EP2023651B1 - Lautsprecher - Google Patents
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- EP2023651B1 EP2023651B1 EP20080012698 EP08012698A EP2023651B1 EP 2023651 B1 EP2023651 B1 EP 2023651B1 EP 20080012698 EP20080012698 EP 20080012698 EP 08012698 A EP08012698 A EP 08012698A EP 2023651 B1 EP2023651 B1 EP 2023651B1
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- H04R2430/20—Processing of the output signals of the acoustic transducers of an array for obtaining a desired directivity characteristic
Definitions
- the invention relates to a method for reproducing sound through a loudspeaker and a loudspeaker having a forward sound center connected to an excitation voltage and a rear sound center connected in opposite phase to the exciter voltage via at least one phase shifter circuit for carrying out the method.
- Dipole speakers are well known in the art. Dipole speakers have the advantage over simple speakers of a lower volume level perpendicular to the main beam direction. This allows the sound to act more targeted on the listener.
- a disadvantage of the Dipollaut Anlagenem is the largely symmetrical radiation of the sound in the main radiation direction to the audience and in exactly the opposite direction. In the opposite direction, the speaker, especially in the home, often placed against a wall. From there, the sound waves radiated backwards reflect back and produce disturbing interference.
- a Dipollaut Anlagener is for example from the US 5,073,945 known.
- a disadvantage of the known Dipollaut Anlagenem is in particular the fact that lead the two-phase speaker in the low frequencies due to the large wavelength compared to the acoustic distance between the two chassis from each other to a negative interference of the sound waves in the main beam direction. As a result, the bass frequencies in the main beam direction are perceived with a lower volume level than the original sound. On the other hand, there are positive interferences in the middle, so that an increase of the sound pressure level can be found there.
- At least the rearward phase shift is shifted.
- this produces phase equality of the two phase responses at lower frequencies than the dipole frequency f dipole .
- the dipole frequency f dipole is the frequency at the phase coincidence of the two phase paths of the freed around the phase shifter circuit, pure dipole speaker occurs.
- the phase shift of the rear phase response is reduced with decreasing excitation frequency.
- the effect of the increasing path difference of the rearward and forward sound waves in the main beam direction is at least minimized for the same acoustic path length between the two sound centers and the sound pressure level remains largely the same in the main beam direction over wide frequency ranges.
- the sound center may comprise at least one loudspeaker chassis.
- a loudspeaker chassis is understood here to mean a frame which is suitable for vibrating air by means of an electromagnetically driven membrane.
- the sound center operates in a volume bounded by a housing that avoids an acoustic short circuit.
- a rear volume has the rearward sound center and a forward volume has the forward sound center.
- the two volumes are separated.
- a volume or housing avoiding an acoustic short is understood here to mean a volume or housing in which the sound waves radiating forward and backward from the sound center do not destructively interfere with one another, ie do not short-circuit.
- Short circuit preventing housings may be substantially closed housing.
- the phase shifter circuit In addition to the shift of the rearward phase response, the phase shifter circuit increasingly attenuates higher frequencies.
- the phase shifter circuit has a cutoff frequency f g which is smaller than the larger value from the set 1 3 ⁇ F dipole . 1 . 55 ⁇ f b is.
- f b is the resonance frequency of the rear sound center built into the loudspeaker box.
- the frequency responses in the main radiation direction in the centers opposite the dipole loudspeaker are formed more horizontally. This also reduces the usual elevation in the middle, and the listening experience is thus improved in the middle.
- the sound pressure level in the main beam direction is smoothed at frequencies above the mids. Because at higher frequencies arise at certain wavelengths above the resonant frequency f b by destructive interference minima and thus fluctuations in the sound pressure level. These fluctuations are countered by the fact that the rearward Sound waves with higher frequencies are increasingly attenuated. It forms less destructive interference in these frequency ranges and the fluctuations of the sound pressure level are significantly reduced in the main beam direction.
- Impedance peaks of the rear sound center are smoothed by at least one absorption circuit.
- the speaker Depending on the design of the speaker as a closed box, bass reflex box, bandpass speaker or transmission line speaker or similar.
- One, two or three or a multiplicity of impedance peaks develop at the rear sound center, leading to tonal distortions.
- each of the peaks is associated with an absorption circuit.
- the resonant frequency of the absorption circuit corresponds to the respective frequency of the impedance peak and the quality of the absorption circuit is adapted to the width of the impedance peak.
- the reverse phase shifter circuit attenuates, on the one hand, exciting voltages with increasing frequencies, and it has a cutoff frequency f g smaller than the larger value from the set 1 3 ⁇ F dipole . 1 . 55 ⁇ f b and the phase shifter shifts the phase response associated with the rearward sound center along a main beam direction of the loudspeaker, thereby reducing a phase difference of the rearward and forward phase paths in the basses.
- the two sound centers preferably each work in a volume which avoids an acoustic short circuit.
- the volume may have bulges in it.
- These may be open-tube tubes at both ends, which are referred to as bass reflex ports.
- Rearward and forward housings, each with two open ended tubes in the forward and rearward volumes, are also referred to as a biventilated bandpass housing.
- Housing or volumes which themselves consist of a tortuous tube, one end of which is open and in the other end a loudspeaker is inserted, are known as Transmissionline- housing or volumes. All of these volumes or housings can be realized as embodiments of the invention.
- the number of openings or the formation of the volume change the Impedance curve at the rear sound center, by generating a different number of impedance peaks.
- the phase shifter circuit can be designed differently.
- a rear phase shifter circuit connected between the exciter voltage and the rear acoustic center may have an inductance connected in series with the rear sound center and / or a parallel-connected capacitance.
- the rear phase shifter circuit is realized by a first-order low-pass filter as a series-connected coupling coil, with an inductance which substantially corresponds to the quotient of the rear loudspeaker resistance and the cut-off frequency f g .
- the coupling coil is conveniently connected in series between a positive pole of one loudspeaker chassis and the negative pole of the other loudspeaker chassis.
- the rear phase shifter circuit is designed as a low-pass higher order.
- a series circuit with a capacitor and an ohmic resistor can be connected in parallel with the rear sound center.
- the ohmic resistance can also be designed to be adjustable as a potentiometer.
- the controllable phase shifter circuit makes it possible to adapt the phase shift more precisely to the respective conditions.
- At least one absorption circuit is connected in parallel with the rear loudspeaker chassis. It can be seen that an increase in the impedance of the rear loudspeaker chassis occurs in the region of the resonant frequency f b of the rear loudspeaker chassis.
- a suction circuit in the form of a series resonant circuit is connected in parallel.
- the resonant frequency of the rear series resonant circuit corresponds to the resonant frequency of the built-in rear loudspeaker chassis, wherein the quality of the rear resonant circuit is preferably adapted to the width of the impedance maximum.
- the rear series resonant circuit has a contact between the coupling coil and a pole of the rear loudspeaker chassis.
- the number of suction circuits is adapted to the number of impedance peaks of the rear sound center.
- the loudspeaker has two separate volumes, each with a sound center, wherein a bass reflex recess projecting into the rear volume and a bass reflex recess in the forward volume and the rear sound center are assigned two impedance peaks and each of the impedance peaks is associated with their respective adapted absorption circuit.
- two band-pass recesses project into the rear volume and two band-pass recesses into the forward volume and the rear acoustic center has three impedance peaks associated with it, and each of the impedance peaks is associated with a respective respective absorption circuit.
- the speaker according to the invention may be formed on the basis of known transmission line housing.
- a rear transmission line volume is formed as a volume enclosed by a preferably tortuous tube, one end of which is open and the sound radiates and in the other end of which the rear sound center is inserted.
- the forward volume is also formed on the basis of a transmission line housing.
- a forward phase shift circuit is provided in addition to the rearward. These may be high passes of different order.
- the forward phase shifter circuit has a coupling capacitor connected between two different poles of the two loudspeaker chassis.
- the coupling capacitor may be arranged in series with the coupling coil. While the coupling coil achieves a phase shift on the rear loudspeaker chassis by about -45 °, the coupling capacitor causes a phase shift on the forward loudspeaker chassis by about + 45 °.
- At least one forward suction circuit is provided parallel to the forward sound center, which is constructed according to the rear suction circuits.
- One, two, three or more suction circuits may be provided in parallel with the front chassis, each associated with an impedance peak of the front chassis.
- the structure of the suction circuits parallel to the terminals of the front chassis may be formed according to the absorption circuits of the rear chassis.
- the forward high-pass filter may comprise, in the second order parallel to the forward sound center, a coil connected in series with a preferably controllable ohmic resistor.
- the Fig. 1a shows the basic circuit of a Dipollaut Kirs 8 according to the prior art.
- the Dipollaut Kirer 8 has two oppositely aligned loudspeaker chassis 1, 2, which are connected in phase opposition. At both speaker chassis 1, 2, the same excitation voltage U 0 is on.
- Each of the two loudspeaker chassis 1, 2 is housed in a separate housing 4, 5.
- the two housings 4, 5 are placed against each other at their two rear walls 6, 7 and separated acoustically. They are firmly connected.
- Fig. 1b shows the height of the sound pressure level SPL in a schematic two-dimensional plan view of the arranged in the coordinate origin Dipollaut Kirer 8.
- the dipole loudspeaker 8 also radiates in the rearward direction with the maximum sound pressure level. Since the speaker 11 is usually close to the wall, a considerable power is radiated directly against the wall via the rear loudspeaker chassis 2. From there, the sound waves reflect and create disturbing sound reflections in the room.
- the loudspeaker 11 has in a first embodiment according to Fig. 2a one opposite the in Fig. 1 schematically shown Dipollaut Kir 8 a significantly different sound pressure level profile (SPL course) along its 360 ° circulation on.
- the dependence of the sound pressure level SPL on the beam direction is in Fig. 2b shown.
- the loudspeaker 11 also comprises two oppositely directed and antiphase switched loudspeaker chassis 1, 2. Parallel to the respective two terminals 1a, 1b, 2a, 2b of the two loudspeaker chassis 1, 2, two terminals for the exciter voltage U O are connected.
- a rear phase shift circuit 15 in the form of a coupling coil L C is connected between the positive pole 1a of the forward loudspeaker chassis 1 and the negative pole 2a of the rear loudspeaker chassis 2.
- a suction circuit 20 in the form of a series resonant circuit L R C R R R is connected in parallel.
- the one terminal of the series resonant circuit L R C R R R is provided between the coupling coil L C and the positive pole 2 a of the rear loudspeaker chassis 2.
- the inductance of the coupling coil L C causes a phase shift ⁇ of the voltage U R applied to the rear loudspeaker chassis 2 with respect to the voltage U V applied to the forward loudspeaker chassis 1, which in this embodiment corresponds to the excitation voltage U O.
- the impedance increase in the region of the resonant frequency f b is compensated for by the series resonant circuit L R C R R R connected in parallel with the rear loudspeaker chassis 2.
- the series resonant circuit L R C R R R has a resonant frequency which corresponds approximately to f b .
- the quality of the series resonant circuit L R C R R R is selected such that in the region of the resonant frequency f b lower resistance of the series resonant circuit L R C R R R , the total impedance Z ges of the series resonant circuit L R C R R R R and rear loudspeaker chassis 2 according to Fig. 5b smoothes.
- Fig. 5c shows the total impedance Z Cges with additionally switched coupling coil L C according to Fig. 2a ,
- the total impedance Z Cges with coupling coil increases substantially linearly with increasing frequency f. Due to the rear loudspeaker chassis 2 low frequencies (bass) are therefore less attenuated than the middle (middle) and higher tones (highs). The rear loudspeaker chassis 2 is thus heavy Basslastig. See also Fig. 4a and there the frequency response of the rear speaker chassis. 2
- Fig. 5d shows the principal voltage behavior U R at the rear loudspeaker chassis 2 as a function of the frequency f of the applied exciter voltage U 0 . Due to the inductance of the coil L C decreases with increasing frequencies f of the voltage drop U R at the rear loudspeaker chassis. 2
- Fig. 5e schematically shows the phase difference between the rear U r and forward U v voltage at the rear and the front loudspeaker chassis 1, 2.
- the coupling coil L C has a small effect on the phase shift.
- the coupling coil L C is, as I said, chosen such that at the resonant frequency f b of the built-in rear loudspeaker chassis 2, a phase shift 45 ° sets, while the phase shift increases with increasing frequencies f to 90 °.
- the acoustic distance of the two chassis 1,2 in the antiphase circuit is half the wavelength of the radiated sound.
- f minima arise in the sound pressure level SPL of the speaker 11 when the sound associated with the (2n + 1) / 2-fold wavelength corresponds to the acoustic distance of the two chassis 1, 2.
- Such a (first) minimum is in the frequency response of the dipole 8 in the Fig. 3a to recognize at about 650 Hz.
- the dipole frequency f dipole is the frequency at the phase coincidence of the two phase paths of the freed around the phase shifter circuit, pure dipole speaker occurs.
- Fig. 4a and 4b show the opposite show the Fig. 4a and 4b a comparatively different behavior of the sound pressure level SPL with switched forward and rearward loudspeaker chassis 1, 2, in the inventive manner by the circuit of Fig. 2a are coupled.
- the frequency response of the speaker 11 is in Fig. 4a located.
- Fig. 4a the frequency responses of the front and rear loudspeaker chassis 1, 2 shown.
- phase responses ⁇ of the rear loudspeaker chassis 2 are frequency-dependent and partially compensate for the phase shifts caused by the relative displacement of the forward and rearward sound waves due to the increasing wavelengths ⁇ with constant acoustic loudspeaker chassis distances.
- Fig. 9 are the phase responses ⁇ (f) of the rear loudspeaker chassis 2 with and without coupling coil L C and the forward loudspeaker chassis 1 applied together.
- the phase shift caused by the coupling coil L C is approximately -45 ° at the resonance frequency f b .
- the phase shift increases along the phase response towards higher frequencies.
- Fig. 6a, 6b and 6c a second, third and fourth embodiment of the invention are shown, all embodiments are developments of in Fig.2 illustrated base circuit with various phase shift circuits 15th
- phase shifting circuits 15 have further components in addition to the coupling coil L C.
- the second embodiment according to Fig. 6a is connected to the absorption circuit 20, a capacitor in parallel.
- the absorption circuit 20 is connected in parallel with an RC element.
- the ohmic resistance is designed as a potentiometer controllable, and thus the rearward phase ⁇ is adjustable.
- phase shifter circuit 15 is extended from the third embodiment by another coil connected in series with the coupling coil L C
- Fig. 7 shows a fifth embodiment of the invention with a forward phase shifter circuit 16 of coupling capacitor C C and a forward suction circuit 21 with a series resonant circuit L v C v R v parallel to the forward loudspeaker chassis 1.
- the coupling coil L C causes a negative phase shift of the rearward phase ⁇
- the coupling capacitor C C has a positive phase shift of the forward phase response ⁇ .
- Z v is the forward loudspeaker chassis resistance
- f G here is the cut-off frequency of the forward mounted capacitor C, which is also less than the largest value from the set 1 3 ⁇ F dipole . 1 . 55 ⁇ f b is selected.
- the coupling coil L C here is a phase shift between the voltage applied to the two chassis 1, 2 voltages U v , U R reaches + 45 °.
- Fig. 8a, 8b and 8c show based on the embodiments of the rear phase shifter circuit 16 of Fig. 6a, 6b and 6c a sixth, a seventh and a Eighth embodiment of the invention.
- Here are three different forward phase shift circuits 21 are shown to change the phase shift of the voltage applied to the forward loudspeaker chassis 1 voltage U V relative to the excitation voltage U 0 .
- a coil is connected in parallel to the forward series resonant circuit L v C v R v , while in the in Fig. 8b shown seventh embodiment in series with the coil, a potentiometer is provided, with which the phase shift is additionally regulated.
- Fig. 8c shows an eighth embodiment of a phase shifter circuit 21 with additional capacitor.
- Fig. 10a shows an embodiment of a circuit according to the invention in a bass reflex speaker 30.
- the bass reflex speaker 30 has the rear loudspeaker chassis 2 and the forward loudspeaker chassis 1 on.
- the rear chassis 2 operates in a rearward volume 32 and the forward chassis 1 operates in a forward volume 31.
- a bass reflex opening 33, 34 is introduced in each of the two volumes 31, 32 .
- a rear bass-reflex opening 33 formed in the rearward volume 32 at the bottom end is formed as an open-ended tube opposite the rear volume 32 at the inner end.
- the forward bass reflex opening 34 the corresponding with respect to the forward volume 31 applies.
- the impedance characteristic Z R measured at the rear chassis 2 exhibits two impedance peaks Fig. 10b on.
- the two impedance peaks are smoothed in the circuit according to the invention by two parallel to the rear chassis 2 connected suction circuits 20.
- the smoothed impedance curve is in Fig. 10c shown.
- the resonances of the two rear absorption circuits C R , L R , R R and C ' R , L' R , R ' R are equalized to the frequency values of the two impedance peaks.
- the quality of the two absorption circuits C R , L R , R R and C ' R , L' R , R ' R is such that it substantially matches the widths of the two impedance peaks Figure 10C compensate.
- the bandpass loudspeaker 40 likewise comprises a forward 31 and a rearward volume 32.
- each of the two volumes 31, 32 is in turn divided by a dividing wall 41, 42 into two volumes.
- a forward partition 41 carries the forward loudspeaker chassis 1 and a rear partition 42 carries the rearward one Loudspeaker chassis 2.
- Two openings, so-called bandpass openings 43, 44, 46, 47 are respectively introduced into both volumes 31, 32. All of which each have an outer opening and an inner opening.
- Two rear Bandpassö réelleen 43, 44 are provided away from each other in the rear volume 32.
- the lower rear bandpass opening 44 passes through the partition wall 42. The same applies mutatis mutandis to the lower forward Bandpassö réelle 47.
- the two upper Bandpassö réelleen 43, 46 protrude into the volumes 31, 32 into it.
- Fig. 11b shows the measured at the rear chassis 2 impedance behavior without suction circuits 20. It has three impedance peaks in the region of the resonant frequency f b . To smooth the three impedance peaks, three absorption circuits C R , L R , R R adapted to the impedance peaks as described above are provided; C'R , L' R , R'R ; C " R , L” R , R " R.
- the absorption circuits C R , L R , R R , C ' R , L' R , R ' R , C" R , L " R , R” R are parallel to rear chassis 2 switched.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tonwiedergabe durch einen Lautsprecher sowie einen Lautsprecher mit einem an eine Erregerspannung angeschlossenen vorwärtigen Schallzentrum und einem gegenphasig geschalteten über wenigstens eine Phasenschieberschaltung an die Erregerspannung angeschlossenen rückwärtigen Schallzentrum zur Durchführung des Verfahrens.
- Dipollautsprecher sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dipollautsprecher haben gegenüber einfachen Lautsprechern den Vorteil eines geringeren Lautstärkepegels senkrecht zur Hauptstrahlrichtung. Dadurch kann der Schall gezielter auf den Zuhörer einwirken. Nachteilig an den Dipollautsprechem ist hingegen die weitgehend symmetrische Abstrahlung des Schalls in Hauptstrahlrichtung zum Publikum und in genau entgegengesetzter Richtung. In entgegengesetzter Richtung ist der Lautsprecher, insbesondere im häuslichen Bereich, häufig gegen eine Wand gestellt. Von dort reflektieren die nach hinten abgestrahlten Schallwellen zurück und erzeugen störende Interferenzen. Ein Dipollautsprecher ist beispielsweise aus der
US 5,073,945 bekannt. - Der Bauvorschlag für einen Lautsprecher CT dipol 130 der Firma Visaton aus dem Jahr November 1997 betrifft zwei in entgegengesetzte Richtung strahlende Lautsprecher aus separaten, geschlossenen Gehäusen. Nachteiligerweise findet hier eine Überhöhung des Schalldruckpegels in den Mitten statt.
- Nachteilig an den bekannten Dipollautsprechem ist insbesondere die Tatsache, dass die gegenphasig geschalteten beiden Lautsprecherchassis im Bereich tiefer Frequenzen aufgrund der großen Wellenlänge gegenüber dem akustischen Abstand der beiden Chassis voneinander zu einer negativen Interferenz der Schallwellen in Hauptstrahlrichtung führen. Dadurch sind die Bassfrequenzen in Hauptstrahlrichtung mit einem gegenüber dem Originalton geringeren Lautstärkepegel wahrzunehmen. Auf der anderen Seite kommt es im Bereich der Mitten zu positiven Interferenzen, so dass dort eine Überhöhung des Schalldruckpegels vorzufinden ist.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Tonwiedergabe durch einen Lautsprecher zur Verfügung zu stellen, das gegenüber dem Stand der Technik einen stärkeren Schalldruckpegel in den Bässen und einen verringerten Schalldruckpegel in den Mitten erzeugt, sowie einen Lautsprecher zur Verfügung zu stellen, mit dem ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.
- Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
- Zunächst sind in herkömmlicher Weise ein vorwärtiges Schallzentrum und ein rückwärtiges Schallzentrum gegenphasig geschaltet und voneinander weg gerichtet. Beide Schallzentren sind an dieselbe Erregerspannung angeschlossen. Wenigstens das rückwärtige Schallzentrum ist über eine Phasenschieberschaltung an die Erregerspannung angeschlossen. Aufgrund der gegenphasigen Schaltung weisen die am vorwärtigen Schallzentrum anliegende vorwärtige Erregerspannung und die am rückwärtigen Schallzentrum anliegende rückwärtige Erregerspannung ohne Berücksichtigung der Phasenschieberschaltung eine Phasendifferenz von δ=180° gegeneinander auf. Deshalb interferieren insbesondere die Bässe in Hauptstrahlrichtung destruktiv, weil deren Wellenlängen im Verhältnis zu dem akustischen Abstand der beiden Schallzentren groß sind. Unter akustischem Abstand wird die Wegstrecke verstanden, die der Schall vom vorwärtigen zum rückwärtigen Schallzentrum zurücklegen muss. Die Phasengänge ϕ(f) entlang der Hauptstrahlrichtung der Lautsprecherbox sind somit in den Bässen um bis zu δ= 180° zueinander verschoben.
- Erfindungsgemäß wird zumindest der rückwärtige Phasengang verschoben. Vorteilhafterweise wird dadurch Phasengleichheit der beiden Phasengänge bei geringeren Frequenzen als der Dipolfrequenz fDipol erzeugt. Dabei ist die Dipolfrequenz fDipol die Frequenz bei der Phasengleichheit der beiden Phasengänge des um die Phasenschieberschaltung befreiten, reinen Dipollautsprechers auftritt.
- Ein besonders günstiges Abstrahlverhalten stellt sich in den Bässen in Hauptstrahlrichtung bei einer Phasenverschiebung des rückwärtigen Phasenganges von etwa ϕ=-45° bei einer der Resonanzfrequenz fb des eingebauten rückwärtigen Schallzentrums entsprechenden Erregerspannung ein.
- Die Phasenverschiebung des rückwärtigen Phasenganges wird mit abnehmender Erregerfrequenz vermindert. Dadurch wird der Effekt des zunehmenden Gangunterschiedes der rückwärtigen und vorwärtigen Schallwellen in Hauptstrahlrichtung bei gleich bleibender akustischer Weglänge zwischen den beiden Schallzentren zumindest abgemindert und der Schalldruckpegel bleibt in Hauptstrahlrichtung über weite Frequenzbereiche weitgehend gleich.
- Durch die Verschiebung der Frequenz der Phasengleichheit zu geringeren Frequenzen hin, bildet sich im Bereich der Mitten, also um f=300Hz, eine Phasendifferenz in Hauptstrahlrichtung aus, die zu einer Verringerung des Schalldruckpegels führt und damit der dort beim herkömmlichen Dipollautsprecher auftretenden Überhöhung des Schalldruckpegels entgegenwirkt.
- Durch die bevorzugte Phasenverschiebung von etwa -45° im Bereich der Grenzfrequenz fg=75 Hz, wird die Überhöhung in den Mitten deutlich abgeschwächt.
- Das Schallzentrum kann wenigstens ein Lautsprecherchassis umfassen. Unter einem Lautsprecherchassis wird hier ein Gestell verstanden, das geeignet ist mittels einer elektromagnetisch angetriebenen Membran Luft in Schwingungen zu versetzen.
- Das Schallzentrum arbeitet in ein Volumen, das von einem einen akustischen Kurzschluss vermeidenden Gehäuse begrenzt ist. Ein rückwärtiges Volumen weist das rückwärtige Schallzentrum und ein vorwärtiges Volumen weist das vorwärtige Schallzentrum auf. Die beiden Volumina sind voneinander getrennt. Unter einem akustischen Kurzschluss vermeidenden Volumen oder Gehäuse wird hier ein Volumen bzw. Gehäuse verstanden, bei dem die vom Schallzentrum vorwärts und rückwärts abstrahlenden Schallwellen nicht miteinander destruktiv interferieren, sich also nicht kurzschließen. Kurzschlussvermeidende Gehäuse können im Wesentlichen geschlossen ausgebildete Gehäuse sein.
- Zusätzlich zu der Verschiebung des rückwärtigen Phasenganges dämpft die Phasenschieberschaltung höher werdende Frequenzen in zunehmendem Masse. Erfindungsgemäß weist die Phasenschieberschaltung eine Grenzfrequenz fg auf, die kleiner als der größere Wert aus der Menge
- Durch die Dämpfung höherer Frequenzen des rückwärtigen Schallzentrums werden die Frequenzgänge in Hauptstrahlrichtung in den Mitten gegenüber dem Dipollautsprecher horizontaler ausgebildet. Auch dadurch wird die sonst übliche Überhöhung in den Mitten vermindert, und das Hörerlebnis ist damit in den Mitten verbessert.
- Aufgrund der Dämpfung höherer Frequenzen wird der Schalldruckpegel in Hauptstrahlrichtung bei Frequenzen oberhalb der Mitten geglättet. Denn bei höher werdenden Frequenzen entstehen bei bestimmten Wellenlängen oberhalb der Resonanzfrequenz fb durch destruktive Interferenz Minima und damit Schwankungen im Schalldruckpegel. Diesen Schwankungen wird dadurch begegnet, dass die rückwärtigen Schallwellen mit höheren Frequenzen zunehmend gedämpft werden. Es bildet sich weniger destruktive Interferenz in diesen Frequenzbereichen aus und die Schwankungen der Schalldruckpegel werden in Hauptstrahlrichtung deutlich vermindert.
- Impedanzspitzen des rückwärtigen Schallzentrums werden durch wenigstens einen Saugkreis geglättet. Je nach Ausführungsart des Lautsprechers als geschlossene Box, Bassreflexbox, Bandpasslautsprecher oder Transmissionline-Lautsprecher o.ä. bilden sich ein, zwei oder drei oder eine Vielzahl von Impedanzspitzen am rückwärtigen Schallzentrum aus, die zu klanglichen Verzerrungen führen. Zur Glättung der Impedanzspitzen wird jeder der Spitzen ein Saugkreis angepasst zugeordnet. Die Resonanzfrequenz des Saugkreises entspricht der jeweiligen Frequenz der Impedanzspitze und die Güte des Saugkreises wird der Breite der Impedanzspitze angepasst.
- Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise durch einen eingangs genannten Lautsprecher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 durchgeführt werden kann.
- Die rückwärtige Phasenschieberschaltung dämpft zum einen Erregerspannungen mit höher werdenden Frequenzen stärker, und sie weist eine Grenzfrequenz fg auf, die kleiner als der größere Wert aus der Menge
- Vorzugsweise arbeiten die beiden Schallzentren in jeweils ein einen akustischen Kurzschluss vermeidendes Volumen. Das Volumen kann Ausbuchtungen in sich hinein aufweisen. Dabei kann es sich um an beiden Enden offene Röhren mit Außenöffnungen handeln, die als Bassreflexöffnungen bezeichnet sind. Rückwärtige und vorwärtige Gehäuse mit jeweils zwei beidendig offenen Röhren im vorwärtigen und rückwärtigen Volumen werden auch als biventiliertes Bandpassgehäuse bezeichnet. Gehäuse oder Volumina die selber aus einer gewundenen Röhre bestehen, dessen eines Ende offen und in dessen anderes Ende ein Lautsprecher eingesetzt ist, sind als Transmissionline- Gehäuse bzw. Volumina bekannt. Alle diese Volumina bzw. Gehäuse können als Ausführungsformen der Erfindung realisiert sein. Die Anzahl der Öffnungen bzw. die Ausbildung des Volumens verändern den Impedanzverlauf am rückwärtigen Schallzentrum, indem sie eine unterschiedliche Anzahl an Impedanzspitzen erzeugen.
- Die Phasenschieberschaltung kann verschieden ausgebildet sein. Eine rückwärtige zwischen Erregerspannung und rückwärtigem Schallzentrum geschaltete Phasenschieberschaltung kann einem zum rückwärtigen Schallzentrum in Reihe geschaltete Induktivität und/oder eine parallel geschaltete Kapazität aufweisen.
- Vorteilhafterweise ist die rückwärtige Phasenschieberschaltung durch einen Tiefpass 1. Ordnung als eine in Reihe geschaltet Kopplungsspule realisiert, mit einer Induktivität, die im Wesentlichen dem Quotienten aus rückwärtigem Lautsprecherwiderstand und der Grenzfrequenz fg entspricht. Die Werte der erfindungsgemäßen Kopplungsspule bewegen sich im Bereich von L=5-30 mH.
- Die Kopplungsspule ist günstigerweise zwischen einem Pluspol des einen Lautsprecherchassis und dem Minuspol des anderen Lautsprecherchassis in Reihe geschaltet.
- In einer Weiterbildung der Erfindung ist die rückwärtige Phasenschieberschaltung als Tiefpass höherer Ordnung ausgebildet. Insbesondere kann eine Reihenschaltung mit einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand parallel zum rückwärtigen Schallzentrum geschaltet sein. Der ohmsche Widerstand kann auch als Potentiometer regelbar ausgebildet sein. Die regelbare Phasenschieberschaltung gestattet es, die Phasenverschiebung den jeweiligen Gegebenheiten genauer anzupassen.
- Vorzugsweise ist wenigstens ein Saugkreis zum rückwärtigen Lautsprecherchassis parallel geschaltet. Es zeigt sich, dass in dem Bereich der Resonanzfrequenz fb des rückwärtigen Lautsprecherchassis eine Erhöhung der Impedanz des rückwärtigen Lautsprecherchassis auftritt. Zur Glättung der Erhöhung der Impedanz ist dem rückwärtigen Lautsprecherchassis ein Saugkreis in Form eines Reihenschwingkreises parallel geschaltet. Die Resonanzfrequenz des rückwärtigen Reihenschwingkreises entspricht der Resonanzfrequenz des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis, wobei die Güte des rückwärtigen Schwingkreises vorzugsweise der Breite des Impedanzmaximums angepasst ist. Der rückwärtige Reihenschwingkreis weist einen Kontakt zwischen der Kopplungsspule und einem Pol des rückwärtigen Lautsprecherchassis auf.
- In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Anzahl der Saugkreise der Anzahl der Impedanzspitzen des rückwärtigen Schallzentrums angepasst. Vorzugsweise weist der Lautsprecher zwei voneinander getrennte Volumina mit jeweils einem Schallzentrum auf, wobei eine Bassreflexaussparung in das rückwärtige Volumen und eine Bassreflexaussparung in das vorwärtige Volumen hineinragen und dem rückwärtigen Schallzentrum zwei Impedanzspitzen zugeordnet sind und jeder der Impedanzspitzen ein ihr jeweils angepasster Saugkreis zugeordnet ist.
- In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragen zwei Bandpassaussparungen in das rückwärtige Volumen und zwei Bandpassaussparungen in das vorwärtige Volumen hinein und dem rückwärtigen Schallzentrum sind drei Impedanzspitzen zugeordnet und jeder der Impedanzspitzen ist ein ihr jeweils angepasster Saugkreis zugeordnet.
- Der erfindungsgemäße Lautsprecher kann in Anlehnung an bekannte Transmissionline-Gehäuse ausgebildet sein. Dabei ist ein rückwärtiges Transmissionline-Volumen als ein von einer vorzugsweise gewundenen Röhre umschlossenes Volumen ausgebildet, deren eines Ende offen ist und die Klänge abstrahlt und in dessen anderes Ende das rückwärtige Schallzentrum eingesetzt ist. Entsprechend ist das vorwärtige Volumen auch in Anlehnung an ein Transmissionline-Gehäuse ausgeformt.
- In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zur rückwärtigen eine vorwärtige Phasenschieberschaltung vorgesehen. Dabei kann es sich um Hochpässe verschiedener Ordnung handeln.
- Vorzugsweise weist die vorwärtige Phasenschieberschaltung einen zwischen zwei unterschiedlichen Polen der beiden Lautsprecherchassis geschalteten Kopplungskondensator auf. Der Kopplungskondensator kann in Reihe mit der Kopplungsspule angeordnet sein. Während die Kopplungsspule eine Phasenverschiebung am rückwärtigen Lautsprecherchassis um etwa -45° erzielt, wird durch den Kopplungskondensator eine Phasenverschiebung am vorwärtigen Lautsprecherchassis um etwa +45° herbeigeführt. Durch Kombination der vorwärtigen und rückwärtigen Phasenschieberschaltung ist eine längere horizontale Ausbildung des Schalldruckpegels im Frequenzgang tiefer in den Bassbereich hinein möglich.
- Vorzugsweise ist parallel zum vorwärtigen Schallzentrum mindestens ein vorwärtiger Saugkreis vorgesehen, der entsprechend den rückwärtigen Saugkreisen aufgebaut ist.
- Parallel zum vorderen Chassis können ebenfalls einer, zwei, drei oder mehr Saugkreise vorgesehen sein, die jeweils eine Impedanzspitze des vorderen Chassis angepasst zugeordnet sind.
- Der Aufbau der Saugkreise parallel zu den Anschlüssen des vorderen Chassis kann entsprechend den Saugkreisen des hinteren Chassis ausgebildet sein.
- Der vorwärtige Hochpass kann in 2. Ordnung parallel zum vorwärtigen Schallzentrum eine zu einem vorzugsweise regelbaren ohmschen Widerstand seriell geschaltete Spule umfassen.
- Die Erfindung wird anhand von sechs Ausführungsbeispielen in 21 Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- Fig. 1a
- einen Dipollautsprecher gemäß dem Stand der Technik,
- Fig. 1b
- eine schematische Darstellung eines 360°-Schalldruckpegels des Dipollautsprecher gemäß
Fig.1a bei f=100 Hz, - Fig. 2a
- einen erfindungsgemäßen Lautsprecher mit erfindungsgemäßer Phasenschaltung,
- Fig. 2b
- eine schematische Darstellung eines 360°-Schalldruckpegel des Lautsprechers gemäß
Fig. 2a bei f=100 Hz" - Fig. 3a
- einen Frequenzgang des Dipollautsprechers in Haupthörrichtung,
- Fig. 3b
- einen Phasengang des vorwärtigen und rückwärtigen Lautsprecherchassis des Dipollautsprechers,
- Fig. 4a
- einen Frequenzgang des Lautsprechers in Hauptstrahlrichtung,
- Fig. 4b
- einen Phasengang des vordern und hinteren Lautsprecherchassis des Lautsprechers in Hauptstrahlrichtung,
- Fig. 5a
- die Impedanz des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis in Abhängigkeit von der Frequenz,
- Fig. 5b
- die Impedanz eines eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis mit Reihenschwingkreis in Abhängigkeit von der Frequenz,
- Fig. 5c
- die Impedanz der Phasenschaltung in Abhängigkeit von der Frequenz,
- Fig. 5d
- die am rückwärtigen Lautsprecherchassis anliegende Spannung mit einer Phasenschaltung,
- Fig. 5e
- die Phasenverschiebung der rückwärtigen Wechselspannung in Abhängigkeit von der Frequenz,
- Fig. 6a
- einen Lautsprecher gemäß
Fig. 2 mit einer zweiten Phasenschieberschaltung, - Fig. 6b
- einen Lautsprecher mit einer dritten Phasenschieberschaltung,
- Fig. 6c
- einen Lautsprecher mit einer vierten Phasenschieberschaltung,
- Fig. 7
- einen erfindungsgemäßen Lautsprecher mit vorwärtiger Phasenschaltung,
- Fig. 8a
- eine vorwärtige Phasenschaltung mit einer vorwärtigen Phasenschieberschaltung,
- Fig. 8b
- vorwärtige Phasenschaltung mit einer zweiten vorwärtigen Phasenschieberschaltung,
- Fig. 8c
- vorwärtige Phasenschaltung mit einer dritten vorwärtigen Phasenschieberschaltung,
- Fig. 9
- Phasengänge des rückwärtigen Lautsprecherchassis mit und ohne Phasenschieberschaltung und vorwärtiger Phasengang.
- Fig. 10a
- eine erfindungsgemäße Schaltung in einem Bassreflexlautsprecher,
- Fig. 10b
- einen Impedanzverlauf des Bassreflexlautsprechers in
Fig. 10a ohne Saugkreise, - Fig. 10c
- einen Impedanzverlauf des Bassreflexlautsprechers in
Fig. 10a , - Fig, 11a
- eine erfindungsgemäße Schaltung in einem Bandpasslautsprecher,
- Fig. 11 b
- einen Impedanzverlauf des Bandpasslautsprechers in
Fig. 11a ohne Saugkreise, - Fig. 11 c
- einen Impedanzverlauf des Bandpasslautsprechers in
Fig. 11a . - Die
Fig. 1a zeigt die Prinzipschaltung eines Dipollautsprechers 8 gemäß dem Stand der Technik. Der Dipollautsprecher 8 weist zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Lautsprecherchassis 1, 2 auf, die gegenphasig geschaltet sind. An beiden Lautsprecherchassis 1, 2 liegt die gleiche Erregerspannung U0 an. Jedes der beiden Lautsprecherchassis 1, 2 ist in einem separaten Gehäuse 4, 5 untergebracht. Die beiden Gehäuse 4, 5 sind an ihren beiden Rückwänden 6, 7 gegeneinander gestellt und akustisch getrennt. Sie sind fest miteinander verbunden. -
Fig. 1b zeigt die Höhe des Schalldruckpegels SPL in einer schematischen zweidimensionalen Draufsicht auf den im Koordinatenursprung angeordneten Dipollautsprecher 8. Dabei ist die Höhe des Schalldruckpegels SPL durch die Entfernung zum Koordinatenursprung in der zugehörigen zwischen α=0° bis α=360° liegenden Hörrichtung dargestellt. DieFig. 1b stellt den Schalldruckpegel SPL bei einer Frequenz von f=100 Hz dar.Fig. 1b zeigt, dass der Schalldruckpegel SPL in Hauptstrahlrichtung α=0° und in genau entgegen gesetzter, rückwärtiger Richtung α=360° am höchsten ist. Der Schalldruckpegel SPL ist senkrecht zur Haupthörrichtung, d. h. bei α=90° und α=270°, verschwindend gering. Das bedeutet, senkrecht zur Haupthörrichtung des Dipollautsprechers 8 kann der Zuhörer theoretisch nichts hören. Tatsächlich hört er aufgrund von Schallreflektionen, z. B. an den Zimmerwänden, Schwingungen der Gehäuses 4, 5 u. A. real doch noch leise Töne. - Nachteiligerweise strahlt der Dipollautsprecher 8 auch mit maximalem Schalldruckpegel in rückwärtiger Richtung ab. Da der Lautsprecher 11 üblicherweise in Wandnähe steht, wird über das rückwärtige Lautsprecherchassis 2 eine erhebliche Leistung direkt gegen die Wand gestrahlt. Von dort reflektieren die Schallwellen und erzeugen störende Schallreflexionen im Raum. Der Schalldruckpegel SPL nimmt bei einem horizontalen 360°-Umlauf um den Dipollautsprecher 8 eine im Wesentlichen doppelkeulenförmige Gestalt mit Längsachse entlang der α=0°-180° Geraden an.
- Der erfindungsgemäße Lautsprecher 11 weist in einer ersten Ausführungsform gemäß
Fig. 2a einen gegenüber dem inFig. 1 schematisch dargestellten Dipollautsprecher 8 einen deutlich anderen Schalldruckpegelverlauf (SPL-Verlauf) entlang seines 360°-Umlaufs auf. Die Abhängigkeit des Schalldruckpegels SPL von der Strahlrichtung ist inFig. 2b dargestellt. Der Schalldruckpegel SPL ist in Hauptstrahlrichtung α=0° maximal und in rückwärtiger Strahlrichtung α=180° minimal. Zwischenwerte des Schalldruckspegels SPL werden bei α=90° und α=270° erzielt. Das bedeutet, dass die größte Lautstärke in Hauptstrahlrichtung α=0° erzielt wird, während der Lautsprecher 11 an seiner Rückseite am leisesten ist. Darüber hinaus kann der Hörer noch senkrecht zur Hauptstrahlrichtung, bei α=90°, 270° deutlich Töne vernehmen. - Der erfindungsgemäße Lautsprecher 11 umfasst ebenfalls zwei entgegengesetzt ausgerichtete und gegenphasig geschaltete Lautsprecherchassis 1, 2. Parallel zu den jeweils beiden Anschlüssen 1a, 1b, 2a, 2b der beiden Lautsprecherchassis 1, 2 sind zwei Anschlüsse für die Erregerspannung UO geschaltet.
- Zum einen ist zwischen dem Pluspol 1a des vorwärtigen Lautsprecherchassis 1 und dem Minuspol 2a des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 eine rückwärtige Phasenschieberschaltung 15 in Form einer Kopplungsspule LC geschaltet. Zusätzlich ist parallel zum rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 ein Saugkreis 20 in Form eines Reihenschwingkreis LRCRRR parallel geschaltet. Der eine Anschluss des Reihenschwingkreises LRCRRR ist zwischen der Kopplungsspule LC und dem Pluspol 2a des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 vorgesehen.
- Die Induktivität der Kopplungsspule LC verursacht eine Phasenverschiebung ϕ der am rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 anliegenden Spannung UR gegenüber der am vorwärtigen Lautsprecherchassis 1 anliegenden Spannung UV, die in diesem Ausführungsbeispiel der Erregerspannung UO entspricht. Die Größe der Phasenverschiebung ϕ bestimmt sich unter Einbeziehung der Wirkungen des rückwärtigen Reihenschwingkreises LRCRRR in etwa zu ϕ=-arctan
- Üblicherweise verhält sich die Impedanz ZR des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 in Abhängigkeit von der Frequenz f=ω/2π einer an ihm angelegten Wechselspannung qualitativ gemäß
Fig. 5a . -
Fig. 5a zeigt, dass die Impedanz ZR des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 mit fallender Frequenz f bei einer Resonanzfrequenz fb=ω/2π stark ansteigt, um bei noch tieferen Frequenzen f wieder zu fallen. Dieses führt zu Impedanzanstieg im Bereich der Resonanzfrequenz fb des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 und stört die Funktion der Kopplungsspule LC im Frequenzbereich um f=fb. - In an sich bekannter Weise wird der Impedanzanstieg im Bereich der Resonanzfrequenz fb durch den dem rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 parallel geschalteten Reihenschwingkreis LRCRRR kompensiert. Der Reihenschwingkreis LRCRRR hat eine Resonanzfrequenz, die in etwa fb entspricht. Die Güte des Reihenschwingkreises LRCRRR ist so gewählt, dass der im Bereich der Resonanzfrequenz fb geringere Widerstand des Reihenschwingkreises LRCRRR, die Gesamtimpedanz Zges von Reihenschwingkreis LRCRRR und rückwärtigem Lautsprecherchassis 2 gemäß
Fig. 5b glättet. -
Fig. 5c zeigt die Gesamtimpedanz ZCges bei zusätzlich zugeschalteter Kopplungsspule LC gemäßFig. 2a . Dabei ist die Größe der Induktivität der Kopplungsspule durchFig. 4a und dort den Frequenzgang des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2. -
Fig. 5d zeigt das prinzipielle Spannungsverhalten UR am rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 in Abhängigkeit von der Frequenz f der angelegten Erregerspannung U0. Aufgrund der Induktivität der Spule LC vermindert sich mit höher werdenden Frequenzen f der Spannungsabfall UR am rückwärtigen Lautsprecherchassis 2. -
Fig. 5e zeigt schematisch den Phasenunterschied zwischen der rückwärtigen Ur und vorwärtigen Uv Spannung am rückwärtigen bzw. am vorwärtigen Lautsprecherchassis 1, 2. Bei sehr geringen Frequenzen f hat die Kopplungsspule LC eine geringe Wirkung auf die Phasenverschiebung. Die Kopplungsspule LC ist wie gesagt derart gewählt, dass sich bei der Resonanzfrequenz fb des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 eine Phasenverschiebung 45° einstellt, während die Phasenverschiebung mit höher werdenden Frequenzen f auf 90° zunimmt. Das sind theoretische Werte, die den ohmschen Widerstand der Spule vernachlässigen. Unter Berücksichtigung des ohmschen Widerstandes sind die genannten Werte geringer. - Ein Vergleich der Phasengänge des in den
Fig. 3a ,3b dargestellten Dipollautsprechers 8 auf der einen und des in denFig. 4a ,4b dargestellten erfindungsgemäßen Lautsprechers 11 auf der anderen Seite, zeigt Vorteile des erfindungsgemäßen Lautsprechers 11 gegenüber dem Dipollautsprecher 8 auf. - Die
Fign. 3a ,3b zeigen die Frequenz- bzw. Phasengänge des Dipollautsprechers 8 und des vorwärtigen 1 und des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 in Hauptstrahlrichtung. Demnach ist der Schalldruckpegel SPL des Dipollautsprecher 8 bei eingeschaltetem vorwärtigem und rückwärtigem Lautsprecherchassis 1, 2 in Hauptstrahlrichtung α=0° im Bereich der Bässe bei f<100 Hz gering. In den Mitten, bei f=100Hz bis f=500Hz, tritt eine Überhöhung des Schalldruckpegels SPL auf. - Vorwärtiges und rückwärtiges Lautsprecherchassis 1, 2 des herkömmlichen Dipollautsprechers 8 arbeiten gegenphasig. Bei geringen Frequenzen f und den damit verbundenen großen Wellenlängen λ hat die gegenphasige Schaltung der beiden Chassis 1, 2 zur Folge, dass sich die Schallwellen in Hauptstrahlrichtung α=0° durch Interferenz näherungsweise auslöschen. Mit zunehmender Frequenz f spielt der durch die Dimension der Gehäuse 4, 5 bestimmte akustische Abstand zwischen vorwärtigem und rückwärtigem Lautsprecherchassis 1, 2 eine zunehmend größere Rolle, so dass mit zunehmenden Frequenzen f eine stetig geringer werdende destruktive Interferenz auftritt. Ab
Fig. 3a etwa bei f=300 Hz(=fDipol), was mit einem akustischen Abstand der beiden Lautsprecherbox von etwa 0,57 m korrespondiert. Bei noch höher werdenden Frequenzen f entstehen Minima im Schalldruckpegel SPL des Lautsprechers 11, wenn die dem Ton zugehörigen (2n+1)/2-fache Wellenlänge dem akustischen Abstand der beiden Chassis 1, 2 entspricht. Ein solches (erstes) Minimum ist im Frequenzgang der des Dipols 8 in derFig. 3a bei etwa 650 Hz zu erkennen. Dabei ist die Dipolfrequenz fDipol die Frequenz bei der Phasengleichheit der beiden Phasengänge des um die Phasenschieberschaltung befreiten, reinen Dipollautsprechers auftritt. -
Fig. 3b zeigt den Phasengang ϕ(f) in Hauptstrahlrichtung α=0° der von der rückwärtigen und der vorwärtigen Lautsprecherchassis 2, 1 abgestrahlten Schallwellen gegenüber der Erregerspannung U0. Aus der Differenz ö der beiden Phasenverschiebungen ergibt sich die Phasendifferenz in Hauptstrahlrichtung α=0°. Bei etwa f=300 Hz (=fDipol) ist die Phasendifferenz δ=0°. Die vom vorwärtigen und vom rückwärtigen Lautsprecherchassis 1, 2 abgestrahlten Schallwellen sind dann in Hauptstrahlrichtung um genau eine Wellenlänge gegeneinander verschoben. Sie interferieren somit konstruktiv. - In den Bässen nimmt die Phasendifferenz δ jedoch aufgrund der immer größer werdenden Wellenlänge λ zu und beträgt bei niedrigen Frequenzen f beinahe δ=180°, so dass dann in Hauptstrahlrichtung α=0° eine beinahe vollständige Auslöschung der Schallwellen gemäß
Fig. 3a auftritt. - Dem gegenüber zeigen die
Fig. 4a und4b ein vergleichsweise anderes Verhalten des Schalldruckpegels SPL bei zugeschaltetem vorwärtigem und rückwärtigem Lautsprecherchassis 1, 2, die in erfindungsgemäßer Weise durch die Schaltung derFig. 2a gekoppelt sind. Der Frequenzgang des Lautsprechers 11 ist inFig. 4a eingezeichnet. Daneben sind inFig. 4a die Frequenzgänge des vorwärtigen und rückwärtigen Lautsprecherchassis 1, 2 dargestellt. - Gemäß
Fig. 4a tritt der Abfall des Schalldruckpegels SPL in Richtung geringerer Frequenzen f erst bei Frequenzen um f=90 Hz auf. Die Verschiebung des Abfalls in den Bässen zu tieferen Frequenzen f ist ursächlich auf die Phasenverschiebung durch die Kopplungsspule LC zurückzuführen. Entlang höheren Frequenzen als f=90 Hz, also immer noch Bassfrequenzen, liegt ein im Wesentlichen horizontaler verlaufender Schalldruckpegel SPL des Lautsprechers 11 vor. Die Bässe werden damit realitätsnäher wiedergegeben. - Als zusätzlichen positiven Effekt tritt eine Absenkung des Schalldruckpegels SPL gegenüber dem Dipollautsprecher 8 in den mittleren Frequenzen, d. h. zwischen 200 und 300 Hz, auf. Dieser Abfall ist auf den zweiten Effekt der Kopplungsspule LC zurückzuführen, die mit höher werdenden Frequenzen f eine stärkere Impedanz Z aufweist (
Fig. 5c ). Höhere Frequenzen f werden damit vom rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 mit deutlich geringerem Schalldruckpegel SPL abgestrahlt. Dieses Verhalten zeigt die grafische Darstellung des Schalldruckpegels SPL des hinteren Lautsprecherchassis 2 inFig. 4a . Der Schalldruckpegel SPL des vorderen Lautsprecherchassis 1 entspricht im Wesentlichen unverändert dem Schalldruckpegels SPL des Dipollautsprechers 8 gemäßFig. 3a . -
Fig. 4b zeigt die Phasengänge ϕ(f) des erfindungsgemäßen Lautsprechers 11 in Hauptstrahlrichtung α=0°. Im Bereich der Resonanzfrequenz fb des eingebauten rückwärtigen Lautsprecherchassis 2, die hier bei fb=75 Hz liegt, tritt eine Phasendifferenz von etwa δ(f) =90° auf. Die Phasendifferenz δ(f) der beiden vom vorwärtigen und rückwärtigen Lautsprecherchassis 1, 2 abstrahlenden Schallwellen ist geringer als beim Dipol, gemäßFig. 3b . Beim Dipol beträgt sie δ(f)=135°, und sie ist damit beim erfindungsgemäßen Lautsprecher um 45° besser. Dieses ist auch darauf zurückzuführen, dass die Phasengänge ϕ des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 frequenzabhängig sind und die Phasenverschiebungen teilweise kompensieren, die durch die relative Verschiebung der vorwärtigen und rückwärtigen Schallwelle aufgrund der größer werdenden Wellenlängen λ bei gleich bleibenden akustischen Lautsprecherchassisabständen entstehen. - In
Fig. 9 sind die Phasengänge ϕ(f) des rückwärtigen Lautsprecherchassis 2 mit und ohne Kopplungsspule LC und des vorwärtigen Lautsprechchassis 1 gemeinsam aufgetragen. Deutlich wird die durch die Kopplungsspule LC verursachte Phasenverschiebung von annähernd -45° bei der Resonanzfrequenz fb. Die Phasenverschiebung nimmt entlang des Phasenganges zu höheren Frequenzen hin zu. Die Verschiebung des Phasenganges führt zu einer Verschiebung derjenigen Frequenz, bei der beide Phasengänge in Hauptstrahlrichtung dieselbe Phase aufweisen, hin zu kleineren Frequenzen, hier von f=300 Hz zu f=180 Hz. - In den
Fig. 6a, 6b und 6c sind eine zweite, dritte und vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, alle Ausführungsformen sind Weiterentwicklungen der inFig.2 dargestellten Basisschaltung mit verschiedenen Phasenschiebeschaltungen 15. - Die Phasenschiebeschaltungen 15 weisen zusätzlich zu der Kopplungsspule LC weitere Bauteile auf. In der zweiten Ausführungsform gemäß
Fig. 6a ist zu dem Saugkreis 20 ein Kondensator parallel geschaltet. - In der dritten Ausführungsform ist dem Saugkreis 20 ein RC-Glied parallel geschaltet. Der ohmsche Widerstand ist als Potentiometer regelbar ausgebildet, und damit ist der rückwärtige Phasengang ϕ regelbar.
- In der vierten Ausführungsform ist die Phasenschieberschaltung 15 gegenüber der dritten Ausführungsform durch eine weitere Spule, die zu der Kopplungsspule LC in Reihe geschaltet ist, erweitert
-
Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit einer vorwärtigen Phasenschieberschaltung 16 aus Kopplungskondensator CC und einer vorwärtigen Saugschaltung 21 mit einem Reihenschwingkreis LvCvRv parallel zum vorwärtigen Lautsprecherchassis 1. Während die Kopplungsspule LC eine negative Phasenverschiebung des rückwärtigen Phasenganges ϕ verursacht, bewirkt der Kopplungskondensator CC eine positive Phasenverschiebung des vorwärtigen Phasenganges ϕ. Die Kapazität des Kondensators berechnet sich gemäß -
Fig. 8a, 8b und 8c zeigen in Anlehnung an die Ausführungsformen der rückwärtigen Phasenschieberschaltung 16 derFig. 6a, 6b und 6c eine sechste, eine siebente und eine achte Ausführungsform der Erfindung. Hier sind zur Änderung der Phasenverschiebung der am vorwärtigen Lautsprecherchassis 1 anliegenden Spannung UV gegenüber der Erregerspannung U0 drei verschiedene vorwärtige Phasenschieberschaltungen 21 dargestellt. - In der sechsten Ausführungsform ist eine Spule parallel zum vorwärtigen Reihenschwingkreis LvCvRv geschaltet, während in der in
Fig. 8b gezeigten siebenten Ausführungsform in Reihe zur Spule ein Potentiometer vorgesehen ist, mit dem die Phasenverschiebung zusätzlich regelbar ist.Fig. 8c zeigt eine achte Ausführungsform einer Phasenschieberschaltung 21 mit zusätzlichem Kondensator. -
Fig. 10a , zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung in einem Bassreflexlautsprecher 30. Der Bassreflexlautsprecher 30 weist das rückwärtige Lautsprecherchassis 2 und das vorwärtige Lautsprecherchassis 1 auf. Das rückwärtige Chassis 2 arbeitet in ein rückwärtiges Volumen 32 und das vorwärtige Chassis 1 arbeitet in ein vorwärtiges Volumen 31. In jedes der beiden Volumina 31, 32 ist eine Bassreflexöffnung 33, 34 eingebracht. Eine in das rückwärtige Volumen 32 am bodenseitigen Ende eingebrachte rückwärtige Bassreflexöffnung 33 ist als eine gegenüber dem rückwärtigen Volumen 32 am inneren Ende geöffnete Röhre mit einer Außenöffnung ausgebildet. Für die vorwärtige Bassreflexöffnung 34 gilt das entsprechende hinsichtlich des vorwärtigen Volumens 31. - Der am rückwärtigen Chassis 2 gemessene lmpedanzverlauf ZR weist zwei Impedanzspitzen gemäß
Fig. 10b auf. Die beiden Impedanzspitzen werden in der erfindungsgemäßen Schaltung durch zwei parallel zum rückwärtigen Chassis 2 geschaltete Saugkreise 20 geglättet. Der geglättete Impedanzverlauf ist inFig. 10c dargestellt. Die Resonanzen der beiden rückwärtigen Saugkreise CR, LR, RR und C'R, L'R, R'R sind den Frequenzwerten der beiden Impedanzspitzen angeglichen. Die Güte der beiden Saugkreise CR, LR, RR undC'R, L'R, R'R ist so bemessen, dass sie die Breiten der beiden Impedanzspitzen im Wesentlichen gemäßFig.10c kompensieren. - Die
Figuren 11 zeigen eine erfindungsgemäße Schaltung für einen Bandpasslautsprecher 40. Der Bandpasslautsprecher 40 umfasst ebenfall ein vorwärtiges 31 und ein rückwärtiges Volumen 32. Dabei ist jedes der beiden Volumina 31, 32 wiederum durch eine Trennwand 41, 42 in zwei Volumina geteilt. Eine vorwärtige Trennwand 41 trägt das vorwärtige Lautsprecherchassis 1 und eine rückwärtige Trennwand 42 trägt das rückwärtige Lautsprecherchassis 2. In beide Volumina 31, 32 sind jeweils zwei Öffnungen, so genannte Bandpassöffnungen 43, 44, 46, 47 eingebracht. Die alle jeweils eine Außenöffnung und eine innere Öffnung aufweisen. Zwei rückwärtige Bandpassöffnungen 43, 44 sind voneinander entfernt im rückwärtigen Volumen 32 vorgesehen. Die untere rückwärtige Bandpassöffnung 44 geht durch die Trennwand 42 durch. Das gleiche gilt entsprechend für die untere vorwärtige Bandpassöffnung 47. Die beiden oberen Bandpassöffnungen 43, 46 ragen in die Volumina 31, 32 hinein. -
Fig. 11b zeigt das am rückwärtigen Chassis 2 gemessene Impedanzverhalten ohne Saugkreise 20. Es weist drei Impedanzspitzen im Bereich der Resonanzfrequenz fb auf. Zum Glätten der drei Impedanzspitzen sind drei den Impedanzspitzen wie oben beschreiben angepasste Saugkreise CR, LR, RR; C'R, L'R, R'R; C"R, L"R, R"R vorgesehen. Die Saugkreise CR, LR, RR; C'R, L'R, R'R; C"R, L"R, R"R sind parallel zum rückwärtigen Chassis 2 geschaltet. - Bezugszeichenliste:
- 1
- vorwärtiges Lautsprecherchassis/ Schallzentrum
- 1 a, 1b
- Anschlüsse
- 2
- rückwärtiges Lautsprecherchassis/ Schallzentrum
- 2a, 2b
- Anschlüsse
- 4
- vorwärtiges Gehäuse
- 5
- rückwärtiges Gehäuse
- 6
- Rückwand
- 7
- Rückwand
- 8
- Dipollautsprecher
- 11
- Lautsprecher
- 15
- rückwärtige Phasenschieberschaltung
- 16
- vorwärtige Phasenschieberschaltung
- 20
- rückwärtiger Saugkreis
- 21
- vorwärtiger Saugkreis
- 30
- Bassreflexlautsprecher
- 31
- vorwärtig geschlossenes Volumen
- 32
- rückwärtig geschlossenes Volumen
- 33
- rückwärtige Bassreflexöffnung
- 34
- vorwärtige Bassreflexöffnung
- 40
- Bandpasslautsprecher
- 41
- vorwärtige Trennwand
- 42
- rückwärtige Trennwand
- 43, 44
- rückwärtige Bandpassöffnungen
- 46, 47
- vorwärtige Bandpassöffnungen
- CC
- Kopplungskondensator
- CRLRRR
- angepasster Saugkreis
- C'RL'RR'R
- angepasster Saugkreis
- C"RL"RR"R
- angepasster Saugkreis
- f, ω
- Frequenz
- fb, ωb
- Resonanzfrequenz
- fG, ωG
- Grenzfrequenz
- fDipol
- Dipolfrequenz
- LRCRRR
- rückwärtiger Reihenschwingkreis
- LvCvRv
- vorwärtiger Reihenschwingkreis
- LC
- Kopplungsspule
- SPL
- Schalldruckpegel
- UR
- rückwärtige Spannung
- U0
- Erregerspannung
- Uv
- vorwärtige Spannung
- Zv
- vorwärtige Lautsprecherchassisimpedanz
- ZR
- rückwärtige Lautsprecherchassisimpedanz
- Zges
- Impedanz rückwärtiger Lautsprecherchassis und Reihenschwingkreis
- Zcges
- Impedanz rückwärtiger Lautsprecherchassis, Reihenschwingkreis und Kopplungsspule
- α
- Strahlrichtung
- δ(.)
- Differenz der Phasengänge
- λ
- Wellenlänge
- ϕ(.)
- Phasengang, Phasenverschiebung
Claims (14)
- Verfahren zur Tonwiedergabe durch einen Lautsprecher (11) mit einem vorwärtigen (1) und einem rückwärtigen Schallzentrum (2), indem
ein vorwärtiges Schallzentrum (1) und ein gegenphasig geschaltetes, von dem vorwärtigen Schallzentrum (1) weg gerichtetes rückwärtiges Schallzentrum (2) über eine rückwärtige Phasenschieberschaltung (15) an eine Erregerspannung (Uo) angeschlossen werden wobei die Phasenschieberschaltung den rückwärtigen Phasengang des rückwärtigen Schallzentrums (2) gegenüber einem vorwärtigen Phasengang des vorwärtigen Schallzentrums (1) entlang einer Hauptstrahlrichtung des Lautsprechers (11) verschiebt und damit
eine Phasendifferenz (δ) des rückwärtigen und des vorwärtigen Phasenganges in Bässen, bei Frequenzen von < 100Hz verringert wird und
die rückwärtige Phasenschleberschaltung (15) am rückwärtigen Schallzentrum (2) Erregerspannungen mit höher werdenden Frequenzen in Mitten, bei Frequenzen zwischen 100Hz und 500 Hz, stärker dämpft und
eine Grenzfrequenz (fg) der rückwärtigen Phasenschieberschaltung (15) kleiner als der größere Wert aus einer Menge gewählt wird, wobei fDipol die Frequenz ist, bei der Phasengleichheit der beiden Phasengänge des um die rückwärtige Phasenschieberschaltung (15) befreiten Lautsprechers (11) auftritt und fb die Resonanzfrequenz des rückwärtigen Schallzentrums (2) ist
und
beide Schallzentren (1,2) in jeweils einem separaten Gehäuse (4, 5) untergebracht und voneinander akustisch getrennt werden. - Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Grenzfrequenz (fg) der rückwärtigen Phasenschieberschaltung (15) im Wesentlichen gleich einer Resonanzfrequenz (fb) des eingebauten rückwärtigen Schallzentrums (2) gewählt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem rückwärtigen Schallzentrum (2) wenigstens eine impedanzspltze zugeordnet wird, die durch wenigstens einen ihr angepassten rockwärtigen Serienschwingkreis (20) geglättet wird.
- Verfahren nach Anspruch 3,
wobie die Anzahl der rückwärtigen
Serienschwingkreise (20, 21) der Anzahl der dem rückwärtigen Schallzentrum (2) zugeordneten impedanzspitzen angepasst wird. - Lautsprecher zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 mit einem an die Erregerspannung (Uo) angeschlossenen vorwärtigen Schallzentrum (1) und einem gegenphasig geschalteten an die Erregerspannung (Uo) angeschlossenen rückwärtigen Schallzentrum (2) und einer rückwärtigen Phasenschieberschaltung (15), die den rückwärtigen Phasengang des rückwärtigen Schallzentrums (2) gegenüber einem vorwärtigen Phasengang des vorwärtigen Schallzentrums (1) entlang einer Hauptstrahlrichtung des Lautsprechers (11) verschiebt und damit eine Phasendifferenz (6) des rückwärtigen und des dem vorwärtigen Schallzentrum (1) zugeordneten vorwärtigen Phasenganges in Bässen verringert,
dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtige Phasenschieberschaltung (15) am rückwärtigen Schallzentrum (2) Erregerspannungen mit höher werdenden Frequenzen in Mitten, bei Frequenzen zwischen 100 Hz und 500 Hz stärker dämpft und eine
Grenzfrequenz (fg) aufweist, die kleiner als der größere Wert aus einer Menge
und
beide Schallzentren (1, 2) in jeweils einem separaten Gehäuse (4, 5) untergebracht und voneinander akustisch getrennt sind. - Lautsprecher nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch einen parallel zum rückwärtigen Schallzentrum (2) geschalteten Serienschwingkreis (21). - Lautsprecher nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtige Phasenschieberschaltung (15) einen Tiefpass umfasst. - Lautsprecher nach Anspruch 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtige Phasenschieberschaltung (15) eine zum rückwärtigen Schallzentrum (2) in Reihe geschaltete induktivität und/oder eine parallel geschaltete Kapazität aufweist. - Lautsprecher nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch eine Kopplungsspule (Lc) mit einer Induktivität, die im Wesentlichen dem Quatlenten aus rückwärtigem Schalizentrumwiderstand (ZR) und der Resonanzfrequenz (fb) entspricht. - Lautsprecher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der rückwärtige Serlenschwingkreis (20) einen Serienschwingkreis (LRCRRR) umfasst, dessen Grenzfrequenz (fg) im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des eingebauten rückwärtigen Schallzentrums (2) entspricht. - Lautsprecher nach Anspruch 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das vorwärtige und das rückwärtige Schallzentrum (1, 2) jeweils in einem einen akustischen Kurzschluss vermeidenden vorwärtigen bzw. rückwärtigen Volumen (31, 32) angeordnet sind. - Lautsprecher nach Anspruch 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der rückwärtigen Serienschwingkreise (20) der Anzahl der dem rückwärtigen Schallzentrum (2) zugeordneten Impedanzspitzen angepasst ist. - Lautsprecher nach Anspruch 5 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass dem vorwärtigen Schallzentrum (1) wenigstens eine vorwärtige Phasenschieberschaltung (16) zugeordnet ist und eine Grenzfrequenz (fg) der vorwärtigen Phasenschieberschaltung (16) kleiner als der größere Wert aus einer Menge {
dem vorwärtigen Schallzentrum (1) wenigstens eine Impedanzspitze zugeordnet Ist und wenigstens ein ihr angepasster vorwärtiger Serienschwingkreis (21) vorgesehen ist, der die Impedanzspitze glättet. - Lautsprecher nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das vorwärtige Schallzentrum (1) in einem vorwärtigen Gehäuse (4) und das rückwärtige Schallzentrum (2) in einem rückwärtigen Gehäuse (5) untergebracht sind und wenigstens das Gehäuse (4, 5), in dem ein Schalizentrum (1, 2) mit Phasenschieberschaltung (15, 16) angeordnet ist, im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen ist.
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