DE20309771U1

DE20309771U1 - Bassreflexrohr

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Publication number: DE20309771U1
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Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2013-06-26

Description

Beschreibung Seite 1 &ngr;. 4

Bassreflexrohr für Lautsprecherboxen

Ein großer Teil der Lautsprecherboxen (Fig.1) ist nach dem Bassreflex-Prinzip aufgebaut:

Ein oder mehrere Bassreflexrohre (Fig.2) definierten Querschnitts und Länge sind in der Lautsprecherbox eingebaut und verbinden das in der Box eingeschlossene Luftvolumen mit der Außenluft.

Der so entstandene sogenannte &ldquor;Helmholtz - Resonator" wird dabei dazu genutzt, die Tieftonwiedergabe der Box im Bereich seiner Resonanzfrequenz zu verstärken. Je nach Konstruktion der Lautsprecherbox und dem eingesetzten Lautsprecherchassis (die Eigenschaften der Lautsprecherchassis werden definiert durch die Thiele-Small Parameter) liegt diese Frequenz im Bereich zwischen ca 10 und 100 Hz.

Im Bereich dieser Tiefton-Resonanzfrequenz wird nahezu der gesamte Schall durch das Bassreflexrohr abgestrahlt, bei Frequenzen darüber und darunter erfolgt die hauptsächliche Schallabstrahlung durch das Lautsprecherchassis (Fig.3, idealisierte Darstellung).

Das gewünschte schall- und hörakustische Ergebnis (z.B. eine möglichst glatte, tiefreichende Schallwiedergabe mit gutem Impulsverhalten) wird jedoch nur erreicht, wenn alle Parameter der Bassreflex-Konstruktion (Lautsprecherchassis, Volumen der Lautsprecherbox sowie Länge und Querschnitt des Bassreflexrohres) genau aufeinander abgestimmt sind.

Hierzu existieren unterschiedliche Berechnungs-Ansätze und sogenannte Abstimm-Tabellen (u.a. beschrieben in : &ldquor;Lautsprecherbau" von Vance Dickason, erschienen im Elektor-Verlag; amerikanische Originalausgabe: &ldquor;The Loudspeaker Cookbook", Audio-Amateur Inc.), nach denen bei einem gegebenen Lautsprecherchassis mit definierten Thiele-Small Parametern ein entsprechendes Bassreflexgehäuse sowie die Abmessungen des Bassreflexrohres berechnet werden können. Ebenso sind eine Vielzahl von Computerprogrammen verfügbar, denen entsprechende Berechnungsgrundsätze zugrunde liegen, die die Auslegung einer Lautsprecher-Bassreflexkonstruktion aber erheblich vereinfachen. Allen Bassreflexkonstruktionen liegt, wie oben beschrieben, das Helmholtz-Resonator Prinzip zugrunde, das den Einsatz eines nach Länge und Durchmesser abgestimmten Bassreflex-Rohres (u.U. auch Bassrefex-Kanal genannt, wenn der Querschnitt nicht kreisförmig sondern z.B. rechteckig ist) verlangt. Die Länge und der Querschnitt dieses Bassreflexrohres (hier kreisförmiger Querschnitt) lässt sich aus folgender Gleichung berechnen:

1,463 &khgr; 10⁷x R² L : Länge BR-Rohr in m

L = - 1,463 &khgr; R f : Abstimmfrequenz in Hz

F² &khgr; V R : Radius BR-Rohr in m

V : Gehäusevolumen in m3

Beschreibung Seite 2 &ngr;. 4

Wie vorstehend beschrieben, erfolgt im Bereich der Abstimm-Frequenz der Bassreflex-Konstruktion nahezu die gesamte Schallabstrahlung durch das Bassreflexrohr.

Dies kann das Bassreflexrohr insbesondere bei höheren Lautstärken jedoch nur leisten, wenn sein Querschnitt (Durchmesser) und damit seine schallabstrahlende Fläche nicht unter ein bestimmtes Verhältnis zur schallabstrahlenden Fläche des eingesetzten Lautsprecherchassis fällt ( u.a. laut Vance Dickason in &ldquor;Lautsprecherbau" ergibt erst eine Abstrahlfläche/Querschnitt des Bassreflexrohres, die zumin. % der Abstrahlfläche der Lautsprechermembran beträgt, eine gute Linearität der Reflexöffnung). Bei zu kleinem Querschnitt treten Kompressionseffekte auf, die Bassreflexbox verhält sich dann nicht mehr wie eine Bassreflex-Konstruktion sondern ähnlich einer geschlossenen Lautsprecherbox; tiefe Frequenzen werden kaum noch wiedergegeben. Hierbei ist insbesondere auch von Nachteil, dass sich dieses Verhalten über der Lautstärke verändert: Bei geringen Lautstärken ist die Funktionsweise wie berechnet und gewünscht, bei höheren Lautstärken verschlechtert sich die Tieftonwiedergabe zusehends. Die Lautsprecherbox verändert also ungewünscht ihren Klangcharakter (beschrieben u.a. ebenfalls in &ldquor;Lautsprecherbau" von Vance Dickason). In (Fig.4) ist ein typischer Impedanzverlauf (Aus dem Impedanzverlauf kann das Wiedergabeverhalten abgeleitet werden) einer Bassreflexbox mit zu kleinem Bassreflexrohr dargestellt: (4.1) zeigt die Impedanzkurve bei kleinen Leistungen/Lautstärken und entspricht in ihrem Verlauf dem mit der berechneten Abstimmung gewählten Verhalten. (4.2) zeigt die Impedanzkurve der gleichen Lautsprecherbox bei höheren Leistungen/Lautstärken: Aus dem Impedanzverlauf sind Kompressionseffekte erkennbar. Die Box verhält sich nicht mehr wie die angestrebte Bassreflexkonstruktion sondern eher wie eine geschlossene Box mit verschlechterter Tieftonwiedergabe.

Diese (Kompressions-)Effekte lassen sich vermeiden, wenn der Querschnitt des Bassreflexrohres/-kanales ausreichend groß gewählt wird. Aus der nachstehenden Berechnungsformel ist dabei der Zusammenhang zwischen Querschnitt und Länge des Reflexrohres ersichtlich :

1,463 &khgr; 10⁷ &khgr; R² L : Länge BR-Rohr in m

L = - 1,463 &khgr; R f : Abstimmfrequenz in Hz

F² &khgr; V R : Radius BR-Rohr in m

V : Gehäusevolumen in m3

Bei gleicher Abstimmfrequenz folgt daraus, dass große Querschnitte eine erhebliche Verlängerung des BR-Rohres bedeuten.

Beschreibung Seite 3 v. 4

Bassreflexrohre hohen Querschnitts und damit großer Länge zeigen jedoch erhebliche unerwünschte Resonanz-Erscheinungen, die das Klangbild einer Lautsprecherbox ebenfalls negativ beeinflussen :

Insbesondere wenn das betreffende Lautsprecherchassis nicht ausschließlich tiefe sondern auch Frequenzen im mittleren Frequenzbereich wiederzugeben hat ( bei üblichen 2-Weg Lautsprecherboxen ist dies ein Übertragungsbereich von etwa 50 bis über 2000 Hz), so bauen sich innerhalb des BR-Rohres stehende (Schall-) Wellen (Längsresonanzen) höherer Frequenz(en) auf, die durch das Bassreflexrohr austreten und sich dem wiederzugebenden ( Musik-) Signal überlagern und dieses verfälschen.

Die Frequenz(en) dieser Störung hängt maßgeblich von der Länge des Bassreflexrohres herkömmlicher Bauart ab. Wobei die (Stör-)Frequenz(en) - in Kombination mit der Schallgeschwindigkeit in Luft und der jeweiligen Wellenlänge sich wie folgt berechnen lassen und deren Wellenlängen sich damit etwa entsprechend der halben Länge des Bassreflexrohres, seiner einfachen Länge und deren Vielfachen einstellen:

Cn fs : Frequenz der Längs/Stör-Resonanz (Hz)

f_s = — &khgr; — C : Schallgeschwindigkeit in Luft (344 m/sec)

2 L L: Länge des Bassreflexrohres (m)

für &eegr; = 1,2, 3,...

(Fig.5) stellt mit Kurve (5.1) den typischen Verlauf des Abstrahlverhaltens eines Bassreflexrohres dar: Im niedrigen Frequenzbereich bei der Abstimmfrequenz liegt der abgegebene Schallpegel wie gewünscht hoch, danach sollte er kontinuierlich abfallen. Es treten jedoch zwei Pegelspitzen auf, die auf Längsresonanzen (bei Wellenlängen die der halben und ganzen Länge des Bassreflexrohres entsprechen) im Bassreflexrohr zurückzuführen sind und die die (Musik-)Wiedergabe störend überlagern.

Nach heutigem Stand der Technik werden Bassreflexrohre/-Kanäle häufig möglichst kurz und damit im Durchmesser klein ausgelegt, sodass übermäßige Längs-/Störresonanzen nicht auftreten. In Folge reicht der Querschnitt aber nicht aus, um auch bei hohen Lautstärken Kompressionseffekte auszuschließen und eine zuverlässige Verstärkung der Tieftonwiedergabe zu gewährleisten. Auch die oft genutzte trompetenförmige, strömungsgünstige Auslegung der Enden des Bassreflexrohres kann das Kompressionsverhalten nur bedingt verbessern, einen Einfluss auf Längsresonanzen hat es nicht.

Beschreibung Seite 4 v. 4

Im erfindungsgemäßen Bassreflexrohr(-Kanal) treten störende Längsresonanzen der beschriebenen Wellenlänge(n) nicht auf bzw. werden soweit unterdrückt/abgeschwächt, dass sie das wiederzugebende (Musik-)Signal nicht negativ beeinflussen. Damit kann das Bassreflexrohr in seinem Querschnitt so groß gewählt werden, dass auch bei höheren Lautstärken eine einwandfreie Abstrahlung tiefer Frequenzen durch das Bassreflexrohr gewährleistet ist - ohne dass sie von höherfrequenten Störungen überlagert werden.

Das erfindungsgemäße Bassreflexrohr (Fig.6 und 7) ähnelt in seiner Funktion einem Schalldämpfer, wie er z.B. in der Abgasanlage von Automobilen eingesetzt wird : Dem Hauptluftstrom (entspr. der Tiefton-Abstimmungsfrequenz zwischen etwa 10 bis 100 Hz und damit Wellenlängen zwischen ca 3,4 bis 34 Metern) setzt es durch seinen verhältnismäßig großen Querschnitt nur minimalsten Widerstand entgegen, die gewünschte Helmholtz-Resonanz wird nicht behindert. Durch die Perforation (oder die komplette Auskleidung der Oberfläche des Bassreflexrohres mit akustisch dämpfendem Material,Fig.7) können sich Wellen/Längsresonanzen höherer Frequenz nicht aufbauen bzw. im Bassreflexrohr fortpflanzen, da sie von seinen Wänden nicht oder nur minimal reflektiert werden. Ein Vergleich der Schallabstrahlung, gemessen im sogenannten Nahfeld des Bassreflexrohres ist in (Fig.5) für ein herkömmliches Bassreflexrohr in (5.1) und für ein erfindungsgemäßes Bassreflexrohr gleichen Querschnittes und Länge in (5.2) dargestellt: die weitestgehende Unterdrückung störender Längsresonanzen ist offensichtlich.

Bezugszeichen - Liste Seite 1 v. 1

(Zeichnungs-Ergänzung)

(Fig.1) - Lautsprecherbox nach Bassreflex-Prinzip
(Fig.2) - Bassreflexrohre ( nach &ldquor;Stand der Technik")

(Fig.3) - Schallabstrahlung des Bassreflex-Rohres und des Lautsprecherchassis einer Bassreflex-Lautsprecherbox im Bereich der Abstimmfrequenz

(Fig.4) - Impedanzverlauf einer Bassreflexbox im Bereich der Abstimmfrequenz : 4.1 bei kleiner Leistung/Lautstärke und 4.2 bei hoher Leistung/Lautstärke und Bassreflex-Rohr mit zu kleinem Querschnitt

(Fig.5) -Abstrahlverhalten eines Bassreflex-Rohres : 5.1 herkömmliches / &ldquor;Stand der Technik" Bassreflex-Rohr mit störenden Längsresonanzen; 5.2 erfindungsgemäßes Bassreflex-Rohr ohne störende Längs-Resonanzen

(Fig.6) und (Fig.7) - Erfindungsgemäßes Bassreflex-Rohr mit:

6.1 geraden und 6.2 trompetenförmigen Enden; 6.3 inneres Rohr; 6.4 äußeres Rohr; 6.5 Hohlraum zwischen äußerem und inneren Rohr

Claims

1. Bassreflexrohr (Fig. 6 u. 7) mit kreisförmigem, ovalen oder vieleckigen Querschnitt und geraden (6.1) oder trompetenartig (6.2) ausgeformten Enden zur Verwendung in Bassreflex-Lautsprecherboxen, dadurch gekennzeichnet, dass: das für die Helmholtz-Resonanz Abstimmung relevante innere Rohr (6.3) teilweise oder auf seiner gesamten Länge und Umfang, durch runde Bohrungen oder Ausbrüche anderen Querschnittes perforiert ist und ein zweites äußeres Rohr (6.4) das innere Rohr (6.3) in einigem Abstand umschließt.

2. Bassreflexrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der zwischen innerem (6.3) und äußerem Rohr (6.4) entstehende Hohlraum (6.5) ganz oder teilweise mit geräusch-absorbierendem Dämm-Material, wie z. B. Nadelfilz, Akustikschaum, Glaswolle oder ähnlichem Material gefüllt ist.

3. Bassreflexrohr (Fig. 7) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass: das innere Rohr (6.3) ganz oder teilweise aus einem geräusch- absorbierenden, formstabilem Material (z. B. geformter Nadelfilz, Akustikschaum o. ä.) hergestellt ist.