure and do not touch the poles. The element 19 forming the rear plate and the inner pole contains a bore 26 extending coaxially through the element for receiving a loudspeaker unit 27 for high frequencies.

Die Wandler- oder Lautsprechereinheit 27 für hohe Frequenzen enthält eine zweite Magnetstruktur bestehend aus einem Topf 28, einem scheibenförmigen Magnet 29 und einem scheibenförmigen inneren Pol 30. Der Topf 28 hat eine zylindrische äussere Oberfläche, die so bemessen ist, dass sie in das Innere des Spulenformers 23 passt, ohne diesen zu berühren. Der Topf enthält eine zylindrische Ausnehmung 31 zur Aufnahme des Magnetes 29 und eine ringförmige Lippe 32, die einen äusseren Pol bildet. Die eine kreisrunde Polfläche des Magnetes 29 ist mit der Bodenwand der Ausnehmung 31 in Berührung gehalten, und der scheibenförmige innere Pol 30 ist mit der anderen kreisrunden Polfläche des Magnetes in Berührung gehalten, und zwar so, dass der kreisrunde äussere Umfang des inneren Pols 30 innerhalb der den äusseren Pol bildenden Lippe 32 liegt und koaxial zu dieser verläuft. Ein nichtmagnetischer Luftspalt liegt zwischen dem inneren und dem äusseren Pol. An der Vorderseite des Topfes 28 ist ein Abstandhalterring 33 befestigt. Der Magnet 29 besteht aus Neodym-Eisen-Bor, welches im Vergleich zu anderen verfügbaren Magnetmaterialien die Erzielung einer wesentlich höheren Magnetfeldstärke im Luftspalt zwischen den Polen ermöglicht. Als Folge davon kann die Gesamtgrösse der Magnetstruktur für hohe Frequenzen, für einen erforderlichen Magnetfluss im Luftspalt, kleiner sein als bisher, wodurch die Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen innerhalb des Spulenformers der Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen unmittelbar benachbart zum Scheitel der Membrane 21 für tiefe Frequenzen angeordnet werden kann. Eine kalottenförmige Membrane 34 für hohe Frequenzen besitzt einen ringförmigen Träger 35 aus gewelltem Material, der bei seinem äusseren Umfang am Abstandhalterring 33 befestigt ist. An der kalottenförmigen Membrane 34 ist ein zylindrischer Spulenformer befestigt, der eine Schwingspule 36 für hohe Frequenzen so trägt, dass sich die Schwingspule durch den Luftspalt zwischen den Polen 30 und 32 der Magnetstruktur erstreckt.The high frequency transducer or speaker unit 27 includes a second magnetic structure consisting of a pot 28, a disk-shaped magnet 29 and a disk-shaped inner pole 30. The pot 28 has a cylindrical outer surface sized to fit inside the coil former 23 without contacting it. The pot includes a cylindrical recess 31 for receiving the magnet 29 and an annular lip 32 forming an outer pole. One circular pole face of the magnet 29 is held in contact with the bottom wall of the recess 31 and the disk-shaped inner pole 30 is held in contact with the other circular pole face of the magnet such that the circular outer periphery of the inner pole 30 lies within and is coaxial with the lip 32 forming the outer pole. A non-magnetic air gap lies between the inner and outer poles. A spacer ring 33 is attached to the front of the pot 28. The magnet 29 is made of neodymium-iron-boron, which enables a much higher magnetic field strength to be achieved in the air gap between the poles compared to other available magnet materials. As a result, the overall size of the high frequency magnet structure for a required magnetic flux in the air gap can be smaller than before, whereby the loudspeaker unit for high frequencies can be arranged within the coil former of the loudspeaker unit for low frequencies immediately adjacent to the apex of the diaphragm 21 for low frequencies. A dome-shaped diaphragm 34 for high frequencies has an annular carrier 35 made of corrugated material which is attached to the spacer ring 33 at its outer circumference. A cylindrical coil former is attached to the dome-shaped diaphragm 34 which carries a high frequency voice coil 36 such that the voice coil extends through the air gap between the poles 30 and 32 of the magnet structure.

Zum Zentrieren der Einheit für hohe Frequenzen bezüglich der Einheit für tiefe Frequenzen und insbesondere zum Gewährleisten, dass die Einheit für hohe Frequenzen koaxial zur Schwingspule für tiefe Frequenzen verläuft und deren Bewegung nicht stört, ist an der Rückseite des Topfes 28 mittig ein Stab 37 befestigt, der vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material besteht und der sich durch die Bohrung 26 der Magnetstruktur für tiefe Frequenzen erstreckt. Zwischen der Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen und dem Pol 20 der Magnetstruktur 16 wirkt eine magnetische Anziehungskraft zum Inberührunghalten der Einheit für hohe Frequenzen mit dem Pol 20, aber zusätzlich ist die Einheit für hohe Frequenzen an der Struktur 16 dadurch befestigt, dass sich ein mit einem Gewinde versehener Endabschnitt 38 des Stabes 37 durch eine Oeffnung in einer auf der hinteren Seite der Rückseitenplatte 19 angeordneten Platte 39 erstreckt und in eine Mutter 40 geschraubt ist.To center the high frequency unit with respect to the low frequency unit, and in particular to ensure that the high frequency unit is coaxial with the low frequency voice coil and does not interfere with its movement, a rod 37, preferably made of non-magnetic material, is fixed centrally to the rear of the cup 28 and extends through the bore 26 of the low frequency magnet structure. A magnetic attraction force acts between the high frequency speaker unit and the pole 20 of the magnet structure 16 to keep the high frequency unit in contact with the pole 20, but in addition the high frequency unit is fixed to the structure 16 by a threaded end portion 38 of the rod 37 extending through an opening in a plate 39 arranged on the rear side of the back plate 19 and being screwed into a nut 40.

Anschlüsse an die Schwingspule 24 für tiefe Frequenzen sind von flexiblen Leitern 41 gebildet, die sich von der Schwingspule 24 zu äusseren Anschlussklemmen 42 erstrecken. Anschlüsse an die Schwingspule 36 für hohe Frequenzen sind von flexiblen Leitern 43 gebildet, die sich durch eine Ausnehmung in der äusseren Wand des Topfes 30, zwischen dem Topf 30 und dem inneren Pol 20 hindurch und dann durch die Bohrung 26 zu nicht dargestellten äusseren Anschlussklemmen erstrecken. Damit sich die Leiter durch die Bohrung 26 erstrecken können, hat der Stab 37 einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 26, so dass ein ringförmiger Raum für den Durchtritt der Leiter 43 verbleibt. Zwischen dem Polstück 20 und dem Topf 28 sind nicht dargestellte Mittel angeordnet, welche dafür sorgen, dass sich der Stab koaxial durch die Bohrung 26 erstreckt. Diese Mittel enthalten beispielsweise eine am Polstück 20 befestigte Scheibe mit einer zentralen Oeffnung, deren Durchmesser so bemessen ist, dass die Oeffnung den Stab 37 mit einem Gleitsitz aufnimmt. Die Scheibe kann genutet sein, um einen Durchtritt für die Leiter 43 zwischen dem Polstück 20 und dem Topf 28 zu schaffen. Der Stab 37 kann einen kreisrunden, sechseckigen oder anderen Querschnitt haben, und die Scheibe würde dann eine zentrale Oeffnung mit einer entsprechend angepassten Form aufweisen.Connections to the voice coil 24 for low frequencies are formed by flexible conductors 41 which extend from the voice coil 24 to external connection terminals 42. Connections to the voice coil 36 for high frequencies are formed by flexible conductors 43 which extend through a recess in the outer wall of the pot 30, between the pot 30 and the inner pole 20 and then through the bore 26 to external connection terminals (not shown). In order for the conductors to be able to extend through the bore 26, the rod 37 has a diameter which is smaller than the diameter of the bore 26, so that an annular space remains for the passage of the conductors 43. Means (not shown) are arranged between the pole piece 20 and the pot 28, which ensure that the rod extends coaxially through the bore 26. These means include for example, a disk secured to the pole piece 20 having a central opening of such a diameter that the opening receives the rod 37 with a sliding fit. The disk may be grooved to provide a passage for the conductors 43 between the pole piece 20 and the cup 28. The rod 37 may have a circular, hexagonal or other cross-section and the disk would then have a central opening of a correspondingly adapted shape.

Anstelle der Verwendung eines Stabes 37, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 26, kann bei Verwendung eines Stabes mit sechseckigem Querschnitt der Durchmesser des Stabes so gross sein, dass der Stab mit einem Gleitsitz in die Bohrung 26 passt und die Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen koaxial mit dem Polstück 20 der Einheit für tiefe Frequenzen ausrichtet. Die Zwischenräume zwischen den Seitenflächen des im Querschnitt sechseckigen Stabes und der Wand der Bohrung 26 bilden Durchtritte für die Leiter 43. Für das Festlegen der Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen kann anstelle der Platte 39 ein Formstück verwendet werden. Das Formstück würde mit einem in die Bohrung 26 hineinragenden Vorsprung auf dem Formstück zentriert. Das Formstück kann so ausgebildet sein, dass es als Halterung für andere Komponenten dient, z. B. für die elektronischen Komponenten eines Frequenzweichenfilters und für die Anschlussklemmen für elektrische Steuersignale für die Lautsprecherkombinationseinheit. Anstelle der Verwendung des mit einem Aussengewinde versehenen Endabschnittes 38 des Stabes 37 kann das Ende des Stabes eine Bohrung mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube aufweisen.Instead of using a rod 37 that is smaller in diameter than the diameter of the bore 26, if a rod with a hexagonal cross section is used, the diameter of the rod can be large enough that the rod fits snugly into the bore 26 and aligns the high frequency loudspeaker unit coaxially with the pole piece 20 of the low frequency unit. The spaces between the sides of the hexagonal cross section rod and the wall of the bore 26 form passages for the conductors 43. A molding can be used instead of the plate 39 to secure the high frequency loudspeaker unit. The molding would be centered on the molding with a projection extending into the bore 26. The molding can be designed to serve as a support for other components, such as the electronic components of a crossover filter and the terminals for electrical control signals for the loudspeaker combination unit. Instead of using the end portion 38 of the rod 37 provided with an external thread, the end of the rod can have a bore with an internal thread for receiving a screw.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion ist für die Herstellung der Lautsprecherkombinationseinheit besonders geeignet, weil die Einheit für hohe Frequenzen bezüglich der Einheit für tiefe Frequenzen zentriert wird, bevor die Einheit für hohe Frequenzen ihre endgültige Lage auf dem Polstück 20 erreicht. Dadurch kann die Einheit für hohe Frequenzen beim Zusammenbau der Lautsprecherkombinationseinheit nicht mit der Schwingspule für tiefe Frequenzen in Berührung kommen. Ferner erleichtert diese Konstruktion den Ausbau der Einheit für hohe Frequenzen aus der Einheit für tiefe Frequenzen, wenn irgend eine Reparatur der Einheiten nötig ist, ohne dass die Magnetstrukturen entmagnetisiert werden müssten.The construction described above is particularly suitable for the manufacture of the loudspeaker combination unit because the high frequency unit is centered with respect to the low frequency unit before the high frequency unit reaches its final position on the pole piece 20. This allows the high frequency unit to be centered when assembling the loudspeaker combination unit not come into contact with the low frequency voice coil. Furthermore, this design facilitates the removal of the high frequency unit from the low frequency unit if any repair of the units is required without having to demagnetize the magnetic structures.

Gewünschtenfalls kann an der Vorderseite der Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen ein ringförmiger Leitkörper 44 mit einer kegelstumpfförmigen Vorderseite befestigt sein, um eine Fortsetzung der Vorderseitenfläche der Membrane 21 für tiefe Frequenzen zur kalottenförmigen Membrane für hohe Frequenzen hin zu bilden.If desired, an annular guide body 44 with a frustoconical front surface can be attached to the front of the loudspeaker unit for high frequencies in order to form a continuation of the front surface of the diaphragm 21 for low frequencies towards the dome-shaped diaphragm for high frequencies.

Wenn die Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen im oder benachbart zum Halsabschnitt der Membrane der Einheit für tiefe Frequenzen angeordnet ist, wie in der vorstehend beschriebenen Konstruktion der Lautsprecherkombinationseinheit, dann fällt die scheinbare Schallquelle oder das akustische Zentrum der Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen mit der scheinbaren Schallquelle oder dem akustischen Zentrum der Lautsprechereinheit für tiefe Frequenzen im wesentlichen zusammen. Das Strahlungsmuster bzw. die Richteigenschaften der Einheit für tiefe Frequenzen ist unter anderem durch die Form der Membrane für tiefe Frequenzen bestimmt. Da die Lautsprechereinheit für hohe Frequenzen im Bereich des Halsabschnittes der Membrane für tiefe Frequenzen angeordnet ist, prägt die Form der Membrane für tiefe Frequenzen auch das Strahlungsmuster bzw. die Richteigenschaften der Einheit für hohe Frequenzen. Daher haben bei Frequenzen, bei denen beide Einheiten Schall abstrahlen, beide Einheiten im wesentlichen gleiche Strahlungsmuster bzw. Richteigenschaften. Als Folge hiervon wird das Verhältnis zwischen den von einem Hörer wahrgenommenen Schallbeiträgen von den beiden Lautsprechereinheiten im wesentlichen nicht verändert, wenn sich der Hörer an Stellen ausserhalb der Achse begibt.If the loudspeaker unit for high frequencies is arranged in or adjacent to the throat portion of the diaphragm of the unit for low frequencies, as in the construction of the loudspeaker combination unit described above, then the apparent sound source or acoustic center of the loudspeaker unit for high frequencies coincides substantially with the apparent sound source or acoustic center of the loudspeaker unit for low frequencies. The radiation pattern or the directivity of the unit for low frequencies is determined, among other things, by the shape of the diaphragm for low frequencies. Since the loudspeaker unit for high frequencies is arranged in the region of the throat portion of the diaphragm for low frequencies, the shape of the diaphragm for low frequencies also determines the radiation pattern or the directivity of the unit for high frequencies. Therefore, at frequencies at which both units radiate sound, both units have substantially the same radiation patterns or directivity. As a result, the ratio between the sound contributions from the two loudspeaker units perceived by a listener is essentially unchanged when the listener moves to off-axis locations.

Gemäss der Zeichnung hat die konische Membrane für tiefe Frequenzen eine konische Form mit einem Erweiterungswinkel, dessen Grösse vom Halsabschnitt der Membrane gegen den äusseren Umfang der Membrane hin zunimmt. Die Membrane könnte jedoch auch eine konische Form mit einem gleichförmigen Erweiterungswinkel haben. Ferner kann die konische Membrane für tiefe Frequenzen eine kreisrunde, elliptische oder andere Form haben.According to the drawing, the conical membrane for low frequencies has a conical shape with an expansion angle, the size of which depends on the neck section of the membrane increases towards the outer circumference of the membrane. However, the membrane could also have a conical shape with a uniform expansion angle. Furthermore, the conical membrane for low frequencies can have a circular, elliptical or other shape.

Die Membrane für hohe Frequenzen ist gemäss der Zeichnung kalottenförmig. Eine solche Membrane ist gut geeignet, weil sich ihr akustisches Zentrum ohne Schwierigkeiten nah beim akustischen Zentrum der Membrane für tiefe Frequenzen anordnen lässt und weil in dem Frequenzbereich, in welchem beide Lautsprechereinheiten Schall abstrahlen, die Schallabstrahlung von der kalottenförmigen Membrane wegen ihrer im Vergleich zur Wellenlänge kleinen Grösse an sich im wesentlichen ungerichtet ist, so dass die effektiven Richteigenschaften durch die Membrane für tiefe Frequenzen festgelegt werden können.According to the drawing, the membrane for high frequencies is dome-shaped. Such a membrane is well suited because its acoustic center can be easily positioned close to the acoustic center of the membrane for low frequencies and because in the frequency range in which both loudspeaker units emit sound, the sound radiation from the dome-shaped membrane is essentially undirected due to its small size compared to the wavelength, so that the effective directional properties can be determined by the membrane for low frequencies.

Claims

1. A loudspeaker combination unit, with a conical first diaphragm (21) for low frequencies, which widens outward and forward from a neck portion of the diaphragm, for generating sound in a low frequency range; with a first voice coil (24) carried on a voice coil former (23) and attached to the neck portion of the conical first diaphragm; with a dome-shaped second diaphragm (34) for high frequencies, for generating sound in a high frequency range; with a second voice coil (36) attached to a peripheral edge of the diaphragm for high frequencies; wherein the diaphragm for high frequencies is arranged in or near the neck portion of the conical diaphragm (21); and with magnetic means (17, 18, 19, 20, 28, 29, 30, 32) with a first and a second air gap into which the first and second voice coils extend, which magnetic means generate a first magnetic flux in the first air gap that interacts with the first voice coil and a second magnetic flux in the second air gap that interacts with the second voice coil, and which magnetic means contain a first magnetic structure (17, 18, 19, 20) with a first permanent magnet (17) that generates the first magnetic flux in a first magnetic flux path through the first magnetic structure and the first air gap; characterized in that the membrane (21) for low frequencies and the membrane (34) for high frequencies are designed to generate the low and high sound frequency ranges in an overlapping manner in a transition region, both membranes making significant contributions to the sound generated in the transition region; that the magnet means further comprise a second magnet structure (28, 29, 30, 32) having a second permanent magnet (29) which generates the second magnetic flux in a second magnetic flux path through the second magnet structure and the second air gap, the second magnet structure (28, 29, 30, 32) being separable from the first magnet structure; that the second permanent magnet (29) consists of a neodymium-iron-boron compound, so that for a required magnitude of the magnetic flux in the second air gap, the second magnet structure is sufficiently small to be accommodated within the voice coil former (23) adjacent the neck portion of the first diaphragm (21); and that the first and second diaphragms have effective acoustic centers and the second diaphragm is arranged with respect to the first diaphragm such that the effective acoustic centers of the first and second diaphragms coincide and that in the transition region the conical first diaphragm (21) exerts a directivity on the sound radiation from the second diaphragm (34), whereby the directivity properties of the first and second diaphragms are matched to one another at frequencies in the transition region where both diaphragms make significant contributions to the sound emitted by the combination unit.

2. Loudspeaker combination unit according to claim 1, characterized in that the first membrane (21) expands outwards with an expansion angle that progressively increases from the neck section to a front peripheral edge of the membrane.

3. Loudspeaker combination unit according to one of the preceding claims, characterized in that the low frequency voice coil carried on the voice coil former (23) which is attached to the neck portion of the conical first diaphragm (21) for low frequencies is located at a distance behind the neck portion of the conical first diaphragm (21) for low frequencies and that the second magnet structure (28, 29, 30, 32) is arranged within the voice coil former between the neck portion of the conical first diaphragm (21) for low frequencies and the low frequency voice coil (24).

4. Loudspeaker combination unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first magnetic structure (17, 18, 19, 20) and the first membrane (21) form a first prefabricated unit; that the second magnet structure (28, 29, 30, 32) and the second membrane (27) form a second prefabricated unit separate from the first prefabricated unit; that the first magnet structure includes a central pole piece (20) having a central bore (26) extending axially through the pole piece, and that the second magnet structure (28, 29, 30, 32) includes a rod (37) of non-magnetic material extending rearwardly from the second magnet structure (28, 29, 30, 32) into said bore (26) and centering the second magnet structure with respect to the first magnet structure.

5. Loudspeaker combination unit according to claim 4, characterized in that the second magnet structure (28, 29, 30, 32) is attached to a front face of the central pole piece (20) of the first magnet structure.

6. Loudspeaker combination unit according to claim 4 or 5, characterized in that conductors (43) which establish electrical connections with the second voice coil (36) extend through the central bore between a wall of the central bore (26) and the rod (37).