In 1 ist die einfachste Variante eines elektrodynamischen Vakuum-Flachlautsprechers dargestellt. Das Antriebssystem besteht aus einer Schwingspule 1.5 und dem zugehörigen Magnetsystem bestehend aus den beiden magnetisch axial polarisierten Permanentmagnetscheiben 1.1 und 1.2 sowie einer hochweichmagnetischen Metallscheibe 1.3 (Magnetfeldkonzentrator). Das Magnetsystem ist über den Magnetsystemträger 1.9 fest mit dem Gehäuseboden 1.15 verbunden. Die beiden Permanentmagnetscheiben sind so angeordnet, dass ihre gleichnamigen Pole in Richtung der Metallscheibe zeigen. Diese geometrische Anordnung bewirkt eine sehr starke Bündelung der magnetischen Feldlinien (Feldkonzentration) in Richtung der Schwingspule. Dieses Antriebssystem wurde schon in der Patentschrift DE 3703305C1 beschreiben. Zur Erzeugung höherer Schalldruckpegel können auch vorteilhaft komplexere Antriebssysteme, wie in Patentschrift DE 4021651C1 und DE 3936639C1 beschrieben, verwendet werden. Die Flachmembran 1.16 ist über Sickungen 1.12 mit dem Gehäuseoberteil 1.13 verbunden. Satt einer Flachmembran kann grundsätzlich auch eine Konusmembran verwendet werden. Die Schwingspule 1.5 ist über den Spulenträger 1.10 zentrisch mit der Unterseite der Membran 1.16 verbunden. Das Oberteil 1.13 und die Membran 1.16 und das Unterteil 1.15 bilden ein hermetisch geschlossenes Lautsprechergehäuse. Der Innenraum 1.11 kann über ein Ventil 1.14 bis auf einen sehr kleinen Restdruck ausgepumpt werden. Das Auspumpen eines Lautsprechergehäuses wurde auch in der Patentschrift Nr. 923070 von 1955 beschrieben. Die Anordnung ist schematisch wie eine Konservendose vorzustellen, deren Deckel so elastisch ist dass er als Membran wirken kann während der Boden und die Seiten fest sind. Durch die Evakuierung eines Lautsprechergehäuses lastet jedoch der atmosphärische Druck der Luft auf der Membran. Um eine vorspannungsfreie Aufhängung der Membran zu gewährleisten wird erfindungsgemäß auf der Membranunterseite (zentrisch im Spulenträgers 1.10) eine dritte magnetisch axial polarisierte Permanentmagnetscheibe 1.4 so angeordnet, dass ihre magnetische Polarisation und die magnetische Polarisation des obersten Permanentmagneten 1.1 des Magnetsystems so ausgerichtet ist, dass die jeweiligen magnetisch gleichnamigen Pole einander abstoßen und damit eine, zu der atmosphärischen Druckkraft, gleich große mechanische Gegenkraft bewirken. Diese sehr einfache und damit leichte Bauweise eines Vakuum-Lautsprechers bewirkt, dass die Spulenbewegung nach oben und nach unten, bei gleicher Anregungsamplitude, nicht vollständig symmetrisch abläuft, was zu leichten Verzerrungen in der Tonwiedergabe führen kann.

In 1a wird eine Lösung vorgeschlagen bei der die oben beschriebenen Mängel beseitigt sind. Die dadurch bedingte etwas höhere Bauweise und die etwas höheren Kosten, durch die zusätzlichen Bauteile, werden in Kauf genommen. Zentriert über dem magnetisch axial polarisierten Permanentmagneten 1.4 wird ein ebenfalls magnetisch axial polarisierter Permanentmagnet 1.17 mit Hilfe eines drei- oder vierarmigen Kunststoff- oder Leichtmetall-Träger 1.18 fixiert. Der Permanentmagnet 1.17 ist so angeordnet, dass sein magnetischer Südpol in Richtung des magnetischen Nordpols des Permanentmagneten 1.4 weist. Durch diese geometrische und magnetische Anordnung der beiden Permanentmagnete wirkt auf den Permanentmagnet 1.4, und damit die Membran 1.16 auf seiner Vorderseite eine Zugkraft und auf seiner Rückseite eine Schubkraft, welche gerade die über die Membran 1.16 erzeugte aerostatische Druckkraft kompensiert so, dass die Membran mechanisch vorspannungsfrei aufgehängt ist. Wird nun die Schwingspule 1.5 mit einem NF-Signals beaufschlagt, schwingt sie durch die magnetische Wechselwirkung mit dem Magnetsystem. Damit schwingt auch die Membran 1.16 im Rhythmus des NF-Signals und erzeugt so eine analoge akustische Signalschwingung. Je nach Schwingungsrichtung nimmt die magnetische Anziehungskraft zwischen den Permanentmagneten 1.17 und 1.4 zu und synchron dazu die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Permanentmagneten 1.4 und 1.1 ab, bzw. umgekehrt. Somit bleibt über den gesamten Schwingweg der Membran die magnetische Kraft zur Kompensation der aerostatischen Kraft konstant und verhindert dadurch die oben beschriebenen akustischen Verzerrungen.

In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt die den oben beschriebenen Effekt vermeidet. Das Antriebssystem des Lautsprechers bestehend aus dem Magnetsystem 2.1, 2.2, 2.3 und der Schwingspule 2.9 ist geometrisch so angeordnet wie oben beschrieben. Das Magnetsystem ist mit einer Achse 2.6 aus einem nichtmagnetischen Material verbunden. Die Achse 2.6 ist an ihrem vorderen Ende mit der Membran 2.7 und an ihrem hinteren Ende über ein Magnetlager, bestehend aus dem inneren Lagermagneten 2.11 auf der Achse und dem ortsfesten äußeren Lagermagneten 2.12, reibungsfrei gelagert. Die Geometrie der Lagermagnete ist so gewählt, dass eine verlustfreie Axialbewegung möglich ist. Der Innenraum 2.8 des Lautsprechers ist wieder über das Ventil 2.15 evakuiert. Koaxial zur Achse 2.6 ist vor und hinter dem Antriebssystem je ein Permanentmagnet mit einer axialen magnetischen Polarisation angeordnet. Der Permanentmagnet 2.4 ist mit seinem magnetischen Nordpol auf den magnetischen Südpol des Permanentmagneten 2.3, des Antriebssystems ausgerichtet, während der Permanentmagnet 2.5 mit seinem magnetischen Südpol auf den magnetischen Südpol des Permanentmagneten 2.2, des Antriebssystems, ausgerichtet ist. Durch diese geometrische und magnetische Anordnung der Permanentmagnete wirkt auf das Magnetsystem 2.1, 2.2, 2.3 auf seiner Vorderseite eine Zugkraft und auf seiner Rückseite eine Schubkraft, welche gerade die über die Membran 2.7 erzeugte aerostatische Druckkraft kompensiert so, dass die Membran 2.7 mechanisch vorspannungsfrei aufgehängt ist. Wird nun die Schwingspule 2.9 mit einer NF-Signalschwingung beaufschlagt, schwingt das Magnetsystem, bedingt durch die magnetische Wechselwirkung zwischen Magnetsystem und Schwingspule, und damit auch die Membran, im Rhythmus des NF-Signals und erzeugt so eine analoge akustische Signalschwingung. Je nach Schwingungsrichtung nimmt dabei die magnetische Anziehungskraft zwischen den Permanentmagneten 2.3 u. 2.4 zu und synchron die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Permanentmagneten 2.2 u. 2.5 ab, bzw. umgekehrt. Somit bleibt über den gesamten Schwingweg des Magnetsystems die magnetische Kraft zur Kompensation der aerostatischen Kraft konstant und verhindert dadurch akustische Verzerrungen.

In 3 ist eine Ausführungsform dargestellt bei dem das Magnetlager 2.11 und 2.12 aus 2 durch ein axiales reibungsarmes Gleitlager oder eine reibungsarme Gleitbuchse 3.6 ersetzt ist. Die Evakuierung des Lautsprecherinnenraumes 3.8 erfolgt über das Ventil 3.16. im Bodendeckel. Die physikalische Wirkungsweise ist analog zu den oben beschriebenen. In dieser Konstruktionsvariante spart man einen Permanentmagneten und nimmt dafür einen etwas höheren Reibungsverlust bei der Achsenbewegung in Kauf.

In 4 ist eine weitere interessante Variante eines Vakuum-Flachlautsprechers dargestellt. Das Antriebssystem, bestehend aus dem Magnetsystem 4.1, 4.2, 4.3 und der Schwingspule 4.9 ist identisch mit den bisher schon beschriebenen. Der Vakuum-Flachlautsprecher besteht nun aus zwei Membranen 4.6 und 4.7, verbunden über die nichtmagnetische Achse 4.11 die gleichzeitig auch Träger für das Magnetsystem des Antriebs ist. Der statische atmosphärische Druck lastet gleichzeitig auf den Membranen und erzeugt über jede Membran die gleiche aerostatische Kraft die sich durch die mechanische Achsenkopplung der beiden Membranen kompensiert und so eine mechanisch spannungsfreie Aufhängung der Membranen gestattet. Die Schallabstrahlung erfolgt so in zwei entgegengesetzte Richtungen. Durch die räumliche Distanz der beiden Membranen kommt es zu keiner hörbaren Überlagerung der Schallwellen. Zusätzlich kann man in dem Vakuum-Flachlautsprecher zwei weitere Permanentmagnete 4.4 und 4.5 vorsehen die magnetisch so angeordnet sind, dass jeweils ihre magnetischen Südpole den magnetischen Südpolen des Magnetsystems zugewandt sind. Damit wirken also auf das Antriebmagnetsystem symmetrische Schubkräfte, welche sich gegenseitig kompensieren und somit auch bei veränderlichen atmosphärischen Drucken, z.B. durch einen Höhenunterschied bewirkt, eine stabile mechanische Mittellage des Antriebmagnetsystems und eine mechanisch spannungsfreie Aufhängung der beiden Schallmembranen ermöglicht. Wird die Schwingspule 4.9 mit einer NF-Signalschwingung beaufschlagt, schwingt das Magnetsystem, bedingt durch die magnetische Wechselwirkung zwischen Antriebmagnetsystem und Schwingspule, und damit auch die beiden Membranen, im Rhythmus des NF-Signals, wobei sie pro Membran je eine akustische Signalschwingung erzeugen. Je nach Schwingungsrichtung nimmt dabei die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Permanentmagneten 4.3 und 4.4 zu und synchron die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Permanentmagneten 4.2 und 4.5 ab, oder aber auch umgekehrt. Damit bleibt über den gesamten Schwingweg des Magnetsystems und der zwei Membranen die magnetische Kraft zur Kompensation der aerostatischen Kraft konstant und verhindert dadurch wirkungsvoll die oben beschriebenen akustischen Verzerrungen. Außerdem begrenzen die Magnete 4.4 und 5.5 den Schwingweg der beiden Membranen und bewirken damit eine Schutzfunktion gegen eine zerstörend wirkende akustomechanische Überbelastung.

Ergänzend kann zu den 1 bis 4 gesagt werden dass die Permanentmagnete, die nicht zum Magnetsystem des Antriebs gehören auch durch kleine leichte Elektromagnete ersetzt werden können. Dies bedingt aber immer einen höheren elektrischen Energieverbrauch und ein höheres Gewicht. In 1 kann die Schwingspule 1.5 zeitgleich mit der Beaufschlagung durch einen NF-Strom mit einem geregelten Gleichstrom, aus einer Stromquelle mit einem hohen Innenwiderstand, überlagert werden. Die mit Gleichstrom gespeiste Spule bildet dann zusammen mit der weichmagnetischen Scheibe 1.3 einen Elektromagneten, der dann die Schwingspule 1.5 und damit die Membran 1.1 gegen den atmosphärischen Außendruck in der Gleichgewichtslage hält. Der Permanentmagnet 1.4 wird dann nicht mehr benötigt. Die Membran wird dadurch etwas leichter. Ein Nachteil könnte sein, dass durch den Gleichstrom und den NF-Strom die Schwingspule zu sehr thermisch belastet wird. Zusätzlich kann, in 1 bis 3 die Nulllage der Membran, falls notwendig, mit Hilfe eines optoelektronischen Abstandssensors, wie in der Patentschrift DE 196 04 086 C2 beschrieben, sensiert und dann mit einer Regelelektronik über den DC-Elektromagneten im akustischen Betrieb ausgeregelt und bei der Herstellung die Membranlage kalibriert werden kann, wenn gleichzeitig mit einem im Gehäuse integrierten Drucksensor der Restdruck im Gehäuse erfasst wird.

Da bei den üblichen Durchmessern von Membranen sehr hohe aerostatische Kräfte auf ihnen lasten ist ein Einsatz von handelsüblichen Membranmaterialien aus elastomechanischen und aus hermetischen Gründen nicht ohne weiteres oder gar nicht möglich. Besonders geeignet erscheinen aber leichte doppelwandige außen metallisierte Nichtmetall-Membranen mit einer innenliegenden nichtmetallischen oder leichtmetallischen Hohlwabenstruktur oder nur einer einzelnen dünnen Leichtmetall-Membran mit entsprechend elastischen Randsickungen. Die einzelnen Gehäusekomponenten, versehen mit entsprechenden Dichtelementen, müssen aus festigkeitstechnischen und aus hermetischen Gründen aus einer entsprechenden Leichtmetall-Legierung, mit aus Gewichtsgründen minimierten Wandstärken, bestehen.

In 5 ist eine geometrische Anordnung aus verschiedenen Vakuum-Flachlautsprechern dargestellt. Da mit kleiner werdendem Lautsprechermembran-Durchmesser die aerostatischen Kräfte auf die Membran kleiner werden und die Vakuumdichtheit einfacher zu handhaben ist wird vorgeschlagen mehrere Vakuum-Flachlautsprecher, ausgeführt als Hochton-, Tiefton-Mitteltonlautsprecher (5.2 bis 5.4) gekennzeichnet durch verschiedene Membrandurchmesser, in einem gemeinsamen Normal-Gehäuse 5.1 einzubauen und elektrisch parallel anzusteuern.