DE3700539C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektroakustischen Apparat mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Apparat ist im Lautsprecherhandbuch, Stark, Berndt, 2. Auflage, ISBN 3-7905-0487-4 auf den Seiten 167 bis 173 beschrieben.

Die neuen Entwicklungen von CD-Technik, Synthesizern und Drum­ computern erfordern von der elektroakustischen Wandlertechnik die Übertragung tiefster Töne mit relativ hohem Schalldruck (z. B. bei Kirchenorgel-Sounds bei Synthesizern oder an einem speziellen Beispiel die Tiefpaukenschläge in den Bruckner Sinfonien auf CD- Platten).

Um mit einem elektroakustischen Apparat sowohl eine Tiefst- bis auch Mitteltonübertragung zu erzielen, sind bereits Apparate entwickelt worden, in deren Gehäuse ein mit einem gefalteten Horn (oder Trichter) kombinierter konusförmiger Lautsprecher untergebracht ist. Die Faltungsmaßnahme dient dazu, dem Horn eine zur Erhöhung des Strahlungswiderstandes möglichst große Länge und Mundöffnung zu verleihen, um einerseits die Übertragung der Baßtöne mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten. Andererseits sollen die Gehäuseabmessungen auf ein transportfreundliches Maß begrenzt und die gewünschte Quaderform des Gehäuses ermöglicht werden.

Darüber hinaus ist es beispielsweise aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt, zur Vergrößerung des Strahlungswiderstandes bei Frequenzen im 100 Hertz-Bereich dem Horn eine angenähert exponentielle Form zu verleihen, d. h. eine Form, bei der der Hornquerschnitt einer Exponentialfunktion folgt. Die Exponentialfunktion ist dort durch einen fünfstufigen Polygonzug realisiert. Neben einer sich hinter dem Lautsprecher angenähert parallel zur Gehäusevorderseite erstreckenden ersten Hornelementwand sind drei weitere Wände vorgesehen, die eine Schallführung um diese erste Wand herum ausbilden.

Jedoch führt die Aneinanderfügung und Anordnung dieser Hornelementwände dazu, daß an der ersten Hornfaltstelle die eingespeiste Schallenergie ungefähr zur Hälfte wieder in den Raum zwischen den Lautsprechern und der ersten Hornelementwand zurückreflektiert wird. Dies mindert den Wirkungsgrad und führt zu Interferenzeffekten und folglich auch zu Einbrüchen im Frequenzgang. Auch ist damit zu rechnen, daß ein hinter dem Lautsprecher angebrachtes Zusatzbrett einer optimalen Schallausbreitung nicht gerade förderlich ist.

Ferner werden an den Faltstellen im Raum hinter der ersten Hornelementwand ebene Flächen zur Umleitung des Schalls verwendet. Gerade in diesem Hornbereich führt dies jedoch zu einer sich erheblich bemerkbar machenden Abweichung von der angestrebten exponentiellen Querschnittszunahme. So ist der Querschnitt sogar teilweise vermindert anstatt vergrößert.

Nachteilig ist weiterhin die im Verhältnis zur gesamten Frontfläche (Abstrahlrichtung) relativ kleine Mundöffnung des Horns.

Um unerwünschte Resonanzen von Hornbauteilen zu verhindern, müssen bei diesem Lautsprechergehäuse starke Versteifungsbretter eingebaut werden, die sich jedoch wiederum nachteilig auf die Schallausbreitung auswirken und Unstetigkeitsstellen im Querschnittsverlauf bewirken.

Im wesentlichen gelten die obigen Nachteile in bezug auf Hornquerschnittsverminderungen, Rückreflexionen der Schallenergie und die relativ geringe Mundöffnung auch für das in der DE-PS 32 13 187 beschriebene Horn. Abgesehen davon, daß die einzelnen Übergangsstellen der aneinandergefügten Elemente gerundet sind, entspricht die Konstruktion weitgehend der aus dem obigen Lautsprecherhandbuch.

Auch im in der JP 52-4817 gezeigten Horn mit kontinuierlich verlaufenden und gebogenen Hornelementen sind an der ersten Faltstelle Rückstrahleffekte nicht vermieden, und die erzielte Mundöffnung ist nur gering. Zudem weist der Schallführungskanal entlang der Rückwand einen kleineren Querschnitt auf als der parallel dazu in Richtung Lautsprecher liegende. Das bedeutet eine Querschnittsverminderung des Horns zur Mundöffnung hin, so daß hierdurch der Wirkungsgrad eingeschränkt ist. Ein weiterer Nachteil sind Stufen, die im Übergangsbereich von Lautsprecherkammer zum Hornhals auftreten. Hier wird in Richtung Hornhals sich ausbreitende Schallenergie zum großen Teil wieder in die Lautsprecherkammer reflektiert.

Auch das in der US-PS 45 24 846 dargestellte gefaltete Horn weist den Nachteil auf, daß ein großer Anteil der in den Hornanfang eingespeisten Schallenergie aufgrund der Reflexionsgesetze in die Lautsprecherkammer reflektiert wird. Des weiteren sind einige Querschnittsänderungen des Horns gerade im gefalteten Teil ungünstig. So treten hier in Richtung Mundöffnung einige Querschnittsverminderungen auf. Nachteilig ist weiterhin die transportunfreundliche Form, verbunden mit der Tatsache, daß das Horn geteilt ist. An der Verbindungsstelle dürfte darüber hinaus mit Resonanzproblemen zu rechnen sein.

Ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten elektroakustischen Apparat zu schaffen, dessen Faltungsstellen weitgehend reflexionsfrei ausgebildet sind und der auf diese Weise auch sehr tiefe Töne mit gutem Wirkungsgrad und möglichst linearem Frequenzgang überträgt, wobei auch eine Übertragung bis zirka 2500 Hertz gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei ist entscheidend, daß durch die fünfte Hornelementwand nicht nur das Horn zum Hals hin wirksam verlängert ist, sondern diese Wand auch derart geneigt zur ersten Hornelementwand verläuft, daß in den Hornhals α eingestrahlte Schallenergie nicht durch Reflexionen an den Hornwandungen zurückreflektiert werden kann.

Durch diese Verlängerung des Hornes ist auch eine scharfe Knickstelle vermieden worden. Ferner gestattet die Verlängerung des Horns durch die fünfte Wand eine verkürzte Ausführung der ersten Wand, so daß die Mundöffnung in ein weitaus günstigeres Verhältnis zur Frontfläche gebracht werden kann.

Auch bietet die fünfte Hornelementwand ausreichende Möglichkeit, die bereits kürzere und damit weniger instabile erste Wand beispielsweise durch in der Anschlußstelle angebrachte Eckleisten zu stabilisieren.

Durch die Verlängerung des Horns nach vorn ist zudem die vierte Hornelementwand nicht im Bereich hohen Schalldrucks und braucht nicht versteift zu werden, zumal auch sie relativ kurz ausfallen kann.

Schließlich wird durch die fünfte Wand die Schalleintrittsöffnung vorteilhaft verkleinert, so daß die Richtwirkung aufgrund des verbesserten Verhältnisses von Hornhals zu Hornmund weiterhin verbessert ist.

Eine besonders gute Schallführung wird durch die Anschluß- oder Knickstelle zwischen der ersten und fünften Wand überbrückende sechste Hornelementwand erzielt (Anspruch 2). Diese erfüllt gleichzeitig eine stabilisierende Funktion in bezug auf die erste Wand, so daß auf weitere störende Versteifungsbretter ganz verzichtet werden kann.

Durch eine weitere siebte ebene Hornelementwand, die den Hornhals verschiebt, wird die Hornlänge noch weiter vergrößert und die Schalleintrittsöffnung noch weiter verkleinert. Die gebildete Knickstelle wird durch eine Eckleiste an die Exponentialfunktion angenähert und gleichzeitig erfolgt hierdurch die Stabilisierung der siebten Wand, so daß sämtliche zusätzlichen Wände des erfindungsgemäßen Apparats gleichzeitig zur Verlängerung und Verbesserung der Exponentialnäherung des Horns dienen sowie sich selbst stabilisieren (Anspruch 3).

Sämtliche Hornelementwände formen unter Vermeidung scharfer Knickstellen und von Rückreflexionen der Schallenergie in das Horninnere in guter Näherung das Exponentialhorn in seinem Halsbereich. Ferner wird diese Exponentialform nach Anspruch 4 auch im Bereich hinter der ersten Wand sehr gut durch eine halbkreisförmige Bogenelementwand weitergeführt. Auf diese Weise sind die oben abgehandelten nachteiligen Effekte abgewinkelter Bretter vermieden.

Die erfindungsgemäßen Merkmale sind mit geringem technischen Aufwand verwirklichbar, so daß das gesamte Spektrum im Bereich tiefster bis mittlerer Frequenzen durch den erfindungsgemäßen Apparat kostengünstig abgedeckt werden kann.

Die Bemaßungen der Hornelementwände können für praktisch beliebige Lautsprecher und Lautsprechergrößen ausgelegt werden. So können auch unterschiedliche Horngrenzfrequenzen realisiert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt

Fig. 1 die Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Apparats und

Fig. 2 den Übertragungsfrequenzgang dieses Apparats.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein quaderförmiges Gehäuse durch rechteckige Boden- und Abdeckplatten 1 a, 1 b (Breite 60 cm und Tiefe 62 cm), eine rechteckige Rückwand 2 (Breite 56 cm und Höhe 106 cm) und durch die Bezugszahl 3 angedeutete entsprechen­ de Seitenwände (Tiefe 62 cm und Höhe 106 cm) gebildet.

Vierkanthölzer von 3 cm Stärke bilden einen Rahmen, an dem eine Platte 5, die als Lautsprecherträger dient, angeschraubt ist. Der Vierkantholzrahmen und der sich davor befindende Lautsprecherträger (Höhe 40 cm, Breite 55 cm) sind unter der Abdeckplatte 1 b angebracht und erstrecken sich parallel zur Rückwand 2.

Ein mit dem Lautsprecher kombiniertes Horn wird durch die Hornelemente 6 bis 17 gebildet. Eine erste geneigte Hornelementwand 6 (Länge 22 cm, Breite 56 cm) schließt sich an die Unterkante des Vierkantholzrahmens 4 an, die zu diesem Zweck entsprechend abge­ schrägt ist. Diese Anschlußstelle liegt von der Vorderkante der Abdeckplatte aus gemessen 3,5 cm ins Gehäuseinnere versetzt und 44 cm unterhalb der Abdeckplatte. Die Neigung dieser ersten Wand zur Horizontalen (oder zur Abdeckplatte) beträgt etwa 34°, so daß die der Anschlußstellenkante gegenüberliegende tieferliegende Kante dieser Wand 6 zur Abdeckplatte einen Abstand von 53 cm aufweist.

An diese tieferliegende Wandkante schließt sich eine zweite, schräg aufwärts gerichtete Hornelementwand 7 (Länge 19 cm, Breite 56 cm) an, die mit der Horizontalen einen Winkel von zirka 30° einschließt und deren höchstgelegene Kante zur Abdeckplatte einen Abstand von 44 cm aufweist. An dieser höchstgelegenen Kante ist eine steil nach oben geneigte dritte Hornelementwand 8 (Länge 33 cm, Breite 56 cm) befestigt, die mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 80° einschließt und deren freie Oberkante noch einen Abstand von 13 cm zur Abdeckplatte aufweist.

Vierte bis achte Hornelementwände sind folgendermaßen angeordnet, wobei sämtliche Wände eins bis acht an den Kanten jeweils so abge­ rundet sind, daß sie sich ohne vorstehende Kanten aneinanderfügen.

Eine sechste Hornelementwand 11 (Länge 36 cm) erstreckt sich von der Abdeckplatte aus senkrecht nach unten und weist zur Gehäuse­ vorderseite einen Abstand von 29 cm auf. An der Unterkante dieser Wand 11 ist eine vierte Hornelementwand 9 der Länge 14 cm befestigt, die schräg zur Wand 6 hin geneigt ist und von der Verlängerung ihres freien Endes noch einen Abstand von 5 cm zu dieser Wand 6 aufweist. Um die Knickstelle zwischen den Wänden 11 und 9 auszugleichen, ist eine fünfte Hornelementwand 10 der Länge 19 cm über diese Knick­ stelle gelegt und an den Wänden 9 und 11 an diesen mit ihren Kanten anliegend befestigt.

Diese Wand 10 und eine weitere siebte Hornelementwand 12 bewirken eine gute Hinführung des rückwärtigen Schallanteils zum Hornhals α hin. Hierzu ist die Wand 12 (Länge 22 cm) ebenfalls an der Wand 11 ungefähr in deren Mitte (20 cm unterhalb der Abdeckplat­ te) befestigt und ist etwa spiegelsymmetrisch zur Wand 10 nach schräg oben geneigt und mit ihrer Oberkante an der Abdeckplatte 1 b befestigt. Diese Befestigung der Oberkante der Wand 12 hat zur Vorderseite des Gehäuses einen Abstand von 18 cm.

An die den Lautsprecher abgewandte Seite der Wand 11 schließt sich eine erste an eine Exponentialfunktion mit größter Näherung angepaßte, konkave, etwa halbkreisförmige Bogenelementwand 13 an, die in ihrer Wölbung die Abdeckplatte 1 b und in ihrem auslaufenden Ende den oberen Teil der Rückwand 2 berührt. Etwas unterhalb dieser letzten Berührungsstelle setzt eine zweite konkave Bogenelementwand 14 an, die ebenfalls mit größtmöglicher Exponentialfunktionsannähe­ rung im vorderen Bereich der Bodenplatte 1 a ausläuft und die Ecke zwischen Rückwand und Bodenplatte überbrückt. Um Schwingungen der Wände 13 und 14, die aus Sperrholzbahnen gefertigt sind, zuverlässig entgegenzuwirken, sind die Eckbereiche zwischen den Wänden 13 und 14, der Deckplatte 1 b und der Wand 11, der Deckplatte und Rückwand bzw. der Rückwand und Bodenplatte ausfüllende, an die Bogenelement­ wände angepaßte Verstrebungen 15 a, 15 b, 15 c in Form von Spanten vorgesehen.

Um die Hornlänge weiterhin zu vergrößern und die Näherung an den Exponentialverlauf zu verbessern, ist eine achte Hornelementwand 16 vorgesehen, die zu einer Vergrößerung des Strahlungswiderstandes führt und die Wiedergabe der tiefen Bässe weiterhin verbessert. Mit dieser Wand 16 befindet sich der Hornhals an der durch α′ angedeuteten Stelle. Die Wand 16 (Länge 10 cm) ist etwa unter einem rechten Winkel mit 12 cm Abstand zur Anschlußstelle zwischen den Wänden 7 und 6 an letzterer befestigt und weist an ihrem freien oberen Ende einen Abstand von 2,7 cm zur Wand 10 auf. Eine an der Befestigungs­ stelle vorgesehene konkav geformte Eckleiste überbrückt den Winkel zwischen den Wänden 16 und 6, der der Wand 9 gegenüberliegt und stabilisiert zudem in vorteilhafter Weise die Wand 16.

Das beschriebene Exponentialhorn weist eine große, die Baßton­ übertragung begünstigende Mundöffnung β auf. Ohne die Wand 16 weist das Horn eine 1,5fache ungegabelte Faltung auf (0,5fach mit 90°- Richtungsänderung bei 14 und 1fach mit 180°-Richtungsänderung bei 13). Mit der Wand 16 kommt eine weitere 180°-Richtungsänderung hinzu, und es liegt eine 2,5fache ungegabelte Faltung vor. Sämt­ liche Faltstellen sind exakt ausgeführt und durch die Elemente 13, 14 und 17 der angestrebten Exponentialform angeglichen, so daß Schallführung und Strahlungswiderstand optimiert sind. Die Exponen­ tialfunktion ist ferner durch einen fünfstufigen Polygonzug (I bis V) bereits ohne die Wand 16 sehr gut angenähert und erreicht mit dieser durch einen weiteren Polygonzug VI eine noch bessere Nähe­ rung.

Der in Fig. 2 dargestellte gewobbelte Frequenzgang des gemesse­ nen Schalldruckes zeigt, daß sich durch diese gute Exponentialan­ näherung und den sich hieraus ergebenden großen Strahlungswiderstand ein lineares Übertragungsverhalten von zirka 2000 Hertz bis hinunter zu 30 Hertz ergibt. Bei einem im Handel erhältlichen Apparat mit einer Exponentialnäherung durch einen dreistufigen Polygonzug und ohne die beschriebenen sorgfältig ausgeführten Faltstellenführungen wurde zwischen 30 und 70 Hertz unter sonst gleichen Bedingungen (ungewobbelt) im Durchschnitt ein 5 dB geringerer Schalldruck als mit dem beschriebenen, erfindungsgemäßen Apparat gemessen. Das bedeutet, daß der im Handel erhältliche Apparat zwischen 30 und 70 Hertz durch­ schnittlich mit mehr als der dreifachen Leistung betrieben werden muß, um den gleichen Schalldruck zu erreichen.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist für einen 15-Zoll- Lautsprecher ausgelegt, und das gezeigte Horn weist eine untere Grenzfrequenz von 38 Hertz auf. Der Frequenzgang ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, sehr ausgeglichen, da die höheren Töne nicht mehr vom Horn, sondern vom Lautsprecher bis zu 2 Kilohertz mit guter Lineari­ tät übertragen werden. Das Gehäuse des beschriebenen Apparats weist trotz der großen Länge des Horns eine nur mittlere Abmessung auf.

Es können durch Änderungen der angegebenen Bemaßungen Ausfüh­ rungsbeispiele für 18-, 12- und auch 10-Zoll-Lautsprecher anderer Durchmesser wahlweise für Innen- oder auch Frontmontage sowie mit Hörnern anderer unterer Grenzfrequenzen realisiert werden.

Claims (4)

1. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen mit einem Gehäuse, einem an oder in diesem befestigten Lautsprecher und einem hiermit kombi­ nierten gefalteten Horn, das im Gehäuse aufgenommen ist und zur Annäherung an einen idealen Exponentialhornverlauf durch einen mehrstufigen Polygonzug vier ebene Hornelement­ wände aufweist, von denen sich eine erste im wesentlichen parallel zur Vorderseite des Gehäuses hinter dem Laut­ sprecher erstreckt und die drei übrigen zweiten bis vierten ebenen Hornelementwände aufeinanderfolgend zur Ausbildung einer Schallführung um die erste Hornelementwand aneinan­ dergefügt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine weitere fünfte Hornelementwand (9) sich so an die erste Hornelementwand (11) anschließt, daß sie das Horn zum Hornhals (α) hin verlängert und Reflexionen der über den Hornhals eingespeisten Schallenergie in den Raum zwischen dem Lautsprecher und der ersten Hornelementwand verhindert.

2. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine sechste Hornelementwand (10) die von der ersten (11) und fünften Hornelementwand (9) gebildete Knickstelle so überbrückt, daß der Schall gut zum Hornhals (α) hinge­ leitet wird.

3. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine siebte ebene Hornelementwand (16) zur weiteren Verlängerung des Horns in Hornhalsnähe angeordnet ist und diesen zur Ansatzstelle der sechsten Hornelementwand (10) auf der ersten Hornelementwand (11) hin verschiebt, so daß diese siebte Wand mit der sechsten Wand einen verlängerten Hornbereich bildet, und daß eine geformte Eckleiste (17) die durch die Anschlußstelle dieser siebten Wand (16) ge­ bildete Knickstelle so überbrückt, daß eine Faltstelle mit guter Exponentialfunktionsnäherung gebildet wird.

4. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite (6), dritte (7) und vierte (8) Hornelement­ wand in Kombination mit der ersten (11), fünften (9), sechsten (10) und siebten (16) Hornelementwand das Horn unter Vermeidung scharfer Knickstellen mit guter Näherung an eine Exponentialfunktion formen, die hinter der ersten Hornelementwand (11) durch eine halbkreisförmige, gebogene Hornelementwand (13) weitergeführt ist.