DE4426995C2 - Permanent-Dynamischer Lautsprecher mit zylindrischer Abstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Lautsprecheranordnung ist aus der Patentanmeldung DE 33 27 994 C2 bekannt, wobei die abwechselnd in einer Zeile angeordneten Hoch- und Tieftöner in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sind. Durch eine bedämpfte und am Ende mit schall­ durchlässigen Schaumgummielementen verschlossenen Transmissions­ line wird Unterdruck erzeugt, der sich als Summengleichdruck auf das Äquivalenzvolumen der Tieftöner auswirkt nach der Funktion:

Aus der Patentanmeldung EP 284 051 A1 sind Kombinationsmög­ lichkeiten von dynamischen Tieftönern in einem geschlossen Gehäuse bekannt. Haben die dabei verwendeten Tieftöner ver­ schiedene Eigenresonanzen, können diese nach der o. a. Funk­ tion angenähert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in dem nachfolgend beschriebenen Lautsprechersystem Klangverfälschungen und Wir­ kungsgradverlusten entgegenzuwirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem zwischen jeweils 2 Tieftönern eine Passivmembran im Gehäuse angeordnet ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteran­ sprüchen hervor.

Der Vorteil eines zylindrisch abstrahlenden Lautsprechers besteht hauptsächlich in der Abstrahlung einer geraden Wellen­ front, bei der in der Vertikalachse keine örtlichen Sprünge der Schallquelle aufkommen, wie es bei Zweiwege-, Dreiwege- und sonstigen Mehrwegelautsprechern der Fall ist. Dieser Ef­ fekt tritt um so stärker auf, je höher die Flankensteilheit der verwendeten Frequenzbereiche ist. Auch bei Mehrwegelaut­ sprechern, bei denen die einzelnen Systeme mit geringstmög­ lichem Abstand zueinander angeordnet sind, ergeben sich ge­ ringe örtliche Sprünge der Schallquelle, weil die Membranen sehr unterschiedliche Abmessungen haben. Außerdem verändern sich die Abstrahlebenen solcher Konstruktionen im Rundstrahl­ verhalten.

Ziel der Erfindung war, eine Lautsprecheranordnung zu finden, die möglichst viele akustische Vorteile in sich vereinigt. Selbst ein Entzerrer (Equalizer) für den Frequenzgang ist bei diesem Lautsprecher nicht erforderlich, da spezielle Be­ schleuniger die Luftbewegungen bei kleinen Membranhüben auf dem notwendigen Niveau halten. Schalleitbleche vermeiden Klangverfälschungen durch Schallverkleidungen oder benach­ barte Wände. Der Gehäuseaufbau und die Einbauten wirken mit der Trennfrequenz zusammen und unterbinden Resonanzen. Die am Ende mit Schaumgummidämpfern abgeschlossene Transmissionsline entlüftet das Gehäuse und unterstützt die Membranbewegungen des Mitteltieftonsystems. Zusätzliche Synchronmembranen zwi­ schen je zwei Mitteltieftönern erzwingen ein gleichphasiges Schwingen der Lautsprecher im Tieftonbereich. Durch die Über­ gangsfrequenz und zeilenförmig platzierte Lautsprecher, kön­ en alle 11 Lautsprecher wie eine Membran phasengleich ab­ strahlen. Die bei Elektrostaten auftretenden Partialschwing­ ungen durch die Membran überlaufenden Schallwellen, die sich in ihrer Fläche mehrmals teilen, sind ausgeschlossen.

Der Klirrfaktor ist durch das Multisystem entsprechend ge­ ring: Setzt man für ein Breitbandsystem einen K₂-Klirrfaktor von c. a. 1% bei 8 KHz ein, so vermindert sich dieser auf den 5-ten Teil, also 0,2%. Bei 100 Hz liegt ebenfalls der K₂/K₃- Klirrfaktor auf dem 5-ten Teil, also bei 0,3%. Die Beschleu­ niger schaffen die erforderlichen Bedingungen für eine phas­ enstarre Abstrahlung, wobei der eigentliche Schall am Be­ schleuniger entsteht. Das erlaubt, die Lautsprecherbestück­ ung zu variieren: z. B. 4 Hochtöner mit 5 Tieftönern oder 3 Hochtöner mit 4 Tieftönern und umgekehrt. Erhält man dabei das Grundkonzept, so bleibt die Transparenz der Wiedergabe erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a Frontverkleidung links,

Fig. 1b Gehäuse links,

Fig. 2a Gehäuse rechts,

Fig. 2b Frontverkleidung rechts,

Fig. 3a Seitenansicht und Draufsicht links Gehäuse innen,

Fig. 3b Perspektivansicht zu Fig. 3a,

Fig. 3c Außenhülle links mit Luftwegdarstellung, Anordnung der Synchronmembran,

Fig. 4a Seitenansicht und Draufsicht rechtes Gehäuse innen,

Fig. 5a Anordnung Schalleitblech vor dem Mitteltieftöner (Draufsicht),

Fig. 5b Anordnung des 90°- und 45°-Schalleitbleches vor dem Hochtöner (Draufsicht),

Fig. 6 Anordnung des Beschleunigers im Hochtonkegel des Mitteltieftöners (Querschnitt),

Fig. 7 Bändchenhochtöner (Explosionszeichnung).

Das verwendete Gehäuse ist als Transmissionsline ausgelegt. Sie wird für den reflexionsfreien Innenausbau und zur Belüft­ ung benutzt. Fig. 3c zeigt den Luftweg und eine Detailzeichung der Anordnung der Synchronmembran. Beim Einschwingen des Laut­ sprechers läuft die Druckwelle zuletzt gegen Schaumgummidäm­ pfer an der Frontplatte, die nach außen offen sind. Somit ist die Druckwelle vernichtet und der Innendruck der Außenluft an­ geglichen. Der Druckanstieg beim Einschwingen des Lautspre­ chers ist wesentlich geringer als bei geschlossenen Gehäusen, Baßreflex oder ähnlichen Konstruktionen. Die im Gehäuse schnellere Welle dringt durch die Dämpfungselemente nach aus­ sen, während die Außenluft wegen des wesentlich niedrigeren Druckes nur wenig eindringen kann. Der so erhaltene Summen­ gleichdruck bewirkt die zur Amplitude angepaßte Membranbelast­ ung, bei der die gesamte Membran im Rückwärtsschwingen ge­ stützt wird. Da durch Fertigungsstreuungen die Eigenresonanz der Lautsprecher um c. a. 10% differiert bleibt durch die ver­ schobenen Resonanzwiderstandsspitzen eine Zeitdifferenz, in der einem Lautsprecher mehr Leistung zugeführt wird, wenn die­ ser das Widerstandsmaxima durchlaufen hat.

Diesem Phasenfehler wird durch die spezielle Anwendung einer sychronisierenden Membran entgegengewirkt, indem zwischen je­ weils 2 Tiefton- bzw. Mitteltieftonlautsprechern eine Passiv­ membran angeordnet ist die durch die stehende Welle zwischen den Lautsprechern angetrieben wird. Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung in einer offenen Schallführung angewendet, wobei im Gehäuse Kammern mit einer Öffnung zur eigendlichen Schallfüh­ rung vorhanden sind. Da mit einer Synchronmembran nur jeweils 2 Lautsprecher synchronisiert werden können, muß eine größere Lautsprechergruppe zu je 2 in einem Gehäuse aufgeteilt werden.

Fig. 3c zeigt das Funktionsprinzip. Die Synchronmembran (Passivmembran) schwingt nach dem Baßreflexprinzip gegen die stehende Welle und zwingt so die Lautsprecher zum gleichphasi­ gen Schwingen. Die Innenwände des Gehäuses sind mit 3 mm dickem Schaumgummi beklebt. Eine teils konische Gehäuseform und die zusätzlichen Dämpfer hinter den Lautsprechern gewähren einen reflexionsfreien Innenraum. Die Frequenzaufteilung zwischen Hoch- und Tiefton ist dem Innenraum angepaßt: 2500 Hz = 13,6 cm Wellenlänge. Fig. 3a und b zeigt wie die Transmissionsline mit den Versteifungen zusammenhängt am Beispiel der linken Box: Auf die Rückplatte sind 2 Träger aufgestellt auf denen die Um­ kehrplatte ruht. Deren Breite ist 34 cm. Ihr Abstand zu den Seitenwänden ist je 6 cm. Auf der Umkehrplatte steht das Trä­ gerbrett der Frontplatte, zugleich Seitenteil der Lautspre­ cherkammer. Frontplattenbreite: 17,5 cm. Die runden Dübel ver­ steifen Rück- und Umkehrplatte, die rechten Klötze Umkehr-, Formplatte und rechte Schrägwand. Die linke Schrägwand wird durch schräge Klötze mit der Umkehrplatte und seitlich durch Stege (10 × 3,5 cm) mit der Frontplatte verbunden. Der so ent­ standene Austrittsspalt zwischen Schrägwand und Frontplatte, Breite 3,5 cm, wird mit den Schaumgummielementen verschlossen. Das rechte Gehäuse muß genau spiegelbildlich aufgebaut werden, um den Boxen ein äußerlich symmetrisches Aussehen zu geben. Siehe Fig. 1a, b und 2a, b. Fig. 5a und b zeigt die linke Schallverkleidung. Dabei wird die Wirkungsweise der Schalleit­ bleche klar: Das mittlere Schalleitblech (Fig. 5b) verhindert Schallreflexionen an einer benachbarten Wand. Das nur auf Fig. 5a zu sehende ist für den Baßmittelton gedacht. Das schrägge­ stellte Schallblech auf Fig. 5b vermeidet Reflexionen an Ge­ häuse und Schallverkleidung. Der Aufbau für die rechte Box ist spiegelbildlich. Das Bruttovolumen einer Box umfaßt c. a. 212 Ltr. Die Abmessungen können Fig. 3c entnommen werden. Fig. 5a und b sind im Maßstab 1 : 1 gezeichnet.

Das Gehäuse des Ausführungsbeispiels ist aus 20-mm-Spanplatte gefertigt und dient mit Hilfe einer Transmissionsline als re­ flexionsfreier Innenraum. Gekennzeichnet durch schräge Wände, die keine stehenden Wellen aufkommen lassen, und die am Ende mit Schaumgummi verschlossene Transmissionsline, die somit keine Halbwellen und Gehäuseschall abstrahlt, sondern zur Ven­ tilation des Gehäuses beiträgt. Die Gehäuseinnenwände sind mit Schaumgummi bezogen. Hinter den Einbaulöchern der Mitteltief­ töner sind die Dämpfungselemente sowie die Synchronmembranen mit den dazugehörenden Gehäuseeinbauten zur Zweiergruppenauf­ teilung angeordnet. Der mittlere Mitteltieftöner wird zu einer einzelnen Einheit ausgestaltet, die ebenfalls zur Transmis­ sionsline geöffnet ist.

Die Abmessungen sind: Höhe 170 cm, Breite 50 cm,
Gesamttiefe mit Schallverkleidung: 35 cm.
Tiefe der Seitenwände 18 cm
Schrägwände: Tiefe 11 cm, Breite 18 cm.
Tiefe bis zur Frontplatte: 28,5 cm.
Winkel: Seiten-Schrägwand 52°, Schrägwand- Frontplatte 38°.
Volumen 212 l.

An den Hochtonlautsprechern (Fig. 7) wurden folgende Verän­ derungen vorgenommen: Zwischen Befestigungsplatte Nr. 2 und Membran Nr. 4 wurde eine Distanzscheibe mit 1 mm Dicke ein­ gesetzt, die hohe Luftturbulenzen vor der Membraneinspannung mildert und ein Anschlagen der Membran verhindert. Teil Nr. 5 ist eine weitere zusätzliche Distanzscheibe aus Pappe. Sie mildert ebenfalls die Luftturbulenzen hinter der Membran und verhindert ein rückwärtiges Anschlagen der Membran. Um die durch die Erwärmung der Leiterbahnen entstehende Ausdehnung der Luft in der Luftkammer zu kompensieren, und somit ein Blähen der Membran zu verhindern, wird eine luftdurchlässige Distanzscheibe Nr. 5 eingefügt. Sie erlaubt eine genügende Ventilation der Luftkammer.

Die Dicke des Teils Nr. 5 beträgt 0,2 mm, was der halben Amplitudenlänge entspricht. Die Teile Nr. 7, Dämpfungsstege sind ebenfalls gegen selbstgefertigte Schaumgummistege aus­ getauscht.

Bezugszeichenliste

1

Frontplatte

2

Befestigungsplatte

3

Distanzscheibe 1 mm dick, Pappe

4

Membran

5

Distanzscheibe 0,2 mm dick, Pappe

6

Distanzscheibe 0,2 mm dick, Kupferblech

7

Dämpfungsstege Schaumgummi

8

Magnetplatte

Claims (6)

1. Lautsprecheranordnung zur Abstrahlung zylindrischer Schallwellen mit Vertikalachse, bei der Mitteltieftöner und Hochtöner abwechselnd in einer Zeile montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Mitteltieftönern eine Passivmembran im Gehäuse angeordnet ist, die von der stehenden Welle zwischen den Mitteltief­ tönern angetrieben wird und nach dem Baßreflexprinzip gegen deren Phase schwingt.

2. Lautsprecheranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Frontverkleidung vertikal verlaufende Schallleitbleche montiert sind (Fig. 1a und 2b), wobei die beiden mittleren Bleche im 90°-Winkel und ein seitliches, auf den Zuhörer gerichtetes Blech im 45°-Winkel zur Front­ platte stehen und über die gesamte Lautsprecherzeile reichen.

3. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hochtonkegeln der Mitteltieftöner Beschleuniger montiert sind, die im Quer­ schnitt zum Hochtonkegel gesehen, die Form eines Kegelstumpfes haben und nach aussen hin in eine elliptische Form auslaufen, wobei jeder Mitteltieftöner mit diesem Beschleuniger versehen ist (Fig. 6, Fig. 1b und 2a).

4. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Schall der Lautsprecher in eine horizontal angeordnete Transmissions­ line abgestrahlt wird, wobei er mit Hilfe einer Umkehrplatte etwa in Form eines horizontalen Dreiecks umgeleitet wird und nach Durchlaufen eines konusförmigen Teils der Transmissions­ line durch Schaumgummidämpfer neben den Lautsprechern austritt (Fig. 3c).

5. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schallabstrahlende Passivmembran mit einem Baßreflexkanal gekoppelt ist.

6. Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine linke und eine rechte Box spiegelbildlich aufgebaut sind.