Es sind beispielsweise aus der US 5,693,917 Plattenlautspre- cher bekannt, die in etwa nach dem"Kolbenprinzip"arbeiten, wobei die Platte des Plattenlautsprechers im Idealfall keine Biegeschwingungen ausführt, sondern sich so verhält, als ob sie völlig starr wäre.

Mit dem gegenüber geringerem Aufwand lassen sich Plattenlaut- sprecher herstellen, die Biegeschwingungen der elastischen Platte zulassen und auch Biegeschwingungsresonanzen als klangprägende Eigenschaft ausnutzen. Solche"Multiresonanz- plattenlautsprecher", manchmal auch"Biegewellenlautsprecher" oder Distributed Mode Speaker"genannt, sind beispielsweise aus der US 3,247,925, DE-GM 199 81 34, WO 99/52324 oder EP 0 924 959 bekannt.

Multiresonanzplattenlautsprecher werden üblicherweise durch elektrodynamische Treiber angeregt, die-wie beispielsweise in der WO 97/09842 oder der DE 198 25 866 dargelegt-an be- stimmten bevorzugten Positionen angreifen. Der Rand und das Zentrum der Platte gelten dabei als kaum geeignet für eine Anregungsposition. Zur Unterscheidung vom Erfindungsgegens- tand werden diese Treiber im weiteren als"Einzelkrafttrei- ber"bezeichnet.

Wenn Vorder-und Rückseite der Platte beispielsweise zur Bildprojektion oder Durchsicht vorgesehen sind, würde ein im sichtbaren Bereich der Platte plazierter Treiber als äußerst störend empfunden werden. In diesen Anwendungsfällen ist es also erforderlich, dass der Antrieb im Randbereich angreift.

Aus der WO 00/13464 ist ein sogenannter"Momententreiber"be- kannt, bei dem Biegeschwingungen durch Biegemomente angeregt werden. Im Gegensatz zu den punktuell angreifenden"Einzel- krafttreibern"können die"Momententreiber"an jedem beliebi- gen Ort auf der Platte plaziert werden, also auch im Randbe- reich.

Die bekannten Momententreiber setzen allerdings voraus, dass die Platte durch Aussparungen am Antriebsort geschwächt wird, dass sperrige Hebelmechanikenkräfte in Kräfte umwandeln oder dass großflächige übliche"Einzelkrafttreiber"zu Paaren kombiniert randnah plaziert werden. Ein umlaufender Halterahmen, der bei für Anzeigezwecke vorgesehenen Platten das Antriebssystem abdecken soll, würde dabei entweder zu weit in die Plattenfläche hineinragen oder zu hoch aus der Plattenebene hervorstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Biegemomententrei- ber für Klangplatten aufweisende Plattenlautsprecher, insbe- sondere Multiresonanzplattenlautsprecher, anzugeben, bei dem diese Nachteile nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Biegemomententreiber ge- mä$ Patentanspruch 1 bzw. einem Biegemomententreiber nach Pa- tentanspruch 9. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Er- findungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es, dass die Festigkeit der Platte in keiner Weise beeinträchtigt wird und nur eine schmale, flache Rahmenabdeckung für die Biegemomententreiber erforder- lich ist.

Erzielt wird dies in einer ersten Alternative durch einen e- lektrodynamischen Biegemomententreiber mit einer Schwingspu- le, die entlang der Berandungsfläche so um die Klangplatte herumgewickelt ist, dass die Schwingspulenachse parallel zur Plattennormalen ist und mit einem Permanentmagnetsystem, das

in geringem Abstand von der Berandungsfläche der Klangplatte angeordnet ist und ein die Schwingspule durchsetzendes Mag- netfeld erzeugt, welche in Abhängigkeit vom Ort längs des Um- fangs der Schwingspule unterschiedliche Stärke und/oder Rich- tungen hat derart, dass durch einen in der Schwingspule flie- ßenden Signalstrom in den polnahen Bereichen der Schwingspule ein gegensinniges Kräftepaar parallel zur Plattennormalen entsteht, dass über einen dem Abstand zugehöriger Magnetpole des Permanentmagnetsystems entsprechenden Hebelarm ein Biege- moment auf die Klangplatte einragt.

Der erfindungsgemäße Biegemomententreiber greift am Rand der Klangplatte an derart, dass die Biegemomente nur in der Be- randungsfläche (Schnittfläche) und/oder einer engen Randzone angreifen. Der Anregungsmechanismus kommt dabei ohne Einker- bungen, Einschnitte, Aussparungen usw. aus, so dass die Fes- tigkeit der Klangplatte nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin kann die Geometrie des Randes derart optimiert werden, dass die Biegemomententreiber gemäß der Erfindung überhaupt nicht mehr auf die zur optischen Nutzung vorgesehenen Flächen der Klangplatte eingreifen.

Bevorzugt wird daher das Permanentmagnetsystem so ausgebildet und angeordnet, dass es die zur optischen Nutzung vorgesehe- nen Abstrahlflächen der Klangplatte geometrisch in keinem Teil der Abstrahlfläche abdeckt.

Bevorzugt ist der Biegemomententreiber dabei derart ausgebil- det, dass die durch ihn erzeugten Biegemomente nur an den Be- randungsflächen und/oder an dem Randbereich der Abstrahlflä- chen der Klangplatte angreifen. Bei einem derartigen An- triebssystem ist das Magnetfeld an jeder Pol-Austrittsfläche im wesentlichen senkrecht zur Plattenkante und senkrecht zur Plattennormalen gerichtet.

Weiterhin kann ein Permanentmagnetsystem vorgesehen werden, dass mindestens ein Paar Pole von gegensätzlicher Polarität

aufweist, welche beide jeweils mit im wesentlichen gleichen Betrag magnetischer Feldstärke auf die Schwingspule wirken.

Bevorzugt können dabei ein Paar Pole jeweils einen Permanent- magneten und zwei magnetisch leitende Polkernschenkel aufwei- sen. Alternativ dazu können ein Paar Pole jeweils zwei sepa- rate gleichartige einzelne Permanentmagnete aufweisen, deren jeweilige Feldvektoren bezüglich der Schwingspule entgegenge- setzt gerichtet sind. Dabei können zudem die beiden Perma- nentmagnete mit einem weichmagnetischen Joch miteinander ver- bunden sein.

Schließlich können bei beiden Alternativen ein weichmagneti- sches Joch mit einer auf den Abstand der einzelnen Permanent- magneten abgestimmten Länge auf der den Permanentmagneten ab- gewandten Seite der Schwingspule in die Klangplatte eingelas- sen sein, so dass der magnetische Fluß des außerhalb der Schwingspule befindlichen Permanentmagnetsystems über das in- nerhalb der Schwingspule liegende Joch geschlossen wird. Die Permanentmagneten können vorzugsweise vom Seltenerdentyp sein.

Eine zweite Alternative eines erfindungsgemäßen Biegemomen- tentreibers umfasst ein Elektromagnetsystem, das einen Pol- kern, eine von einem Signalstrom durchflossene, um den Pol- kern gewickelte, feststehende Spule und einen momentenaufneh- menden, in die Platte eingelassenen und mit der Klangplatte fest verbundenen, Permanentmagneten aufweist, wobei der Pol- kern zangenartig den Rand der Klangplatte umfasst derart, dass die Normalen der Polaustrittsflächen parallel zur Plat- tennormalen stehen und zwischen den Polaustrittsflächen ein im wesentlichen homogenes magnetisches Feld besteht. Der Feldvektor des eingelassenen Permanentmagneten in der Ebene der Klangplatte, also senkrecht zur Plattennormalen liegen.

Der eingelassene Permanentmagnet kann dabei platten-oder stabförmig ausgebildet und vollständig in die Platte einge-

lassen sein. Der eingelassene Permanentmagnet ist dabei be- vorzugt so dimensioniert, dass es an keiner Stelle aus der Platte herausragt. Bei schlanker Gestaltung des eingelassenen Permanentmagneten (d. h. die Ausdehnung normal zur Platten- kante ist von der Größenordnung der Plattendicke) wird eine enge Randzone erzielt und damit eine optimale Nutzung der Ab- strahlfläche der Klangplatte für optische Zwecke erreicht.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Ausdehnung des des eingelassenen Permanentmagneten in zentraler Richtung, also senkrecht zum Rand der Klangplatte in der Größenordnung der Plattendicke ist. Des Weiteren kann die in der Ebene der Klangplatte liegende Richtung des magnetischen Feldes im Joch parallel oder senkrecht zum Rand der Klangplatte ausgerichtet sein.

Darüber hinaus kann bei sämtlichen erfindungsgemäßen Platten- lautsprechern ein Halterahmen vorgesehen werden, an dem die Klangplatte in dem Bereich der Biegemomentübertragung durch flexible Haltepolster gelagert ist. Es können aber auch meh- rere, zum Beispiel drei Biegemomentwandler vorgesehen werden, deren gedachte Verbindungslinien ein Dreieck aufspannen und die die Klangplatte lagern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt : Figur 1 das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Funk- tionsprinzip, Figur 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Biegemo- mententreibers in einer Anwendung bei einem Platten- lautsprechers,

Figur 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Biegemo- mententreibers in einer Anwendung bei einem Platten- lautsprechers und Figur 4 eine Alternative zu der Ausführungsform nach Figur 3.

Zur Darlegung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips ist gemäß Figur 1 eine Klangplatte 1 eines Multiresonanzplat- tenlautsprechers 6 vorgesehen, die beim Ausführungsbeispiel rechteckig berandet ist und eine Länge L, eine Breite W und eine Dicke H aufweist. Die Klangplatte 1 wird dabei im Rand- bereich mit einem oder mehreren Momenten Ml, M2 angeregt.

Derartige Momente M1, M2 werden beim Ausführungsbeispiel durch je ein Kräftepaar f+l, f-1 bzw. f+2, f-2 mit einem als Hebel wirksamen Abstand d1, d2 erzeugt. Die Momente M1, M2 greifen entweder in einer Berandungsfläche 2 entsprechend den Schnittflächen der Klangplatte 1 (vgl. Figur la) oder in ei- nem engen Randbereich 3 mit einer Breite e, die in der Grö- Senordnung der Plattendicke H liegt (vgl. Figur lb).

In Figur 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Anregung der Berandungsfläche 2 entsprechend dem in Figur la dargestellten Wirkungsprinzip erfolgt.

Figur 2a zeigt zunächst die (beispielsweise rechteckig beran- dete) Klangplatte 1. Zu sehen ist eine der beiden Abstrahl- flächen 4 und zwei der Schnittflächen 2.

Figur 2b zeigt die herausgelöste Schwingspule 5 eines elekt- rodynamischen Anregungssystems.

In Figur 2c sind nun die Schwingspule 5 und die Klangplatte 1 in Verbindung miteinander dargestellt, wobei der Plattenrand 2 der Klangplatte 1 als Spulenträger benutzt wird. Die Schwingspule 5 ist dabei fest mit dem Plattenrand verbunden.

Die Länge des Schwingspulenträgers wird dabei durch die Höhe

des Plattenrandes, also durch die Dicke H der Klangplatte 1 bestimmt.

Figur 2d zeigt einen (bis auf Rahmen/Halterung) vollständigen Multiresonanzplattenlautsprecher mit dem integrierten, erfin- dungsgemäßen elektrodynamischen Antriebssystem. Dabei ist der mit der Schwingspule 5 verbundene Plattenrand der Klangplatte 1 mit Paaren von Permanentmagneten 7 bestückt. Die Permanent- magnete 7 sind dabei derart an der Berandungsfläche 2 ange- ordnet, dass deren Feldvektoren senkrecht zur Spulenachse der Schwingspule 5 liegen. Auf diese Weise werden die Kräfte f+l, f-1 bzw. f+2, f-2, wie in Figur 1 gezeigt, Biegemomente in den Plattenrand einprägen. Auf diese Weise wird ein elektro- dynamischer, linearer Wandler nach einem neuartigen,"tangen- tial-variablen"Prinzip genutzt, in dem das die Schwingspule 5 durchsetzende Permanentmagnetfeld in Abhängigkeit vom Ort längs des Umfangs der Schwingspule 5 eine unterschiedliche Stärke und Richtung aufweist.

Figur 2e zeigt einen Schnitt durch die Klangplatte 1 ausge- hend von einer Markierungslinie A-B aus Figur 2d. Ein in Fi- gur 2d geschnittener Permanentmagnet 7 hat beim Ausführungs- beispiel den Südpol 8 nach außen weisend und den Nordpol 9 nach innen gerichtet. Wie auch bei konventionellen elektrody- namischen Antrieben üblich, ist ein Schwingspalt 11 der Weite h vorhanden, so dass die Permanentmagnete 7 die Schwingspule 5 nicht berühren.

Der Rand der Klangplatte 1 bietet Platz für mehrere Magnet- paare. Dadurch können am selben Plattenlautsprecher verschie- dene Hebellängen d (dl, d2) realisiert werden, mit dem ver- schiedene Biegewellenlängen bevorzugt angesprochen werden können. Die Magnetpaare werden bevorzugt in einem umlaufenden Halterahmen (nicht gezeigt) fixiert.

Figur 2f zeigt die Situation aus Figur 2e im Schnitt C-D mit Blickrichtung normal zur Plattenfläche 4. Zu sehen sind die

beiden separaten Permanentmagnete 7, ein Stück Draht der Schwingspule 5 und ein Ausschnitt aus der Klangplatte 1.

Obwohl in Figur 2d die wirksamen Magnetpole durch je einen separaten Permanentmagneten realisiert werden, besteht auch die Möglichkeit der paarweisen Kombination zu Magnetsystemen deren Joch an Südpol und Nordpol einen Abstand (zum Beispiel d1, d2) aufweist.

Eine solche Alternative ist in Figur 2g dargestellt. Ein einziger Permanentmagnet 7 erbringt mit Hilfe eines zum Plattenrand hin gebogenen, weichmagnetischen Polkerns 17 im Schwingspalt der Spule 5 die gleichen Magnetfeldverhältnis- se, wie sie durch die zwei Magnete aus Fig. 2f erzeugt wor- den wären.

Figur 2h zeigt als weitere Alternative eine Weiterbildung der Ausgestaltung nach Fig. 2g. Das Magnetfeld der offenen Enden des Polkerns 17 wird geschlossen durch ein weichmagnetisches Joch 18, das in den Plattenrand eingelassen und dort fest verankert ist.

Ein wesentlicher Vorteil ist es, dass das Antriebssystem nach Figur 2 bei den vorstehend gezeigten Ausführungsformen kei- nerlei Anteil der Plattenfläche belegt und dass das zugehöri- ge Magnetsystem nicht über die Plattenhöhe (Dicke H) hinaus- ragt. Darüber hinaus wird die Klangplatte 1 nicht durch Ein- schnitte oder sonstige Maßnahmen geschwächt, sondern im Ge- genteil durch die zusätzliche Schwingspule 5 eher verstärkt.

Auch bei der"tangential-variablen"Variante des erfindungs- gemäßen elektrodynamischen Antriebssystem eines Multireso- nanz-Plattenlautsprechers steht an jedem Magnetpol der Perma- nentmagnet-Induktionsvektor B senkrecht auf dem Spulenstrom- vektor I. Für die Kraft F auf eine im Polbereich wirksame zu- sammengefasste Leiterlänge Lg gilt lokal die Lorenz-Gleichung

F = Ls (IxB) Der Kraftvektor steht dabei parallel zur Schwingspulenachse.

Da der Induktionsvektor B und die Leiterlänge Lg zeitlich konstant sind, ist der Zusammenhang zwischen der Kraft F und dem Spulenstromvektor I und damit dem Signalstrom linear.

Eine andere, auf dem in Figur lb gezeigten Prinzip basierende Ausführungsform wird in Figur 3 gezeigt. Dieser elektromagne- tische, randständige Momententreiber besteht aus einer Kombi- nation von Permanentmagnet und Elektromagnet. Beim Permanent- magneten handelt es sich um einen leichten, vorzugsweise stabförmigen Permanentmagneten 12,12' (z. B. Seltenerdenmag- net wie Neodym), der in den Randbereich der Klangplatte 1 eingelassen ist. Der Elektromagnet bestehend aus einem Pol- kern 14 und einer feststehenden, vom Signalstrom durchflosse- nen Magnetspule 13 erzeugt ein Drehmoment im Permanentmagne- ten 12,12'. Dieser Permanentmagnet 12,12'überträgt dann das Drehmoment als Biegemoment auf den Rand der Klangplatte 1. Mit Polstern 25 kann die Klangplatte 1 in der richtigen Position zwischen den zangenförmigen Schenkeln des Polkerns 14 gehalten werden. Ein Luftspalt zwischen Klangplatte 1 und Polkern 14 kann dabei mit dem Polster 25 ausgefüllt werden.

Das Wechselfeld 16 des Elektromagneten im Luftspalt kann zu- nächst als homogen angesehen werden. Je nach Form und Größe des in diesem Wechselfeld 16 befindlichen Permanentmagneten 12, der ein Gleichfeld 15 erzeugt, kann folgende Betrach- tungsweise die Erzeugung des Drehmoments erklären : Im magnetisch schwach leitenden Inneren des Permanentmagneten 12 findet eine vektorielle Addition der Induktion Bp des Per- manentmagneten 12 und die Induktion Bs des Signalstromes I statt. Somit ist die gesamte Induktion B gleich B = Bp + Bs

Der Betrag des daraus resultierenden Vektors der Gesamtinduk- tion B lautet daher in skalarer Schreibweise : wobei mit a der Zwischenwinkel bezeichnet wird. Für die Feld- energie W im Inneren des Permanentmagneten 12 ergibt sich so- mit W = V B2/g, wobei mit V das Volumen des Permanentmagneten 12 und mit die Permeabilität bezeichnet wird. Die Feldenergie ist win- kelabhängig aufgrund der Winkelabhängigkeit der Gesamtinduk- tion B. Die Feldenergie des äußeren Feldes (Bg) bleibt bei Anderungen des Zwischenwinkels a näherungsweise konstant. So- mit ergibt sich das Drehmoment M zu M = dW/da = (VIA) Bp BS sin (a).

Das Drehmoment M ist dabei maximal, wenn-wie in Figur 3 ge- zeigt-der Vektor der Induktion Bs senkrecht zum Vektor der Induktion Bp verläuft.

Somit ist im Rahmen der vereinfachenden Annahmen das Drehmo- ment M proportional der Induktion BS des Signalstromes und damit proportional zum Signalstrom I selbst. Überlagert wird dieser durch eine (unterstellte) Sättigungsmagnetisierung des Permanentmagneten 12,12'erreichte lineare Effekt von der Anziehungskraft auf ein ferromagnetisches, nicht gesättigtes Joch, also einer Kraft die proportional zum Quadrat des Sig- nalstromes I ist. Je nach Sättigungszustand des Permanentmag- neten 12,12'überwiegt die lineare oder die quadratische Kraftkomponente, was als Hinweis darauf zu verstehen ist, den Permanentmagneten 12,12'möglichst ganz aus hartmagnetischen Werkstoff herzustellen. Das heißt aus einem Werkstoff mit ho- her Sättigungsmagnetisierung und hohem Koerzitivfeld.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3a liegt dabei der Drehmo- mentvektor parallel zum Plattenrand, so dass das Biegemoment auch die tieffrequente erste Modalform der Biegeschwingung unterstützt.

Die Längsachse des Permanentmagneten 12'kann auch wie in Fi- gur 3b angedeutet parallel zum Rand ausgerichtet werden. Dann wird der Drehmomentvektor zum Zentrum der Klangplatte 1 hinzeigen, wobei das Biegemoment die Tendenz haben wird, den Plattenrand zu krümmen. Diese Tendenz spricht vorzugsweise die höherfrequenten Biegeschwingungsmoden an. Bei dieser Aus- führungsform braucht der Polkern 14 nicht soweit in die Ab- strahlfläche der Klangplatte 1 hineinzuragen wie dies bei- spielsweise bei der Ausführungsform nach Figur 3a der Fall ist.

Durch Verjüngen des Querschnitts insbesondere senkrecht zur Klangplatte 1 der beiden Schenkel des Polkerns 14 und durch weitgehendes Weglassen der elastischen Polster (Federelemente 25) und durch extreme Abflachung der Magnetspule 13 und der zangenartigen Schenkel des Polkerns 14 kann wie in Figur 3c gezeigt eine betont flache Bauweise des elektromagnetischen Antriebssystem mit einem Rand parallel ausgerichteten Elekt- romagneten wie in Figur 3b gezeigt erzielt werden.

Die gezeigten Biegemomententreiber werden dabei bevorzugt in einem von einer Kante der Klangplatte 1 sich in Richtung der Mitte der Klangplatte 1 hin erstreckenden Randbereich plat- ziert, wobei der Randbereich in Richtung der Plattenmitte ungefähr gleich der Dicke der Klangplatte 1 ist.

Bezugszeichenliste 1 Klangplatte 2 Berandungsfläche 3 Randzone 4 Abstrahlflächen 5 Schwingspule 6 Multiresonanzplattenlautsprecher 7 Permanentmagnet 8 Südpol 9 Nordpol 11 Schwingspalt 12,12'Permanentmagnet 13 Magnetspule 14 Polkern 15 Magnetischer Gleichfeldvektor 16 Magnetischer Wechselfeldvektor 17 Joch 18 eingelagertes Joch 25 Polster di, d2 Jochlänge