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Die
Erfindung betrifft einen Lautsprecher, insbesondere eine Bassreflexbox
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum
Abstimmen nach Patentanspruch 7.
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Für die Schallwiedergabe
im Tieftonbereich (Subwoofer) werden zur Erzielung hoher Schallpegel und
hoher Wirkungsgrade Bassreflexboxen verwendet, also solche Boxen,
bei denen das Gehäusevolumen
zum Außenraum
hin, insbesondere zu der Schallwand mit dem darin montierten Lautsprecherchassis
eine definierte Öffnung
aufweist. Diese Öffnung
definiert durch ihren Querschnitt und ihre Länge eine Leitung, die zusammen
mit dem Volumen der Lautsprecherbox einen Helmholtz-Resonator bildet. Der
Impedanzverlauf einer solchen herkömmlichen Bassreflexbox ist
in 6 dargestellt. Hierbei ist die relative Impedanz über die
Frequenz aufgetragen, wobei ein Lautsprecher mit konstantem Volumen
und konstanter Querschnittsfläche
der Bassreflexleitung angenommen wird. Die Kurven a, b und c zeigen
Impedanzverläufe
für verschiedene
Längen
der Bassreflexleitung, nämlich
37 cm, 80 cm und 130 cm. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass
die zu den verschieden langen Bassreflexleitungen gehörigen Resonanzfrequenzen
fb bei 38 Hz, 32 Hz bzw. 28 Hz liegen. Mit steigender Länge verschiebt
sich also die (angestrebte) Abstimmfrequenz des Helmholtz-Resonators
nach unten.
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Eine
Problematik bei Bassreflexgehäusen besteht
darin, dass bei kleinen Querschnittsflächen im Bereich der Mündung der
Bassreflexleitung nach außen
bei hohen Abstrahlleistungen Luftgeräusche entstehen, da die Strömungsgeschwindigkeiten
der Luft zu Wirbelbildungen führen.
Um diese Luftströmungsgeschwindigkeiten
und damit die akustischen Störungen
möglichst
gering zu halten, wird angestrebt, den Querschnitt der Bassreflexöffnung möglichst
groß zu
gestalten. Mit steigendem Querschnitt der Bassreflexöffnung steigt
jedoch wiederum die Abstimmfrequenz des Helmholtz-Resonators, so
dass man wiederum die Bassreflexleitung zur Erzielung der Abstimmung
auf eine möglichst
niedrige Resonanzfrequenz (entsprechend der möglichst niedrigen Resonanzfrequenz
des Lautsprecherchassis) verlängern
muss. Derart lange Bassreflexleitungen führen wiederum zu einer Vergrößerung des
Gehäuses
und zu erhöhtem
Bauaufwand.
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Darüber hinaus
wird eine Bassreflexleitung dann, wenn ihre Länge in den Bereich der abgestrahlten
Wellenlängen
kommt, selbst zum Resonator, was in 6 im Bereich
um 100 Hz für
die dort gezeigte Leitung mit einer Länge von 130 cm deutlich wird.
Es müsste
hier also eine Bedämpfung
der "Leitungsresonanz" stattfinden, die
wiederum die abgestrahlte Leistung im reinen Bassreflexbereich verringert.
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Zur
Erleichterung des Abstimmens eines Bassreflexgehäuses wird in der
US 5,623,132 eine in ihrer Länge veränderbare
Leitung vorgeschlagen. Für
die hier angestrebten hohen Abstrahlleistungen ist diese Leitung
aufgrund ihres konstruktionsbedingt geringen Querschnittes nicht
geeignet. Darüber
hinaus ergeben sich die anhand von
6 erläuterten Probleme.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Lautsprecher aufzuzeigen,
der bei einfachem, volumensparendem Aufbau eine große Querschnittsfläche der
Abstrahlöffnung
der Bassreflexleitung ermöglicht
und hierbei auf eine möglichst
tiefe Frequenz abstimmbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Abstimmen einer Bassreflexbox
aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Lautsprecher gelöst, umfassend ein Gehäuse mit
einem definierten Volumen, mindestens ein Lautsprecherchassis mit
einer Resonanzfrequenz f0 für den Tieftonbereich,
eine Bassreflexeinrichtung mit einer Resonanzfrequenz fH,
die eine Bassreflexleitung mit vorbestimmter Länge L und mit einer ersten,
frontseitigen öffnung
sowie mit einer zweiten ins Gehäuse mündenden Öffnung mit
im Wesentlichen gleichen Querschnitten A aufweist, wobei die Bassreflexleitung
von den beiden Öffnungen
ausgehend zur Mitte der Bassreflexleitung hin konvergierend unter
Bildung eines mittleren Durchgangsspaltes ausgebildet ist, dessen
Höhe h
derart bemessen ist, dass die Resonanzfrequenz fH des
Bassreflexgehäuses
im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Lautsprecherchassis entspricht.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, dass die Bassreflexleitung
nicht als Leitung mit konstantem Querschnitt ausgebildet ist, sondern
einen Querschnitt aufweist, der sich von den beiden Öffnungen
her zur Mitte der Bassreflexleitung hin konisch verjüngt. Wenn
die Öffnungen
der Bassreflexleitung so gewählt
werden, dass keine Luftströmungsgeräusche bei
der abzustrahlenden akustischen Leistung des Lautsprechers entstehen
und weiterhin die Länge
der Bassreflexleitung durch das durch den Benutzer vorgegebene maximale
Volumen (also die Tiefe) des Lautsprechergehäuses vorgegeben sind, so erfolgt
die Abstimmung des Resonators ausschließlich durch die Höhe des Durchgangsspaltes.
Je geringer die Höhe
des Durchgangsspaltes gewählt
wird, desto niedriger wird die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators.
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Vorzugsweise
weist die Bassreflexleitung zwei zueinander parallele erste Seitenwände sowie zueinander
geneigte zweite Seitenwände
auf. Die Querschnittsverengung zur Mitte der Bassreflexleitung hin
wird also nur durch zwei Wände
bewirkt, während
die anderen zur Vereinfachung des Aufbaus des Lautsprechergehäuses parallel
zueinander sind.
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Die
Bassreflexleitung ist vorzugsweise zu einer Mittelebene symmetrisch
ausgebildet, die durch die Mitte des Durchgangsspaltes verläuft. Zum
einen ist dies akustisch vorteilhaft, zum anderen ist der Bauaufwand
relativ gering.
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Die Öffnungen
der Bassreflexleitung weisen vorzugsweise eine Breite auf, welche
einer Breite des Gehäuses
entspricht. Damit können
die Gehäuseseitenwände gleichzeitig
die zwei (parallelen) Seitenwände
der Bassreflexleitung bilden.
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Die Öffnungen
der Bassreflexleitung weisen weiterhin eine Höhe auf, welche gleich oder
kleiner ist als der Abstand der zweiten, gehäuseinneren Öffnung der Bassreflexleitung
zu einer ihr gegenüber
liegenden Gehäuseinnenwand.
Dadurch ergibt sich ein optimales Verhalten des Resonators.
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Vorzugsweise
weisen die Öffnungen
abgerundete Ränder
auf. Dies führt
zu einer weiteren Verringerung von Luftströmungsgeräuschen.
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Die
oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Abstimmen
einer Resonanzfrequenz fH einer Bassreflexbox
auf eine Resonanzfrequenz f0 mindestens
eines eingebauten Lautsprecherchassis gelöst, wobei eine Bassreflexleitung mit
vorbestimmter Länge
und vorbestimmten Querschnitten ihrer endseitigen Öffnungen
vorgesehen ist. Hierbei werden einander gegenüber liegende Wände der
Bassreflexleitung von den beiden Offnungen ausgehend zur Mitte der
Bassreflexleitung hin konvergierend unter Bildung eines mittleren
Durchgangsspaltes derart geneigt und der Durchgangsspalt derart
schmal im Verhältnis
zu einer Höhe
der Öffnungen
ausgebildet, dass die Resonanzfrequenz fH der
Bassreflexbox im Wesentlichen der Resonanzfrequenz f0 des
Lautsprecherchassis entspricht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 eine
Vorderansicht einer Ausführungsform
des Lautsprechers,
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2 eine
perspektivische Darstellung des Lautsprechers,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III aus 1,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 1,
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5 eine
graphische Darstellung des Verlaufes der Impedanz von Lautsprechern
mit verschiedenen Spalthöhen
und
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6 eine
Darstellung entsprechend der nach 5 zur Erläuterung
von herkömmlichen Bassreflexlautsprechern.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende
Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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Das
hier gezeigte Ausführungsbeispiel
des Lautsprechers weist ein Lautsprecherchassis 1 auf, das
in einer Vorderwand 15 eines Gehäuses 10 montiert ist.
Das Gehäuse 10 wird
weiterhin von Seitenwänden 11 und 12 sowie
einer Oberwand 13, einer Bodenwand 14 und einer
Rückwand 16 gebildet.
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Im
Inneren des Gehäuses 10 ist
eine Bassreflexleitung 20 angebracht, deren frontseitige,
erste Öffnung 21 in
der Vorderwand 15 liegt und mit abgerundeten Rändern 27 geformt
ist. Eine gehäuseinnere
zweite Öffnung 22,
die wiederum einen abgerundeten Rand 27 aufweist, liegt
in einem Abstand d vor der Innenseite der Rückwand 16. Der Abstand
d ist größer als
die Höhe
H der ersten Öffnung 21 und
der zweiten Öffnung 22.
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Die
Bassreflexleitung 20 besteht aus Seitenwänden 24, 24', die zueinander
parallel sind und beispielsweise von den Seitenwänden 11, 12 gebildet sein
können.
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Die
in den Abbildungen gezeigte obere Wand der Bassreflexleitung besteht
aus vorderen Wandabschnitten 25, 25' und hinteren (gehäuseinneren)
Wandabschnitten 26, 26', wobei die vorderen Wandabschnitte 25, 25' von der ersten
(frontseitigen) Öffnung 21 aus
in Richtung auf das Gehäuseinnere konvergieren
und die hinteren Wandabschnitte 26, 26' von der zweiten,
gehäuseinneren Öffnung 22 aus in
Richtung auf die Vorderwand 15 konvergieren, so dass die
vorderen und die hinteren Seitenwandabschnitte 25, 25' bzw. 26, 26' sich im Wesentlichen
in der Mitte der Bassreflexleitung 20 treffen und dort
einen Durchgangsspalt 23 bilden. Somit besteht also die
Bassreflexleitung 20 ausschließlich aus ungekrümmten Plattenabschnitten,
was die Fertigung erheblich vereinfacht.
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In 3 ist
mit L die Länge
der Bassreflexleitung 20 bezeichnet, wobei die Position
des Durchgangsspaltes 23 in der Mitte der Bassreflexleitung 20 (also
bei L/2) liegt. Es ist aber auch möglich, hier eine gewisse Unsymmetrie
zuzulassen, soweit dies keinen negativen Einfluss auf das akustische
Verhalten des Lautsprechers hat.
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Nachfolgend
wird die Wirkung der so ausgebildeten Bassreflexleitung 20 im
Lautsprecher 1 anhand von 5 erläutert. Hierbei
wird davon ausgegangen, dass die Breite B (siehe 1)
der Öffnungen 21, 22 sowie
deren Höhe
H (und damit der Querschnitt der Öffnungen 21, 22)
und auch die Länge
L der Bassreflexleitung gleich bleiben.
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Die
in 5 gezeigte Kurve a entspricht einer klassischen
Bassreflexleitung, bei welcher die Höhe H der Leitung und somit
ihr Querschnitt über die
gesamte Länge
L konstant bleibt. Der so zusammen mit dem Gehäuse gebildete Helmholtz-Resonator
ist auf eine Frequenz fb von 38 Hz abgestimmt, so dass das einzubauende
Lautsprecherchassis ebenfalls diese Resonanzfrequenz aufweisen muss.
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Werden
nun die oberen und unteren Wände der
Bassreflexleitung 20 wie zuvor insbesondere anhand von 3 beschrieben,
konisch oder keilförmig zueinander
verlaufend geneigt, so dass sich in der Mitte der Bassreflexleitung
ein Spalt 23 bildet, so ist diese Spalthöhe h bei
ansonsten identischen Maßen des
Lautsprechers und der Bassreflexleitung ausschlaggebend für die Abstimmfrequenz
fb des Helmholtz-Resonators. Die mittlere Kurve b aus 5 zeigt
eine Frequenz fb von 32 Hz, die linke Kurve c eine Frequenz fb =
28 Hz bei Spalthöhen
von 3 cm bzw. 1,5 cm. Diese sehr niedrige Frequenz von fb von 28
Hz für
eine Spalthöhe
von 1,5 cm kann bei einer herkömmlichen
Bassreflexleitung mit den hier gewählten Offnungsquerschnitten
nur dann erreicht werden, wenn – wie
anhand von 6 einleitend bereits erläutert – die Länge L der
Bassreflexleitung 20 130 cm, also ein Vielfaches der hier gewählten Länge von
L = 37 cm beträgt.
Der überraschende
Vorteil des hier gezeigten Lautsprechers bzw. des hier erläuterten
Verfahrens zur Abstimmung eines Lautsprechers mit einer Bassreflexleitung
liegt auf der Hand. Besonders wichtig ist hierbei auch, dass die
bei kleineren Öffnungsquerschnitten
unvermeidbaren Luftströmungsgeräusche bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
des Lautsprechers nicht auftreten. Damit ist eine exzellente Basswiedergabe
möglich.
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- 1
- Lautsprecherchassis
- 10
- Gehäuse
- 11
- Seitenwand
- 12
- Seitenwand
- 13
- Oberwand
- 14
- Bodenwand
- 15
- Vorderwand
- 16
- Rückwand
- 20
- Bassreflexleitung
- 21
- frontseitige,
erste Offnung
- 22
- gehäuseinnere,
zweite Öffnung
- 23
- Durchgangsspalt
- 24,
24'
- erste
Seitenwände
- 25,
25'
- zweite
Seitenwände
vorn
- 26,
26'
- zweite
Seitenwände
hinten
- 27
- abgerundeter
Rand
- H
- Höhe der Öffnung
- h
- Höhe des Spaltes
- B
- Breite
der Öffnung
- L
- Länge der
Bassreflexleitung