-
Diese Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Resonanzminimierung von Gehäusen, vorzugsweise von Schallerzeugern oder -wandlern, insbesondere elektromagnetischer Art, und einem solchen resonanzminimierten, insbesondere einem resonanzfreien, Gehäuse. Im Folgenden wird ein Schallerzeuger oder -wandler auch als ‚Lautsprecherchassis‘ bezeichnet und ein solches Gehäuse eines Schallerzeugers oder -wandlers zur besseren Übersicht als ‚Lautsprechergehäuse‘.
-
Bei dem Betrieb eines Lautsprecherchassis wird dessen Gehäuse in der Regel durch die Lautsprecherchassis direkt und die durch die Lautsprecherchassis, insbesondere im Inneren des Gehäuses, bewegte Luft zu Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen werden hier im Folgenden auch als ‚Resonanzen‘ bezeichnet. Insbesondere bei tiefen Frequenzen mit einer großen Leistung, zum Beispiel bei Bassboxen, machen sich diese Schwingungen störend bemerkbar, da sie zum einen den Musikgenuss negativ beeinflussen und je nach Frequenz und Abstrahlleistung der Lautsprecherchassis auch das Lautsprechergehäuse beschädigen oder sogar zerstören können.
-
in der Regel werden Basslautsprecherchassis mit einer Öffnung oder einer Röhre in einer der Gehäusewände ausgestattet, um einen Druckunterschied im Innenraum bezüglich der umgebenden Luft auszugleichen (Bassreflex-Bauweise). Nachteile dieser Vorrichtungen sind, dass diese Öffnung einem durch sie hindurchfließenden Luftstrom stets einen Widerstand entgegen setzen, so dass sich beim Betrieb zwangsläufig im Inneren des Gehäuses temporär ein Über- bzw. Unterdruck aufbaut, und dass zudem die Umgebung durch diese Entlüftung eine der Schalldruckemission der Lautsprecherchassis entgegengesetzte Druckemission erfährt, die sich lokal durch Interferenz negativ auf das Klangerlebnis auswirken kann. Zudem wird die Impulsgenauigkeit durch unvermeidliche Abweichungen der Phasenverschiebung des durch das Rohr emittierten Signals von dem Wert 180° zusätzlich negativ beeinflusst.
-
US 2011096949 A1 zeigt eine Schallwiedergabevorrichtung mit einer Röhre, einem Lautsprecher und einer Resonanzeinheit, wobei der Lautsprecher einen Rahmenkörper mit einer Seite aufweist, die an eine erste Membran angrenzt, die peripher an einer ersten Öffnung der Röhre befestigt ist, und die Resonanzeinheit umfasst eine zweite Membran, die peripher an einer zweiten Öffnung des Rohrs befestigt ist, und ein Gewichtselement, das an einer zentralen Position der zweiten Membran befestigt ist.
-
US 2004252859 A1 offenbart eine Lautsprechervorrichtung deren Gehäuse in zwei Kammern unterteilt ist, wobei eine Membran, auf der ringförmige Magnetplatten befestigt sind, über eine Trennplatte angebracht ist, so dass ein Randabschnitt und ringförmige feste Magnete den Magnetplatten zugewandt ist.
-
US 6031919 A beschreibt ein Lautsprechersystem mit einem passiven Emitter auf einer oberen Platine und einer entgegengesetzt zu einem Lautsprecher montierten Schallwand, wobei der Lautsprecher an der Öffnung eines Zylinders angebracht ist, der aus der oberen Platine herausragt. Der verbleibende Teil der Öffnung ist mit einer Unterleitwand verschlossen, um zwei geschlossene Hohlräume zu bilden.
-
US 2005018868 A1 zeigt ein Audiogerät mit passiven Emitter, der von akustischen Treibern angetrieben werden. Die passiven Emitter sind so angeordnet, dass die mechanischen Nettovibrationen minimiert werden.
-
US 4008374 A offenbart eine Bass-Einheit für ein Lautsprechersystem, bei der zwei Lautsprecher hintereinander in einem Gehäuse montiert sind, um eine Luftkammer dazwischen zu definieren. Die Lautsprecher werden in Phase miteinander betrieben, so dass der Luftdruck in der Kammer im wesentlichen konstant bleibt.
-
DE 4428493 A1 beschreibt einen elektronisch gesteuerter aktiver Abgas-Schalldämpfer mit einem Lautsprecher, der als Sekundärschallquelle dient und vor einem Endrohr angeordnet ist und mit dem Innenraum eines Abgasrohrs in Verbindung steht, um den Schallpegel des Abgases zu dämpfen, indem ein gegenphasiger Sekundärschall in das Abgasrohr abgegeben wird.
-
DE 102008053924 A1 zeigt eine Möglichkeit auf, um aus dissipativen Schallfeldern elektrische Energie zu gewinnen.
-
Weitere Lautsprecherboxen sind in Form eines geschlossenen ‚Compound-Gehäuses‘, insbesondere nach dem Isobaric-Prinzip aufgebaut. Bei dieser Bauart befindet sich (im Inneren des geschlossenen Lautsprechergehäuses) ein weiteres Lautsprecherchassis exakt gleichen/ähnlichen Typs, welches (z.B.) in exakt gleicher Ausrichtung oder um 180-Grad gedreht, hinter dem von Außen sichtbarem (Bass-) Chassis angeordnet ist und für dieses vordere Chassis, den Einbau in eine unendliche Schallwand simuliert. Durch diese Maßnahme sinkt sowohl der Wirkungsgrad, als auch die untere Grenzfrequenz (-3dB/6dB-Punkt) für diese Kombination von Lautsprecherchassis und (geschlossenem) Lautsprechergehäuse in dieser Ausführung/dieser Abmessungen, auf die Hälfte des bisherigen Wertes. Nachteil dieser Lautsprecherboxen ist ebenfalls, dass sich auch hier Schwingungen des Lautsprechergehäuses nicht ausreichend unterdrücken lassen.
-
Eine bisher nicht optimal unterdrückbare Ursache der Resonanzen ist also der Aufbau eines dynamischen Über- bzw. Unterdrucks im Inneren des Lautsprechergehäuse bei dessen Betrieb. Selbst bei einer optimalen schwingungsreduzierten Anbringung der Lautsprecherchassis an der Gehäusewand führt dieser mit dem Schallsignal wechselnde Innendruck dazu, dass die Wandungen des Gehäuses eine Kraft erfahren und dadurch zu Schwingungen angeregt werden. Im schlimmsten Falle ist der Über- oder Unterdruck im Inneren temporär so groß, dass die Kräfte schädlich auf die Gehäusewand wirkt.
-
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zur Resonanzminimierung von Lautsprechergehäusen sowie ein Lautsprechergehäuse, insbesondere ein Basslautsprechergehäuse, zur Verfügung zu stellen, das resonazminimiert, insbesondere resonanzfrei ist.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Kompensationskammer, die über mindestens ein bewegliches Ausgleichselement mit dem Luftvolumen mindestens eines Lautsprechergehäuses in Verbindung steht. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet, in oder an dem Lautsprechergehäuse angeordnet zu werden oder auf andere Weise mit dessen Luftvolumen verbunden zu werden, z.B. über ein Rohr, was die Nachrüstung von bestehenden Lautsprechergehäusen ermöglicht.
-
Diese Kompensationskammer ist von allen Seiten luftdicht zu der sie umgebenden Luft umschlossen und weist an mindestens einer Außenseite mindestens ein Ausgleichselement auf. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich jedes Ausgleichselement in einer Öffnung der Wandung der Kompensationskammer und/oder stellt einen Teil der Wandung der Kompensationskammer dar. Somit können je nach Ausführungsform auf eine ‚Luftverschiebungskammer‘ (Volumen des Lautsprechergehäuses abzüglich einer ggf. innenliegenden Kompensationskammer) beliebig viele Kompensationskammern folgen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Wandung der Kompensationskammer, oder zumindest ein Teil der Wandung der Kompensationskammer jedoch nicht das Ausgleichselement durch die Wandung des Lautsprechergehäuses gebildet.
-
Ein solches Ausgleichselement ist relativ zur Wandung der Kompensationskammer dermaßen beweglich, dass es das Volumen der Kompensationskammer bei seiner Bewegung vergrößert oder verkleinert, und trennt jegliches Luftvolumen, insbesondere das Luftvolumen in dem Lautsprechergehäuse, luftdicht von dem Volumen in der Kompensationskammer. Aus diesem Grund könnte das Ausgleichselement auch als ‚dynamisches Ausgleichselement‘ bezeichnet werden.
-
Das Ausgleichselement steht mit dem Luftvolumen des Lautsprechergehäuses dermaßen in Verbindung, dass bei einem Überdruck in dem Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des Ausgleichselements in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer (Verkleinerung des Volumens der Kompensationskammer) der Überdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird, und dass bei einem Unterdruck in dem Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des Ausgleichselements vom Innenraum der Kompensationskammer hinweg (Vergrößerung des Volumens der Kompensationskammer) der Unterdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumen der Kompensationskammer mindestens 1% des Volumens des Lautsprechergehäuses, vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20%. Insbesondere soll das Volumen der Kompensationskammer 1000%, insbesondere 90% des Volumens des Lautsprechergehäuses nicht überschreiten, vorzugsweise nicht 50% dessen Volumens. Das Volumen einer bevorzugten Kompensationskammer liegt zwischen 0,01 und 45 Litern, insbesondere wenn Gehäuseschwingungen im Mittelton oder Hochtonbereich unterdrückt werden sollen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Innenvolumen der Kompensationskammer rund gestaltet, in Ellipsen- oder Kreisform, oder als Vieleck, bevorzugt mit abgerundeten Ecken. Dies hat den Vorteil, dass, insbesondere bei höheren Frequenzen im Mittel- oder Hochtonbereich, die Bildung von störenden Resonanzen in der Kompensationskammer unterdrückt werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftdruck im Inneren der Kompensationskammer kleiner als der sie umgebende Luftdruck, insbesondere wenn das Ausgleichselement nicht ausgelenkt ist. Vorzugsweise beträgt der Innendruck der Kompensationskammer maximal 99%, bevorzugt maximal 90% des umgebenden Luftdrucks. Jedoch hängt dieser Druck bevorzugt direkt von den im Lautsprechergehäuse verwendeten Lautsprecherchassis ab. Jedes Lautsprecherchassis kann theoretisch ein maximales Luftvolumen bewegen, das dem Betrag der Differenz des Volumens der Kontur des Lautsprecherchassis bei maximal nach vorne ausgelenkter Membran minus dem Volumen der Kontur des Lautsprecherchassis bei maximal nach hinten ausgelenkter Membran entspricht (Hubvolumen). Die Hubvolumina aller Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses zusammen ergeben das gesamte Hubvolumen. Bevorzugt herrscht in der Kompensationskammer ein Luftdruck (bei nicht ausgelenkter Ausgleichseinheit), der dem enthaltenen Luftvolumen bei Normaldruck entspricht, dem man ein Volumen entnommen hat, dass bei Normaldruck 10% bis 90% des Hubvolumens entspricht, insbesondere 30% bis 70%, besonders bevorzugt 45%-55% des Hubvolumens entspricht. Der Grund dafür ist, dass bei einer Vollauslenkung der Lautsprecherchassis verglichen mit ihrer Grundstellung (auch als ‚Null-Lage‘ bezeichnete Stellung, die der Lautsprecher ohne jegliche Ansteuerung annimmt) die Hälfte des Hubvolumens entweder zu dem Gehäusevolumen hinzukommt oder abgezogen wird, da die Lautsprechermembranen entweder nach Außen oder nach Innen ausgelenkt sind. Das Luftvolumen im Inneren des Lautsprechergehäuses ändert sich jedoch nicht (bei einer Gehäusebelüftung durch den Strömungswiderstand existiert eine Änderung, die jedoch aufgrund des Strömungswiderstandes langsam verläuft). Um den Druckunterschied durch diesen Volumenunterschied des Gehäuses bei gleichbleibendem Luftvolumen zu kompensieren, müsste seitens der Kompensationskammer die Volumenänderung des Lautsprechergehäuses kompensiert werden. Dies geschieht dadurch, dass das Ausgleichselement bewegt wird und durch Volumenvergrößerung, bzw. -verkleinerung der Kompensationskammer das Innenvolumen des Lautsprechergehäuses (Volumen des Lautsprechergehäuses minus dem Volumen der Kompensationskammer) stets konstant hält, unabhängig von der Auslenkung der Lautsprechermembranen. Aus dieser Ausführung geht auch die oben benutzte Bezeichnung ‚Luftverschiebungskammer‘ hervor. In ihr wird das enthaltene Luftvolumen idealerweise ohne einen Druckanstieg lediglich verschoben. Relativ zur Luftverschiebungskammer ist bevorzugt, die Hälfte des Luftvolumens aus der Kompensationskammer bei Normaldruck zu entnehmen, um das sich die Luftverschiebungskammer bei unbewegten Ausgleichselement beim Betrieb maximal vergrößern und verkleinern kann.
-
Da der Innendruck der Kompensationskammer eine Kraft auf das Ausgleichselement ausübt, wäre es optimal, wenn das Ausgleichselement sich im Ruhezustand genauso leicht nach innen wie nach Außen bewegen ließe. Dies wird optimal dadurch erreicht, dass ungefähr die Hälfte des Hubvolumens aus dem Luftvolumen der Kompensationskammer bei Normalluftdruck entnommen wurde. Dadurch herrscht dort ein Unterdruck, der eine Bewegung des Ausgleichselements in die Kompensationskammer hinein erleichtert und eine Bewegung nach außen nicht übermäßig erschwert. Bei Lautsprecherchassis mit einer symmetrischen Bewegungsbahn, kann ein halbes Hubvolumen auch mittels einer Volumenänderung in einem Lautsprechergehäuse zwischen Null-Lage (Grundstellung) und Endanschlag der Lautsprechermembran nach außen oder Innen (relativ zum Lautsprechergehäuse) bestimmt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Luftverschiebungskammer in einem Lautsprechergehäuse mindestens zwei Sub-Luftverschiebungskammern auf. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn zwei Schallerzeuger parallel hintereinander angeordnet sind, um die Klangqualitäten zu verbessern. Da diese Elemente auch sehr nahe aneinander angeordnet sein können (Elektrostaten oder Magnetostaten können nur wenige Millimeter voneinander entfernt angeordnet sein, kann das Verhältnis des Volumens der Kompensationskammer und einer der Sub-Luftverschiebungskammern 1:0,0000000001 betragen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren, bzw. das Prinzip, dass dieser Erfindung zugrunde liegt lässt sich anhand der oben erwähnten Luftverschiebungskammer gut erklären.
-
Unabhängig von der Anordnung der Kompensationskammer befindet sich im Lautsprechergehäuse diese Luftverschiebungskammer. Diese Luftverschiebungskammer weist in ihren Wandungen Lautsprechermembranen auf, die sich bei Emission von Tönen nach außen oder nach innen bewegen, diese Bewegung hätte eine Volumenänderung der Luftverschiebungskammer und damit eine Druckänderung in ihrem Inneren zur Folge, jedoch wird diese Volumenänderung durch Auslenkung des Ausgleichselements kompensiert und stattdessen eine Volumenänderung der Kompensationskammer erreicht. Dadurch ändert sich der Druck im Inneren der Luftverschiebungskammer nicht und es wirkt kein unterschiedlicher Luftdruck auf ihre Wandungen und kann diese nicht zum Schwingen anregen.
In der Kompensationskammer sorgt ein Unterdruck zum Einen dafür, dass die Kraft, die durch den Innendruck der luftdichten Kompensationskammer auf das Ausgleichselement ausgeübt wird in den Extrempunkten beider Auslenkungsrichtungen des Ausgleichselements ungefähr gleich ist, und zum Anderen, dass der Druck auf die Wandungen des Kompensationselements und damit die Schwingung derselben durch das Tonsignal unterdrückt wird.
-
Bevorzugte Ausgleichselemente sind Membranen, insbesondere Lautsprechermembranen oder Piezomembranen aber auch Flächenelemente, die sich in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer und/oder entgegengesetzt bewegen, z.B. verschieben, verdrehen oder verkippen, lassen. Vorzugsweise sind die Ausgleichselemente leichtgewichtig und extrem steif mit einer möglichst hohen inneren Dämpfung. Weitere Bevorzugte Ausgleichselemente sind bewegliche Teile von Plasmawandlern, Plasmahochtönern, magnetostriktiven Systemen, Elektritsystemen, Elektrostaten, Magnetostaten oder Air Motion Transformern.
-
Eine Isolierung dieser Elemente zu den Wandungen der Kompensationskammer enthält vorzugsweise elastische Kunststoffe, Papier oder Pappe, insbesondere in Form eines Balges oder eines Wulstes.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Ausgleichselement aus einem Teil der Wandung der Kompensationskammer, der gegenüber dem Rest der Kompensationskammer beweglich ist.
-
Ein oben beschriebenes Ausgleichselement bewegt sich in einer bevorzugten Ausführungsform passiv, wird also durch die es umgebenden Druckunterschiede bewegt.
-
Erfindungsgemäß bewegt sich das Ausgleichselement aktiv. Dies wird durch mindestens ein Bewegungselement erreicht, welches eine Kraft auf das Ausgleichselement ausüben kann. Bevorzugte Bewegungselemente sind Elemente aus der Gruppe Magnetspulen, Elektroden, piezoelektrische Elemente, Rotationsmotoren und Linearmotoren, wobei die Motoren vorzugsweise elektrisch betrieben werden.
-
Den Bewegungselementen ist in einer bevorzugten Form mindestens ein Messinstrument zugeordnet, welches die Auslenkung mindestens eines Ausgleichselements misst und diese Informationen zur Regelung der Bewegungselemente an eine Regelelektronik weitergibt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Lautsprecherchassis (Ausgleichslautsprecher) auf oder in der Kompensationskammer montiert, so dass dessen Membran das Ausgleichselement bildet. Dieser Ausgleichslautsprecher wird nun so betrieben, dass sich bei einer Anbringung von Außen seine Membran zur Magnetspule hin bewegt (sich das Volumen der Kompensationskammer vergrößert), wenn sich die Membran des innen liegenden Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses von ihrer Magnetspule weg bewegt (sich das Volumen des Lautsprechergehäuses dadurch vergrößert), und umgekehrt, die Membranen der beiden Lautsprecher somit eine gleichsinnige Bewegung ausführen.
-
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Anordnung, bei der jedes Bewegungselement im Inneren der Kompensationskammer angeordnet ist. Bei einer Anbringung des oben beschiebenen Ausgleichslautsprechers im Inneren der Kompensationskammer muss natürlich die entgegengesetzte Ansteuerung verwendet werden, dass sich die Lautsprechermembran in dem oben geschilderten Fall von der Magnetspule weg bewegt, wenn sich die Lautsprechermembranen der Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses nach Außen bewegen und umgekehrt. Dies kann einfach dadurch geschehen, dass die beiden Lautsprecherchassis dasselbe Tonsignal erhalten, die Polung relativ zu den Magnetspulen jedoch entsprechend gewählt wird. Prinzipiell ist es von Vorteil, wenn die Bewegungselemente eines jeden aktiven Ausgleichselements mit demselben oder einem verstärkten/abgeschwächten Signal betrieben werden, wie es auch an die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses gesandt wird.
-
in einer Ausführungsform, bei der die Kompensationskammer mehr als ein Ausgleichselement aufweist, können diese Elemente aktiv und/oder passiv, also auch gemischt betrieben werden.
-
in einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere für ein passiv bewegtes Ausgleichselement, ist das Ausgleichselement mit elastischen Elementen (vorzugsweise Gummis und/oder Federn) mit der gegenüberliegenden Wand der Kompensationskammer und/oder mindestens einem Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses, verbunden.
Dies ist besonders von Vorteil zur Kompensation einer Auslenkung des Ausgleichselements aus der Grundstellung bei keinem Signal.
-
Erfindungsgemäß weist mindestens ein enthaltenes Bewegungselement Mittel auf, die das Ausgleichselement gegen den Unterdruck in der Kompensationskammer in der Grundstellung halten, wenn kein Tonsignal an den Lautsprecherchassis anliegt. Insbesondere sind die Bewegungselemente dermaßen gesteuert oder geregelt, dass die Kraft, die der Unterdruck in der Kompensationskammer auf die Ausgleichselemente ausübt, kompensiert wird.
-
in einer weiteren Ausführungsform weist das Ausgleichselement zusätzliche Massenelemente auf, um es im Gravitationsfeld der Erde auszulenken.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses an gegenüberliegenden Seiten seiner Magnetspule jeweils eine Membran auf, wobei eine dieser beiden Membranen das Ausgleichselement darstellt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung des Weiteren noch Elemente, zur Überwachung und/oder Steuerung und/oder Regelung des Innendrucks der Kompensationskammer, z.B. Pumpen/Kompressoren und/oder Manometer zusammen mit Luftleitungen und Ventilen. Ein geeignetes Manometer sollte eine Genauigkeit von besser als 1 Bar, insbesondere besser als 1 mBar haben.
-
Eine weitere bevorzugten Ausführungsform enthält eine Druckausgleichseinheit zwischen Gehäuse und Umgebung zum Ausgleich von äußeren Druckschwankungen. Bevorzugt ist diese Druckausgleichseinheit eine Öffnung oder ein Rohr und weist insbesondere ein Ventil auf.
-
Eine solche Vorrichtung ist besonders gut für ein System mit einer Raumabstrahlung von mehr als 180°, z.B. 360°, geeignet, bei dem die Bassbox durch dieses System schwingungsminimiert wird, und Hoch- und Mitteltöner in weiteren Aufbauten mit dieser Bassbox verbunden sind. dadurch, dass die Wandung der Bassbox so gut wie keine Schwingungen beim Betrieb aufweist kann sie als Basis verwendet werden, um auch komplexe und empfindliche Anordnungen auf ihr zu montieren.
-
Ein mögliches Verfahren verläuft unter Verwendung einer vorangehend beschriebenen Vorrichtung wie folgt:
- Gemäß des die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses erreichende Signal (im Folgenden als ‚Tonsignal‘ bezeichnet) wird das Ausgleichselement so ausgelenkt, oder lenkt sich passiv so weit aus, dass das Volumen des Lautsprechergehäuses minus dem Volumen der Kompensationskammer auch bei einer Auslenkung der Lautsprechermembranen möglichst konstant bleibt. ‚Möglichst konstant‘ bedeutet dabei, dass nur eine maximale Volumenabweichung von 1%, vorzugsweise 0,1%, besonders bevorzugt 0,001 % existieren darf.
- Da jegliches Luftvolumen auf das Ausgleichselement durch seinen darauf ausgeübten Druck wirkt, weist insbesondere bei einer passiven Auslenkung des Ausgleichselements die Kompensationskammer einen Unterdruck auf, wie vorangehend beschrieben, um eine möglichst gleichmäßige Bewegung des Ausgleichselements in jede der beiden möglichen Richtungen (in die Kammer hinein und aus der Kammer heraus) gegen die dieser Bewegung entgegengerichteten Kräfte zu gewährleisten.
- Insbesondere bei einer aktiven Bewegung des Ausgleichselements durch Bewegungselemente, werden diese dermaßen gesteuert, dass die Volumenänderung des Lautsprechergehäuses aufgrund der Auslenkung der Lautsprechermembranen durch die Bewegung des Ausgleichselements kompensiert wird, bzw. die Volumenänderung der Kompensationskammer der Volumenänderung des Lautsprechergehäuses aufgrund der Auslenkung der Lautsprechermembranen auch vom Vorzeichen her entspricht und diesem vom Betrage her gleich ist.
-
Ein Verfahren zur Resonanzminimierung von Lautsprechergehäusen ist dadurch gekennzeichnet, dass gemäß eines die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses erreichende Signal das Ausgleichselement einer Kompensationskammer nach einem der Ansprüche so ausgelenkt wird, dass das Innenvolumen des Lautsprechergehäuses bei einer Bewegung des Ausgleichselements in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer der Überdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird, und dass bei einem Unterdruck in dem Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des Ausgleichselements vom Innenraum der Kompensationskammer hinweg der Unterdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird und damit ein Druckunterschied in dem Lautsprechergehäuse kompensiert werden.
-
Es ist für das Verfahren unerheblich, ob es bei einer Kompensationskammer angewandt wird, die zur Umrüstung eines Lautsprechergehäuses geeignet ist, oder bei einem eine Kompensationskammer aufweisenden Lautsprechergehäuse.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform regelt eine Steuereinheit, dass das Tonsignal die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses eine kurze Zeit nach den Bewegungselementen des Ausgleichselements erreicht. Insbesondere beträgt die Zeitverzögerung die Zeitspanne, welche der Trägheit des Systems Ausgleichselemente / Bewegungselemente im Vergleich zum Tonsignal entspricht. Dies dient dazu, diese Trägheit zu kompensieren und einen besseren Druckausgleich im Lautsprechergehäuse zu erreichen, bzw. das Volumen im Lautsprechergehäuse stets konstant zu halten.
Vorzugsweise liegt die Verzögerung im Bereich der reziproken Grenzfrequenz der betreffenden Lautsprecherchassis. Im Bassbereich wäre dies ein Bereich von 0,002 ms bis 10 s, vorzugsweise 0,02 ms bis 10 ms, für Hochtöner kann dieser Bereich aber auch 0,000002 ms bis 1 ms betragen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut für Frequenzen von maximal 3000 Hz, vorzugsweise maximal 900 Hz, insbesondere von maximal 500 Hz anwendbar, weil dort das durch die Lautsprecherchassis bewegte Luftvolumen sehr groß werden kann. Jedoch ist es ebenso bevorzugt, insbesondere für die High-End-Nutzung, das Prinzip auch bei höheren Frequenzbereichen für Mitteltöner oder sogar für Hochtöner anzuwenden.
Insbesondere kann diese Vorrichtung jedoch auch bei einer Anordnung akustischer Schallwandler oder -erzeuger zur Anwendung kommen, bei der jegliche Elementkombination aus der Gruppe Basslautsprecherchassis, Mitteltöner, Hochtöner, Breitbänder, 360-Grad-Rundumabstrahlende Lautsprecherchassis, Biegewellenwandler (z.B. Manger), Magnetostaten, Elektrostaten, Air-Motion-Transformer, Bändchen, Zirkularbändchen, Plasmawandler, Plasmahochtöner, Magnetostriktive Systeme, Elektritsysteme, Fanfaren, Nebelhörner und Tonabnehmer zur Anwendung kommt. Obwohl hier elektromagnetische Prinzipien zur Schallerzeugung im Vordergrund stehen, ist die vorliegende Erfindung auch für Schallerzeuger geeignet, die auch auf anderen Anregungsprinzipien beruhen, zum Beispiel Druckluft.
-
Der Innendruck der Kompensationskammer richtet sich unabhängig von dem Außendruck nach dem Druck in der Luftverschiebungskammer und liegt entsprechend niedriger. Insbesondere im Falle von Druckluftschallerzeugung kann dabei der Druck in der Luftverschiebungskammer durchaus größer als der Außendruck sein.
-
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Lautsprechergehäuse, welches mindestens ein, vorzugsweise in dessen Wandung angebrachten, Lautsprecherchassis und mindestens eine der vorangehend beschriebenen Kompensationskammern enthält.
-
Dies bedeutet, dass jede der Kompensationskammern in dem Gehäuse oder an dem Gehäuse angeordnet ist, oder mit diesem über einen Möglichkeit des Druckaustauschs verbunden ist.
-
Das Lautsprechergehäuse kann luftdicht umschlossen sein dessen Wandung aber auch Luftdurchlässe beinhalten.
-
Das Grundprinzip dieser Erfindung ist nicht nur für Hochtöner, Mitteltöner und Tieftöner beliebiger Bauart geeignet, sondern auch für Breitbänder, 360-Grad-Rundumabstrahlende Lautsprecherchassis, Biegewellenwandler (z.B. Manger, BRM-Wandler, NXT-Wandler, Murata-Piezo-Superhochtöner), Magnetostaten, Elektrostaten, etc. Es kann sich aber bei dem Chassis jedoch auch um einen Air-Motion-Transformer, ein Bändchen, Zirkularbändchen, etc. beliebiger Abmessungen handeln. Ebenfalls ist die Erfindung auch für beliebige Lautsprechergehäuse geeignet (z.B. auch für Handys, Headsets, Kopfhörer, Hörgeräte, etc.).
-
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind z.B.:
- 1) Durch das Nichtauftreten klangschädlicher Resonanzen kann die Klangqualität der Lautsprecherwiedergabe erheblich gesteigert werden, insbesondere bei der geschlossenes-Gehäuse-Bauart.
- 2.) Andere Nachteile, die sich durch Vibrationen des Lautsprechergehäuses ergeben treten bei dieser Vorrichtung nicht auf.
- 3.) Durch das Nichtauftreten von Gehäusevibrationen ist die räumliche Wiedergabegenauigkeit deutlich verbessert, weil die Schallentstehungsorte aller an der Wiedergabe beteiligten Lautsprecherchassis (insbesondere ab höherer Lautstärke) eindeutig' präziser im Raum definiert ist.
-
Beispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Abbildungen dargestellt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kompensationskammer und/oder die Luftverschiebungskammer Dämm- und/oder Dämpfungsmaterialien. Bevorzugte Materialien sind Dämmwolle, kugelgefüllte Dämmplatten, sonstige Dämmplatten.
-
Zudem können die Kammern Zwischenplatten und/oder Statikelemente (z.B. Gewindestangen) enthalten.
-
Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo unerwünschte Schwingungen oder Resonanzen auftreten. So unter Anderem auch bei Schallplattenlaufwerken, CD/DVD/BlueRay-Geräten, Verstärkern, autovisuellen Komponenten aller Art /incl. Tonbandgeräte) oder Geräten in der Medizintechnik.
- 1 zeigt skizzenhaft ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
- 2 zeigt skizzenhaft ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
- 3 zeigt skizzenhaft ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
- 4 zeigt ein Beispiel für die Anwendung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Lautsprecherarrangement.
- 5 und 6 zeigen Beispiele für die Anwendung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bei Frequenzen im Mittelton oder Hochtonbereich.
- 7 bis 9 zeigen skizzenhaft Beispiele für weitere Ausführungsformen.
-
1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein Lautsprechergehäuse und eine Kompensationskammer 2 teilen sich dabei Wandungselemente. Je nach Sichtweise ist die Kompensationskammer 2 dabei im oder am Lautsprechergehäuse angeordnet. Unabhängig von der Sichtweise stellt der Teil des Lautsprechergehäuses ohne die Kompensationskammer 2 die Luftverschiebungskammer 1 dar. In dem Lautsprechergehäuse ist ein Lautsprecherchassis 3 angeordnet, dessen Lautsprechermembran 4 einen Teil der Wandung des Lautsprechergehäuses und der Luftverschiebungskammer 1 bildet. Auf der Kompensationskammer ist ebenfalls ein Lautsprecherchassis als Ausgleichslautsprecher angebracht, dessen aktives Element
(Lautsprecherspule/Magneten) das Bewegungselement 5 bildet und dessen luftdicht mit der Wandung der Kompensationskammer 2 verbundene Membran das Ausgleichselement 6 bildet.
Bewegt sich die Lautsprechermembran 4 nach außen, wird das Ausgleichselement 6 angehoben, so dass der Druck in der Luftverschiebungskammer 1 stets konstant bleibt.
-
Gleiches passiert, wenn sich die Lautsprechermembran 4 nach innen bewegt. In der Kompensationskammer besteht dabei ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1.
-
2 zeigt eine Skizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der nicht wie in 1 ein Lautsprecher als Ausgleichselement 6 verwendet wird, sondern eine Platte, die in diesem Falle von zwei Bewegungselementen 5 bewegt wird. Die Bewegung des Ausgleichselements 6 durch die Bewegungselemente 5 kompensiert ebenfalls die durch die Bewegung der Lautsprechermembran 4 ansonsten in der Luftverschiebungskammer 1 auftretenden Druckunterschiede.
In der Kompensationskammer besteht dabei auch hier ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1.
An der Kompensationskammer ist hier optional eine Entlüftungseinrichtung 11 angebracht, mit der Luft aus dem Inneren der Kompensationskammer entnommen oder in sie hineingebracht werden kann, und bevorzugt der Innendruck überwacht werden kann.
-
3 zeigt eine Skizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der das Ausgleichselement 6 passiv bewegt wird. In der Kompensationskammer besteht dabei ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1. Das Ausgleichselement 6 ist hier mit einem elastischen Element 7 verbunden. Hier umgibt eine optionale weitere Kammer 10 das Lautsprechergehäuse oder ist Teil desselben. Diese weitere Kammer soll ebenfalls Schwingungen unterdrücken, z.B. welche, die durch die Bewegung der Lautsprecherchassis an sich entstehen. Zusätzlich ist das Lautsprecherchassis optional noch mit einer Elektronik 12, z.B. einer Frequenzweiche o.ä., ausgestattet.
-
4 zeigt einen kompletten Aufbau für eine Tonabstrahlung von 360° (Teilaufriss). Unten ist eine Bassbox angeordnet, in der sich eine Kompensationskammer befindet, wie sie in 2 skizziert wurde, und die zusätzlich ein mit dem aktiv durch die Bewegungselemente 5 bewegten Ausgleichselement 6 verbundenes elastisches Element 7 und Elemente zur Abstandsmessung 8 aufweist. Auf dem durch die Kompensationskammer resonanzfrei gehaltenen Gehäuse der Bassbox ist ein Aufbau aus Hoch-/Mitteltönern montiert, dessen Tonsignal erschütterungsfrei in den Raum abgestrahlt werden kann.
In der Kompensatinskammer kann eine extrem energiesparende Embedded-Prozessor-Platine mit Luftdruck-Chip, Blue-Tooth-Schnittstelle und (zur Energiegewinnung) einem/mehreren Beschleunugungs-Sensoren, welche auf einem Ausgleichselement montiert sind.
-
5 zeigt ein Beispiel für eine andere mögliche Ausführungsform. Als Lautsprecherchassis 3 können hier beispielsweise Elektrostaten oder Magnetostaten verwendet werden. Zur Reduktion von Schwingungen sind hier zwei runde Kompensationskammern 2 dargestellt, für deren Ausgleichselemente 6 Teile von Air Motion Transformern (AMTs) die hier auch die Bewegungselemente 5 beinhalten, sind.
-
In 6 stellen die Referenzzeichen ebenfalls die oben genannten Einheiten bei einem kombinierten Aufbau, z.B. Tiefmitteltöner und Hochtöner, dar.
-
In 7 sind zwei Mobiltelefone dargestellt, welche eine erfindungsgemäße Kompensationskammer 2 enthalten. In dem rechten Gerät ist die Kompensationskammer luftdicht verkapselt, bei dem linken Gerät kann der Innendruck der Kompensationskammer mit einem hier skizzenhaft in der Mitte dargestellten Pumpgerät verändert werden.
-
In 8 ist ein Lautsprechergehäuse eines Kopfhörers dargestellt enthaltend eine Kompensationskammer 2 und zwei Lautsprechermembranen 4, die hier z.B. Elektrostaten oder Magnetostaten sein können. Selbstverständlich ist auch ein Aufbau mit nur einer Lautsprechermembran möglich. Vorzugsweise enthält das Ausgleichselement mindestens ein AMT.
