WO2014063820A1 - Vorrichtung zur resonanzminimierung von gehäusen - Google Patents

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WO2014063820A1
WO2014063820A1 PCT/EP2013/003204 EP2013003204W WO2014063820A1 WO 2014063820 A1 WO2014063820 A1 WO 2014063820A1 EP 2013003204 W EP2013003204 W EP 2013003204W WO 2014063820 A1 WO2014063820 A1 WO 2014063820A1
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compensation
compensation chamber
loudspeaker
chamber
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PCT/EP2013/003204
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Gerwin BARKAM
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Barkam Gerwin
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    • H04R9/12—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus

Definitions

  • This invention relates to a device for minimizing the resonance of housings, preferably sound generators or transducers, in particular electromagnetic type, and such a resonance-minimized, in particular a resonance-free, housing.
  • a sound generator or transducer is also referred to as 'speaker chassis' and such a housing of a sound generator or transducer for clarity as 'speaker housing'.
  • Vibrations are also referred to as 'resonances' in the following.
  • bass speaker chassis are equipped with an opening or a tube in one of the housing walls to compensate for a pressure difference in the interior with respect to the surrounding air (bass reflex construction).
  • Housing wall acts.
  • Speaker housings and a speaker housing in particular a
  • the object underlying the invention is achieved by the method and apparatus of the invention.
  • the device according to the invention consists of a compensation chamber which communicates with the volume of air of at least one loudspeaker housing via at least one movable compensating element.
  • the device is adapted to be placed in or on the speaker housing or otherwise connected to its volume of air be, for example via a pipe, what the retrofitting of existing ones
  • This compensation chamber is enclosed airtight from all sides to the surrounding air and has at least one outer side at least one
  • each compensating element is located in an opening of the wall of the compensation chamber and / or forms part of the wall of the compensation chamber.
  • an 'air displacement chamber' volume of the
  • Loudspeaker housing minus an optionally internal compensation chamber any number of compensation chambers follow.
  • the wall of the compensation chamber is not the compensating element formed by the wall of the loudspeaker housing.
  • Such a compensation element is so movable relative to the wall of the compensation chamber that it increases or decreases the volume of the compensation chamber as it moves, and separates any volume of air, in particular the volume of air in the loudspeaker housing, airtight from the volume in the compensation chamber. For this reason, the compensation element could also be referred to as a 'dynamic compensation element'.
  • the compensating element is connected to the volume of air of the speaker housing in such a way that at an overpressure in the speaker housing this also acts on the compensation element and during a movement of the
  • Speaker housing is reduced, and that at a negative pressure in the
  • the volume of the compensation chamber is at least 1% of the volume of the loudspeaker housing, preferably at least 10%, more preferably at least 20%.
  • the volume of the compensation chamber should not exceed 1000%, in particular 90% of the volume of the loudspeaker housing, preferably not 50% of its volume.
  • the volume of a preferred compensation chamber is between 0.01 and 45 liters, especially when housing vibrations in the mid-range or high-frequency range are to be suppressed.
  • the inner volume of the compensation chamber is round, elliptical or circular in shape, or as a polygon, preferably with rounded corners. This has the advantage that, especially at higher
  • the air pressure in the interior of the compensation chamber is smaller than the surrounding air pressure, in particular if the compensation element is not deflected.
  • the internal pressure of the compensation chamber is at most 99%, preferably at most 90% of the ambient air pressure.
  • this pressure preferably depends directly on the speaker chassis used in the speaker housing.
  • Each speaker chassis can theoretically move a maximum volume of air equal to the amount of difference in the volume of the contour of the loudspeaker chassis at maximum forward deflected diaphragm minus the volume of the contour of the loudspeaker chassis at maximum rear deflected diaphragm (stroke volume).
  • the stroke volumes of all speaker chassis of the speaker housing together make up the entire stroke volume.
  • an air pressure (with the deflection unit not deflected) which corresponds to the volume of air contained at normal pressure to which a volume has been taken which corresponds to 10% to 90% of the stroke volume at normal pressure, in particular 30% to 70%, particularly preferably 45% -55% of the stroke volume.
  • the reason for this is that with a full deflection of the loudspeaker chassis compared to its home position (also referred to as 'zero position' position which the loudspeaker assumes without any actuation) half of the stroke volume is either added to the housing volume or subtracted, because the speaker diaphragms are deflected either outwards or inwards.
  • volume change of the speaker housing can be compensated. This happens because the compensation element is moved and by volume increase, or -reduction of the compensation chamber, the internal volume of the speaker housing (volume of the speaker housing minus the volume of the compensation chamber) always keeps constant, regardless of the deflection of the speaker membranes. From this embodiment, the above-mentioned designation 'air displacement chamber' also comes out. In it, the air volume contained is ideally only shifted without a pressure increase. Relative to the air displacement chamber is preferred to remove half of the volume of air from the compensation chamber at atmospheric pressure by which the air displacement chamber can maximally increase in size and reduce the size of the compensation element in motion.
  • the compensating element Since the internal pressure of the compensation chamber exerts a force on the compensating element, it would be optimal if the compensating element could be just as easy to move inward and outward in the resting state. This is optimally achieved by removing approximately half of the stroke volume from the air volume of the compensation chamber at normal air pressure. As a result, there is a negative pressure, which facilitates a movement of the compensating element in the compensation chamber and does not make excessively difficult an outward movement.
  • half a stroke volume can also be determined by means of a volume change in a loudspeaker housing between zero position (basic position) and end stop of the loudspeaker diaphragm to the outside or inside (relative to the loudspeaker housing).
  • the air displacement chamber in a loudspeaker cabinet has at least two sub-air displacement chambers. This is the case, for example, when two sound generators are arranged in parallel one behind the other to improve the sound qualities. Because these elements are also very close can be arranged to each other (electrostat or magnetostat can be arranged only a few millimeters apart, the ratio of the volume of the compensation chamber and one of the sub-air displacement chambers 1: 0.0000000001 amount.
  • This air displacement chamber has loudspeaker membranes in its walls which move outwardly or inwardly upon emission of sound, this movement would result in a volume change of the air displacement chamber and thus a pressure change in its interior, but this volume change is compensated by deflection of the compensating element and instead achieved a change in volume of the compensation chamber.
  • the pressure in the interior of the air displacement chamber does not change and there is no difference in the air pressure on its walls and can not stimulate them to vibrate.
  • a negative pressure on the one hand ensures that the force that is due to the internal pressure of the airtight compensation chamber on the
  • Exerted balancing element is approximately equal in the extreme points of both deflection directions of the compensation element, and on the other hand, that the pressure on the walls of the compensation element and thus the vibration thereof is suppressed by the sound signal.
  • Preferred compensating elements are membranes, in particular loudspeaker membranes or piezomembranes, but also surface elements which move in the direction of the interior of the compensation chamber and / or in opposite directions, e.g. let move, twist or tilt.
  • the compensation chamber Preferably, the membranes, in particular loudspeaker membranes or piezomembranes, but also surface elements which move in the direction of the interior of the compensation chamber and / or in opposite directions, e.g. let move, twist or tilt.
  • the compensating elements are membranes, in particular loudspeaker membranes or piezomembranes, but also surface elements which move in the direction of the interior of the compensation chamber and / or in opposite directions, e.g. let move, twist or tilt.
  • Compensating elements lightweight and extremely stiff with the highest possible internal damping.
  • Other preferred compensating elements are moving parts of
  • Plasma transducers Plasma tweeters, magnetostrictive systems, electrical systems, electrostatics, magnetostats or air motion transformers.
  • An isolation of these elements to the walls of the compensation chamber preferably contains elastic plastics, paper or cardboard, in particular in the form of a bellows or a bead.
  • the compensation element consists of a part of the wall of the compensation chamber, which is opposite to the rest of the
  • Compensating chamber is movable.
  • Embodiment passive, so is moved by the surrounding pressure differences.
  • the compensation element moves actively. This is achieved by at least one movement element which can exert a force on the compensation element.
  • Preferred movement elements are elements from the group of magnetic coils, electrodes, piezoelectric elements, rotary motors and linear motors, wherein the motors are preferably operated electrically.
  • the motion elements are in a preferred form at least one
  • At least one loudspeaker chassis (equalizing loudspeaker) is mounted on or in the compensation chamber so that its diaphragm forms the compensating element.
  • This compensating speaker is now operated so that when mounted from outside its membrane moves towards the solenoid coil (the volume of the compensation chamber increases) when the diaphragm of the internal loudspeaker chassis of the
  • Loudspeaker housing moves away from its magnetic coil (the volume of the speaker housing thereby increases), and vice versa, the membranes of the two speakers thus perform a same direction movement.
  • each movement element is arranged in the interior of the compensation chamber.
  • the compensation chamber has more than one compensation element
  • these elements can be operated actively and / or passively, ie also mixed.
  • Compensation element is the compensation element with elastic elements
  • At least one included movement element has means which hold the compensation element against the negative pressure in the compensation chamber in the basic position when no audio signal is applied to the loudspeaker chassis.
  • the movement elements are controlled or regulated so that the force that the negative pressure in the
  • Compensating chamber on the compensating elements exercises compensated.
  • the compensation element has additional
  • At least one loudspeaker chassis of the loudspeaker housing has a membrane on opposite sides of its magnetic coil, one of these two diaphragms representing the compensating element.
  • the device according to the invention further comprises elements for monitoring and / or controlling and / or regulating the internal pressure of the compensation chamber, e.g. Pumps / compressors and / or pressure gauges together with air lines and valves.
  • a suitable pressure gauge should have an accuracy of better than 1 bar, in particular better than 1 mbar.
  • Another preferred embodiment includes a pressure equalization unit between the housing and the environment to compensate for external pressure fluctuations.
  • This pressure equalizing unit is preferably an opening or a pipe and in particular has a valve.
  • Such a device is particularly well suited for a system with a spatial radiation of more than 180 °, e.g. 360 °, in which the bass box is minimized by this system vibration, and high and midrange in other constructions are connected to this bass box, in that the wall of the bass box has virtually no vibrations during operation, it can be used as a base to mount even complex and delicate arrangements on it.
  • the method according to the invention proceeds as follows using a device described above:
  • the compensating element is deflected or passively deflected so far that the volume of the loudspeaker housing minus the volume of the compensating chamber remains as constant as possible even with a deflection of the loudspeaker diaphragms.
  • 'As constant as possible' means that only a maximum volume deviation of 1%, preferably 0.1%, more preferably 0.001% may exist.
  • Movement elements they are so controlled that the volume change of the speaker housing due to the deflection of the speaker diaphragms is compensated by the movement of the compensating element, or the
  • Loudspeaker housing due to the deflection of the speaker diaphragms also corresponds to the sign ago and this is equal in terms of amount ago.
  • Compensating chamber is deflected so that the inner volume of the speaker housing is reduced in a movement of the compensating element in the direction of the interior of the compensation chamber, the pressure in the speaker housing, and that at a negative pressure in the speaker housing this also acts on the compensating element and at a Movement of the compensating element from the interior of the compensation chamber across the negative pressure in the speaker housing is reduced and thus a
  • Pressure difference in the speaker housing can be compensated.
  • a control unit controls that the sound signal the speaker chassis of the speaker housing a short time after the
  • the time delay is the period of time which compensates for the inertia of the system / Movement elements compared to the sound signal corresponds. This serves to compensate for this inertia and to achieve a better pressure balance in the speaker housing, or to keep the volume in the speaker housing always constant.
  • the delay is in the range of the reciprocal cutoff frequency of the respective speaker chassis.
  • this would be a range of 0.002 ms to 10 s, preferably 0.02 ms to 10 ms, but for tweeters, this range may also be 0.000002 ms to 1 ms.
  • the device according to the invention is particularly good for frequencies of a maximum of 3000 Hz, preferably a maximum of 900 Hz, in particular of a maximum of 500 Hz
  • the present invention is also suitable for sound generators, which are based on other principles of excitation, for example compressed air.
  • the internal pressure of the compensation chamber is independent of the
  • External pressure after the pressure in the air displacement chamber and is correspondingly lower may well be greater than the external pressure.
  • the invention comprises a loudspeaker housing, which contains at least one, preferably in the wall mounted, speaker chassis and at least one of the above-described compensation chambers.
  • each of the compensation chambers is arranged in the housing or on the housing, or is connected to this via a possibility of pressure exchange.
  • the loudspeaker enclosure can be hermetically sealed but its wall also contains air outlets.
  • the basic principle of this invention is suitable not only for tweeters, midrange and woofers of any design, but also for broad bands, 360-degree all-round radiating speaker chassis, bending wave converter (eg Manger, BRM converter, NXT converter, Murata piezo tweeter) Magnetostats, Elektrostaten, etc.
  • the chassis may also be an air-motion transformer, a ribbon, circular tapes, etc. of any size.
  • the invention is also suitable for any speaker housing (for example, for mobile phones, headsets, headphones, hearing aids, etc.).
  • the compensation chamber and / or the air displacement chamber contains insulating and / or damping materials.
  • Preferred materials are insulating wool, ball-filled insulation boards, other insulation boards.
  • the chambers intermediate plates and / or static elements (eg
  • the invention can be used wherever unwanted vibrations or resonances occur.
  • record drives
  • CD / DVD / BlueRay devices CD / DVD / BlueRay devices, amplifiers, audiovisual components of all kinds / incl. Tape recorders) or devices in medical technology.
  • Figure 1 shows a sketch of an example of an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a sketch of another example of an inventive
  • Figure 3 shows a sketch of another example of an inventive
  • FIG. 4 shows an example of the use of a device according to the invention
  • Embodiment in a speaker arrangement Embodiment in a speaker arrangement.
  • FIGS. 5 and 6 show examples of the application of a method according to the invention
  • Embodiment at frequencies in the mid-tone or high-frequency range.
  • Figures 7 to 17 show a sketch of examples of further embodiments.
  • FIG. 1 shows a sketch of an embodiment according to the invention.
  • the compensation chamber 2 is arranged in or on the speaker housing. Regardless of the view of the part of the speaker housing without the compensation chamber 2 is the
  • Air displacement chamber 1 in the speaker housing is a
  • Loudspeaker chassis 3 is arranged, the loudspeaker diaphragm 4 forms part of the wall of the loudspeaker housing and the air displacement chamber 1.
  • the compensation chamber is also a speaker chassis as
  • the movement element 5 forms and its airtight connected to the wall of the compensation chamber 2 membrane
  • FIG. 2 shows a sketch of a further embodiment according to the invention, in which a loudspeaker is not used as compensation element 6, as in FIG. 1, but instead a plate, which in this case is moved by two movement elements 5.
  • the movement of the compensating element 6 by the movement elements 5 also compensates for the pressure differences otherwise occurring in the air displacement chamber 1 due to the movement of the loudspeaker diaphragm 4.
  • a venting device 11 is optionally mounted here, can be removed with the air from the interior of the compensation chamber or brought into it, and preferably the internal pressure can be monitored.
  • FIG. 3 shows a sketch of a further embodiment according to the invention, in which the compensating element 6 is moved passively.
  • the compensation chamber there is a negative pressure compared to the surrounding air, at least the air in the air displacement chamber 1.
  • the compensating element 6 is here connected to an elastic element 7.
  • an optional further chamber 10 surrounds the
  • Speaker housing or is part of the same. This further chamber is also intended to suppress vibrations, e.g. which, by the movement of the
  • FIG. 4 shows a complete structure for a sound emission of 360 ° (partial elevation).
  • a bass box is arranged, in which there is a compensation chamber, as outlined in Figure 2, and in addition has a connected to the actively moving by the movement elements 5 compensating element 6 connected elastic element 7 and elements for distance measurement 8.
  • a compensation chamber as outlined in Figure 2
  • Compensation chamber resonance-free housing of the bass box is mounted a construction of high / midrange, the sound signal vibration-free in the room can be radiated.
  • Figure 5 shows an example of another possible embodiment.
  • Speaker chassis 3 can be used here, for example, electrostatics or magnetostats. To reduce vibrations here are two round
  • AMTs Air Motion Transformers
  • the reference numerals also represent the above-mentioned units in a combined structure, e.g. Mid-bass and tweeter, dar.
  • Compensation chamber airtight encapsulated, in the left-hand device, the internal pressure of the compensation chamber can be changed with a pump here sketchy in the middle.
  • Figure 7 shows a loudspeaker cabinet of a headset comprising a compensation chamber 2 and two speaker diaphragms 4, here e.g.
  • Electrostates or magnetostats can be. Of course, a structure with only one speaker membrane is possible. Preferably contains
  • Compensation element at least one AMT.
  • the electrostatics can be present on one of the sides individually or in duplicate.
  • Figures 10 to 17 show further examples of preferred embodiments. Unless already known from the explanations on pages 13-15 and thus comprehensible, the assignments of the individual alphanumeric reference symbols (of the respective figures of 1-17) and the corresponding elements / functional units described in the pages (Z1-Z6) take place on these pages previous
  • electrostatic panel e.g.
  • (2x) 1 element having obvious function (See FIGS.1, 3 + 4)
  • 2 element having obvious function (See FIG.11, 2/13, 2)
  • Inner damping (te) 3 Front diffraction grating made of any material
  • Inner damping 3 Front diffraction grating made of any material
  • Angle “Alpha” and angle “Beta” should be the same size.
  • U meaningful minimum distance; e.g. here: 2.00 meters.
  • V optimal distance; e.g. here: 3.50 meters.
  • W meaningful maximum distance; e.g. here: 5.00 meters.
  • AMTs (x6 / 2x6 - at 360 degrees), there would also be more panels for all-round coverage (x8 / 2x8, xl2 / 2xl2, etc.), up to any number of panels imaginable. Quality demands / cost factors will set a limit of the sensible.

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Abstract

Vorrichtung (Kompensationskammer) zur Resonanzminimierung von Gehäusen, insbesondere von elektroakustischen Wandlern, (Lautsprechergehäusen), wobei die Kompensationskammer von allen Seiten luftdicht zu der sie umgebenden Luft umschlossen ist, dass an mindestens einer Außenseite der Kompensationskammer mindestens ein Ausgleichselement angeordnet ist, und dass der Luftdruck im Inneren der Kompensationskammer kleiner ist, als der Luftdruck in dem Ausgleichselement angrenzenden Volumen des Lautsprechergehäuses, wobei jedes Ausgleichselement relativ zur Wandung der Kompensationskammer dermaßen beweglich ist, dass es das Innenvolumen der Kompensationskammer bei seiner Bewegung vergrößert oder verkleinert, und jegliches Luftvolumen luftdicht von dem Volumen in der Kompensationskammer trennt, und dass mindestens eines der Ausgleichselemente mit dem Luftvolumen mindestens eines der Lautsprechergehäuse dermaßen in Verbindung steht, dass Druckänderungen in dem Lautsprechergehäuse durch Bewegung des Ausgleichselements und der damit einhergehenden Volumenänderung der Kompensationskammer kompensiert werden, bzw. das die Kompensationskammer berührende Innenvolumen des Lautsprechergehäuses unabhängig von der Auslenkung von Lautsprechermembranen in dessen Wandung durch die Kompensationskammer konstant gehalten wird.

Description

Vorrichtung zur Resonanzminimierung von Gehäusen
Diese Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Resonanzminimierung von Gehäusen, vorzugsweise von Schallerzeugern oder -wandlern, insbesondere elektromagnetischer Art, und einem solchen resonanzminimierten, insbesondere einem resonanzfreien, Gehäuse. Im Folgenden wird ein Schallerzeuger oder -wandler auch als 'Lautsprecherchassis' bezeichnet und ein solches Gehäuse eines Schallerzeugers oder -wandlers zur besseren Übersicht als 'Lautsprechergehäuse'.
Bei dem Betrieb eines Lautsprecherchassis wird dessen Gehäuse in der Regel durch die Lautsprecherchassis direkt und die durch die Lautsprecherchassis, insbesondere im Inneren des Gehäuses, bewegte Luft zu Schwingungen angeregt. Diese
Schwingungen werden hier im Folgenden auch als 'Resonanzen' bezeichnet.
Insbesondere bei tiefen Frequenzen mit einer großen Leistung, zum Beispiel bei Bassboxen, machen sich diese Schwingungen störend bemerkbar, da sie zum einen den Musikgenuss negativ beeinflussen und je nach Frequenz und Abstrahlleistung der Lautsprecherchassis auch das Lautsprechergehäuse beschädigen oder sogar zerstören können.
In der Regel werden Basslautsprecherchassis mit einer Öffnung oder einer Röhre in einer der Gehäusewände ausgestattet, um einen Druckunterschied im Innenraum bezüglich der umgebenden Luft auszugleichen (Bassreflex-Bauweise).
Nachteile dieser Vorrichtungen sind, dass diese Öffnung einem durch sie hindurchfließenden Luftstrom stets einen Widerstand entgegen setzen, so dass sich beim Betrieb zwangsläufig im Inneren des Gehäuses temporär ein Über- bzw. Unterdruck aufbaut, und dass zudem die Umgebung durch diese Entlüftung eine der
Schalldruckemission der Lautsprecherchassis entgegengesetzte Druckemission erfährt, die sich lokal durch Interferenz negativ auf das Klangerlebnis auswirken kann. Zudem wird die Impulsgenauigkeit durch unvermeidliche Abweichungen der
Phasenverschiebung des durch das Rohr emittierten Signals von dem Wert 180° zusätzlich negativ beeinflusst.
Weitere Lautsprecherboxen sind in Form eines geschlossenen 'Compound-Gehäuses', insbesondere nach dem Isobaric-Prinzip aufgebaut. Bei dieser Bauart befindet sich (im Inneren des geschlossenen Lautsprechergehäuses) ein weiteres Lautsprecherchassis exakt gleichen/ähnlichen Typs, welches (z.B.) in exakt gleicher Ausrichtung oder um 180-Grad gedreht, hinter dem von Außen sichtbarem (Bass-) Chassis angeordnet ist und für dieses vordere Chassis, den Einbau in eine unendliche Schallwand simuliert. Durch diese Maßnahme sinkt sowohl der Wirkungsgrad, als auch die untere
Grenzfrequenz (-3dB/6dB-Punkt) für diese Kombination von Lautsprecherchassis und (geschlossenem) Lautsprechergehäuse in dieser Ausführung/dieser Abmessungen, auf die Hälfte des bisherigen Wertes. Nachteil dieser Lautsprecherboxen ist ebenfalls, dass sich auch hier Schwingungen des Lautsprechergehäuses nicht ausreichend unterdrücken lassen.
Eine bisher nicht optimal unterdrückbare Ursache der Resonanzen ist also der Aufbau eines dynamischen Über- bzw. Unterdrucks im Inneren des Lautsprechergehäuse bei dessen Betrieb. Selbst bei einer optimalen schwingungsreduzierten Anbringung der Lautsprecherchassis an der Gehäusewand führt dieser mit dem Schallsignal wechselnde Innendruck dazu, dass die Wandungen des Gehäuses eine Kraft erfahren und dadurch zu Schwingungen angeregt werden. Im schlimmsten Falle ist der Überoder Unterdruck im Inneren temporär so groß, dass die Kräfte schädlich auf die
Gehäusewand wirkt.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und einem Verfahren zur Resonanzminimierung von
Lautsprechergehäusen sowie ein Lautsprechergehäuse, insbesondere ein
Basslautsprechergehäuse, zur Verfügung zu stellen, das resonazminimiert,
insbesondere resonanzfrei ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Kompensationskammer, die über mindestens ein bewegliches Ausgleichselement mit dem Luftvolumen mindestens eines Lautsprechergehäuses in Verbindung steht.
Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet, in oder an dem Lautsprechergehäuse angeordnet zu werden oder auf andere Weise mit dessen Luftvolumen verbunden zu werden, z.B. über ein Rohr, was die Nachrüstung von bestehenden
Lautsprechergehäusen ermöglicht.
Diese Kompensationskammer ist von allen Seiten luftdicht zu der sie umgebenden Luft umschlossen und weist an mindestens einer Außenseite mindestens ein
Ausgleichselement auf. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich jedes Ausgleichselement in einer Öffnung der Wandung der Kompensationskammer und/oder stellt einen Teil der Wandung der Kompensationskammer dar. Somit können je nach Ausführungsform auf eine 'Luftverschiebungskammer' (Volumen des
Lautsprechergehäuses abzüglich einer ggf. innenliegenden Kompensationskammer) beliebig viele Kompensationskammern folgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Wandung der Kompensationskammer, oder zumindest ein Teil der Wandung der Kompensationskammer jedoch nicht das Ausgleichselement durch die Wandung des Lautsprechergehäuses gebildet.
Ein solches Ausgleichselement ist relativ zur Wandung der Kompensationskammer dermaßen beweglich, dass es das Volumen der Kompensationskammer bei seiner Bewegung vergrößert oder verkleinert, und trennt jegliches Luftvolumen, insbesondere das Luftvolumen in dem Lautsprechergehäuse, luftdicht von dem Volumen in der Kompensationskammer. Aus diesem Grund könnte das Ausgleichselement auch als 'dynamisches Ausgleichselement' bezeichnet werden.
Das Ausgleichselement steht mit dem Luftvolumen des Lautsprechergehäuses dermaßen in Verbindung, dass bei einem Überdruck in dem Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des
Ausgleichselements in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer
(Verkleinerung des Volumens der Kompensationskammer) der Überdruck im
Lautsprechergehäuse vermindert wird, und dass bei einem Unterdruck in dem
Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des Ausgleichselements vom Innenraum der Kompensationskammer hinweg (Vergrößerung des Volumens der Kompensationskammer) der Unterdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumen der Kompensationskammer mindestens 1% des Volumens des Lautsprechergehäuses, vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20%. Insbesondere soll das Volumen der Kompensationskammer 1000%, insbesondere 90% des Volumens des Lautsprechergehäuses nicht überschreiten, vorzugsweise nicht 50% dessen Volumens. Das Volumen einer bevorzugten Kompensationskammer liegt zwischen 0,01 und 45 Litern, insbesondere wenn Gehäuseschwingungen im Mittelton oder Hochtonbereich unterdrückt werden sollen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Innenvolumen der Kompensationskammer rund gestaltet, in Ellipsen- oder Kreisform, oder als Vieleck, bevorzugt mit abgerundeten Ecken. Dies hat den Vorteil, dass, insbesondere bei höheren
Frequenzen im Mittel- oder Hochtonbereich, die Bildung von störenden Resonanzen in der Kompensationskammer unterdrückt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftdruck im Inneren der Kompensationskammer kleiner als der sie umgebende Luftdruck, insbesondere wenn das Ausgleichselement nicht ausgelenkt ist. Vorzugsweise beträgt der Innendruck der Kompensationskammer maximal 99%, bevorzugt maximal 90% des umgebenden Luftdrucks. Jedoch hängt dieser Druck bevorzugt direkt von den im Lautsprechergehäuse verwendeten Lautsprecherchassis ab. Jedes Lautsprecherchassis kann theoretisch ein maximales Luftvolumen bewegen, das dem Betrag der Differenz des Volumens der Kontur des Lautsprecherchassis bei maximal nach vorne ausgelenkter Membran minus dem Volumen der Kontur des Lautsprecherchassis bei maximal nach hinten ausgelenkter Membran entspricht (Hubvolumen). Die Hubvolumina aller Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses zusammen ergeben das gesamte Hubvolumen.
Bevorzugt herrscht in der Kompensationskammer ein Luftdruck (bei nicht ausgelenkter Ausgleichseinheit), der dem enthaltenen Luftvolumen bei Normaldruck entspricht, dem man ein Volumen entnommen hat, dass bei Normaldruck 10% bis 90% des Hubvolumens entspricht, insbesondere 30% bis 70%, besonders bevorzugt 45%-55% des Hubvolumens entspricht. Der Grund dafür ist, dass bei einer Vollauslenkung der Lautsprecherchassis verglichen mit ihrer Grundstellung (auch als 'Null-Lage' bezeichnete Stellung, die der Lautsprecher ohne jegliche Ansteuerung annimmt) die Hälfte des Hubvolumens entweder zu dem Gehäusevolumen hinzukommt oder abgezogen wird, da die Lautsprechermembranen entweder nach Außen oder nach Innen ausgelenkt sind. Das Luftvolumen im Inneren des Lautsprechergehäuses ändert sich jedoch nicht (bei einer Gehäusebelüftung durch den Strömungswiderstand existiert eine Änderung, die jedoch aufgrund des Strömungswiderstandes langsam verläuft). Um den Druckunterschied durch diesen Volumenunterschied des Gehäuses bei gleichbleibendem Luftvolumen zu kompensieren, müsste seitens der Kompensationskammer die
Volumenänderung des Lautsprechergehäuses kompensiert werden. Dies geschieht dadurch, dass das Ausgleichselement bewegt wird und durch Volumenvergrößerung, bzw. -Verkleinerung der Kompensationskammer das Innenvolumen des Lautsprechergehäuses (Volumen des Lautsprechergehäuses minus dem Volumen der Kompensationskammer) stets konstant hält, unabhängig von der Auslenkung der Lautsprechermembranen. Aus dieser Ausführung geht auch die oben benutzte Bezeichnung 'Luftverschiebungskammer' hervor. In ihr wird das enthaltene Luftvolumen idealerweise ohne einen Druckanstieg lediglich verschoben. Relativ zur Luftverschiebungskammer ist bevorzugt, die Hälfte des Luftvolumens aus der Kompensationskammer bei Normaldruck zu entnehmen, um das sich die Luftverschiebungskammer bei unbewegten Ausgleichselement beim Betrieb maximal vergrößern und verkleinern kann.
Da der Innendruck der Kompensationskammer eine Kraft auf das Ausgleichselement ausübt, wäre es optimal, wenn das Ausgleichselement sich im Ruhezustand genauso leicht nach innen wie nach Außen bewegen ließe. Dies wird optimal dadurch erreicht, dass ungefähr die Hälfte des Hubvolumens aus dem Luftvolumen der Kompensationskammer bei Normalluftdruck entnommen wurde. Dadurch herrscht dort ein Unterdruck, der eine Bewegung des Ausgleichselements in die Kompensationskammer hinein erleichtert und eine Bewegung nach außen nicht übermäßig erschwert.
Bei Lautsprecherchassis mit einer symmetrischen Bewegungsbahn, kann ein halbes Hubvolumen auch mittels einer Volumenänderung in einem Lautsprechergehäuse zwischen Null-Lage (Grundstellung) und Endanschlag der Lautsprechermembran nach außen oder Innen (relativ zum Lautsprechergehäuse) bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Luftverschiebungskammer in einem Lautsprechergehäuse mindestens zwei Sub-Luftverschiebungskammern auf. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn zwei Schallerzeuger parallel hintereinander angeordnet sind, um die Klangqualitäten zu verbessern. Da diese Elemente auch sehr nahe aneinander angeordnet sein können (Elektrostaten oder Magnetostaten können nur wenige Millimeter voneinander entfernt angeordnet sein, kann das Verhältnis des Volumens der Kompensationskammer und einer der Sub-Luftverschiebungskammern 1 :0,0000000001 betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bzw. das Prinzip, dass dieser Erfindung zugrunde liegt lässt sich anhand der oben erwähnten Luftverschiebungskammer gut erklären.
Unabhängig von der Anordnung der Kompensationskammer befindet sich im Lautsprechergehäuse diese Luftverschiebungskammer. Diese Luftverschiebungskammer weist in ihren Wandungen Lautsprechermembranen auf, die sich bei Emission von Tönen nach außen oder nach innen bewegen, diese Bewegung hätte eine Volumenänderung der Luftverschiebungskammer und damit eine Druckänderung in ihrem Inneren zur Folge, jedoch wird diese Volumenänderung durch Auslenkung des Ausgleichselements kompensiert und stattdessen eine Volumenänderung der Kompensationskammer erreicht. Dadurch ändert sich der Druck im Inneren der Luftverschiebungskammer nicht und es wirkt kein unterschiedlicher Luftdruck auf ihre Wandungen und kann diese nicht zum Schwingen anregen.
In der Kompensationskammer sorgt ein Unterdruck zum Einen dafür, dass die Kraft, die durch den Innendruck der luftdichten Kompensationskammer auf das
Ausgleichselement ausgeübt wird in den Extrempunkten beider Auslenkungsrichtungen des Ausgleichselements ungefähr gleich ist, und zum Anderen, dass der Druck auf die Wandungen des Kompensationselements und damit die Schwingung derselben durch das Tonsignal unterdrückt wird.
Bevorzugte Ausgleichselemente sind Membranen, insbesondere Lautsprechermembranen oder Piezomembranen aber auch Flächenelemente, die sich in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer und/oder entgegengesetzt bewegen, z.B. verschieben, verdrehen oder verkippen, lassen. Vorzugsweise sind die
Ausgleichselemente leichtgewichtig und extrem steif mit einer möglichst hohen inneren Dämpfung. Weitere Bevorzugte Ausgleichselemente sind bewegliche Teile von
Plasmawandlern, Plasmahochtönern, magnetostriktiven Systemen, Elektritsystemen, Elektrostaten, Magnetostaten oder Air Motion Transformern. Eine Isolierung dieser Elemente zu den Wandungen der Kompensationskammer enthält vorzugsweise elastische Kunststoffe, Papier oder Pappe, insbesondere in Form eines Balges oder eines Wulstes.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Ausgleichselement aus einem Teil der Wandung der Kompensationskammer, der gegenüber dem Rest der
Kompensationskammer beweglich ist.
Ein oben beschriebenes Ausgleichselement bewegt sich in einer bevorzugten
Ausführungsform passiv, wird also durch die es umgebenden Druckunterschiede bewegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bewegt sich das Ausgleichselement aktiv. Dies wird durch mindestens ein Bewegungselement erreicht, die eine Kraft auf das Ausgleichselement ausüben können. Bevorzugte Bewegungselemente sind Elemente aus der Gruppe Magnetspulen, Elektroden, piezoelektrische Elemente, Rotationsmotoren und Linearmotoren, wobei die Motoren vorzugsweise elektrisch betrieben werden.
Den Bewegungselementen ist in einer bevorzugten Form mindestens ein
Messinstrument zugeordnet, welches die Auslenkung mindestens eines
Ausgleichselements misst und diese Informationen zur Regelung der
Bewegungselemente an eine Regelelektronik weitergibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Lautsprecherchassis (Ausgleichslautsprecher) auf oder in der Kompensationskammer montiert, so dass dessen Membran das Ausgleichselement bildet. Dieser Ausgleichslautsprecher wird nun so betrieben, dass sich bei einer Anbringung von Außen seine Membran zur Magnetspule hin bewegt (sich das Volumen der Kompensationskammer vergrößert), wenn sich die Membran des innen liegenden Lautsprecherchassis des
Lautsprechergehäuses von ihrer Magnetspule weg bewegt (sich das Volumen des Lautsprechergehäuses dadurch vergrößert), und umgekehrt, die Membranen der beiden Lautsprecher somit eine gleichsinnige Bewegung ausführen. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Anordnung, bei der jedes Bewegungselement im Inneren der Kompensationskammer angeordnet ist. Bei einer Anbringung des oben beschiebenen Ausgleichslautsprechers im Inneren der Kompensationskammer muss natürlich die entgegengesetzte Ansteuerung verwendet werden, dass sich die
Lautsprechermembran in dem oben geschilderten Fall von der Magnetspule weg bewegt, wenn sich die Lautsprechermembranen der Lautsprecherchassis des
Lautsprechergehäuses nach Außen bewegen und umgekehrt. Dies kann einfach dadurch geschehen, dass die beiden Lautsprecherchassis das selbe Tonsignal erhalten, die Polung relativ zu den Magnetspulen jedoch entsprechend gewählt wird. Prinzipiell ist es von Vorteil, wenn die Bewegungselemente eines jeden aktiven Ausgleichselements mit dem selben oder einem verstärkten/abgeschwächten Signal betrieben werden, wie es auch an die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses gesandt wird.
In einer Ausführungsform, bei der die Kompensationskammer mehr als ein Ausgleichselement aufweist, können diese Elemente aktiv und/oder passiv, also auch gemischt betrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere für ein passiv bewegtes
Ausgleichselement, ist das Ausgleichselement mit elastischen Elementen
(vorzugsweise Gummis und/oder Federn) mit der gegenüberliegenden Wand der Kompensationskammer und/oder mindestens einem Lautsprecherchassis des
Lautsprechergehäuses, verbunden.
Dies ist besonders von Vorteil zur Kompensation einer Auslenkung des
Ausgleichselements aus der Grundstellung bei keinem Signal.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein enthaltenes Bewegungselement Mittel auf, die das Ausgleichselement gegen den Unterdruck in der Kompensationskammer in der Grundstellung halten, wenn kein Tonsignal an den Lautsprecherchassis anliegt. Insbesondere sind die Bewegungselemente dermaßen gesteuert oder geregelt, dass die Kraft, die der Unterdruck in der
Kompensationskammer auf das Ausgleichselemente ausübt kompensiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Ausgleichselement zusätzliche
Massenelemente auf, um es im Gravitationsfeld der Erde auszulenken. In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses an gegenüberliegenden Seiten seiner Magnetspule jeweils eine Membran auf, wobei eine dieser beiden Membranen das Ausgleichselement darstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung des Weiteren noch Elemente, zur Überwachung und/oder Steuerung und/oder Regelung des Innendrucks der Kompensationskammer, z.B. Pumpen/Kompressoren und/oder Manometer zusammen mit Luftleitungen und Ventilen. Ein geeignetes Manometer sollte eine Genauigkeit von besser als 1 Bar, insbesondere besser als 1 mBar haben.
Eine weitere bevorzugten Ausführungsform enthält eine Druckausgleichseinheit zwischen Gehäuse und Umgebung zum Ausgleich von äußeren Druckschwankungen. Bevorzugt ist diese Druckausgleichseinheit eine Öffnung oder ein Rohr und weist insbesondere ein Ventil auf.
Eine solche Vorrichtung ist besonders gut für ein System mit einer Raumabstrahlung von mehr als 180°, z.B. 360°, geeignet, bei dem die Bassbox durch dieses System schwingungsminimiert wird, und Hoch- und Mitteltöner in weiteren Aufbauten mit dieser Bassbox verbunden sind, dadurch, dass die Wandung der Bassbox so gut wie keine Schwingungen beim Betrieb aufweist kann sie als Basis verwendet werden, um auch komplexe und empfindliche Anordnungen auf ihr zu montieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft unter Verwendung einer vorangehend beschriebenen Vorrichtung wie folgt:
Gemäß des die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses erreichende Signal (im Folgenden als Tonsignal' bezeichnet) wird das Ausgleichselement so ausgelenkt, oder lenkt sich passiv so weit aus, dass das Volumen des Lautsprechergehäuses minus dem Volumen der Kompensationskammer auch bei einer Auslenkung der Lautsprechermembranen möglichst konstant bleibt. 'Möglichst konstant' bedeutet dabei, dass nur eine maximale Volumenabweichung von 1 %, vorzugsweise 0,1%, besonders bevorzugt 0,001% existieren darf.
Da jegliches Luftvolumen auf das Ausgleichselement durch seinen darauf ausgeübten Druck wirkt, weist insbesondere bei einer passiven Auslenkung des
Ausgleichselements die Kompensationskammer einen Unterdruck auf, wie
vorangehend beschrieben, um eine möglichst gleichmäßige Bewegung des
Ausgleichselements in jede der beiden möglichen Richtungen (in die Kammer hinein und aus der Kammer heraus) gegen die dieser Bewegung entgegengerichteten Kräfte zu gewährleisten.
Insbesondere bei einer aktiven Bewegung des Ausgleichselements durch
Bewegungselemente, werden diese dermaßen gesteuert, dass die Volumenänderung des Lautsprechergehäuses aufgrund der Auslenkung der Lautsprechermembranen durch die Bewegung des Ausgleichselements kompensiert wird, bzw. die
Volumenänderung der Kompensationskammer der Volumenänderung des
Lautsprechergehäuses aufgrund der Auslenkung der Lautsprechermembranen auch vom Vorzeichen her entspricht und diesem vom Betrage her gleich ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Resonanzminimierung von Lautsprechergehäusen ist dadurch gekennzeichnet, dass gemäß eines die Lautsprecherchassis des
Lautsprechergehäuses erreichende Signal das Ausgleichselement einer
Kompensationskammer nach einem der vorangehenden Ansprüche so ausgelenkt wird, dass das Innenvolumen des Lautsprechergehäuses bei einer Bewegung des Ausgleichselements in Richtung des Innenraumes der Kompensationskammer der Überdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird, und dass bei einem Unterdruck in dem Lautsprechergehäuse dieser auch auf das Ausgleichselement wirkt und bei einer Bewegung des Ausgleichselements vom Innenraum der Kompensationskammer hinweg der Unterdruck im Lautsprechergehäuse vermindert wird und damit ein
Druckunterschied in dem Lautsprechergehäuse kompensiert werden.
Es ist für das Verfahren unerheblich, ob es bei einer Kompensationskammer angewandt wird, die zur Umrüstung eines Lautsprechergehäuses geeignet ist, oder bei einem eine Kompensationskammer aufweisenden Lautsprechergehäuse.
In einer bevorzugten Ausführungsform regelt eine Steuereinheit, dass das Tonsignal die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses eine kurze Zeit nach den
Bewegungselementen des Ausgleichselements erreicht. Insbesondere beträgt die Zeitverzögerung die Zeitspanne, welche der Trägheit des Systems Ausgleichselemente / Bewegungselemente im Vergleich zum Tonsignal entspricht. Dies dient dazu, diese Trägheit zu kompensieren und einen besseren Druckausgleich im Lautsprechergehäuse zu erreichen, bzw. das Volumen im Lautsprechergehäuse stets konstant zu halten.
Vorzugsweise liegt die Verzögerung im Bereich der reziproken Grenzfrequenz der betreffenden Lautsprecherchassis. Im Bassbereich wäre dies ein Bereich von 0,002 ms bis 10 s, vorzugsweise 0,02 ms bis 10 ms, für Hochtöner kann dieser Bereich aber auch 0,000002 ms bis 1 ms betragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut für Frequenzen von maximal 3000 Hz, vorzugsweise maximal 900 Hz, insbesondere von maximal 500 Hz
anwendbar, weil dort das durch die Lautsprecherchassis bewegte Luftvolumen sehr groß werden kann. Jedoch ist es ebenso bevorzugt, insbesondere für die High-End- Nutzung, das Prinzip auch bei höheren Frequenzbereichen für Mitteltöner oder sogar für Hochtöner anzuwenden.
Insbesondere kann diese Vorrichtung jedoch auch bei einer Anordnung akustischer Schallwandler oder -erzeuger zur Anwendung kommen, bei der jegliche Elementkombination aus der Gruppe Basslautsprecherchassis, Mitteltöner, Hochtöner,
Breitbänder, 360-Grad-Rundumabstrahlende Lautsprecherchassis, Biegewellenwandler (z.B. Manger), Magnetostaten, Elektrostaten, Air-Motion-Transformer,
Bändchen, Zirkularbändchen, Plasmawandler, Plasmahochtöner, Magnetostriktive Systeme, Elektritsysteme, Fanfaren, Nebelhörner und Tonabnehmer zur Anwendung kommt. Obwohl hier elektromagnetische Prinzipien zur Schallerzeugung im
Vordergrund stehen, ist die vorliegende Erfindung auch für Schallerzeuger geeignet, die auch auf anderen Anregungsprinzipien beruhen, zum Beispiel Druckluft.
Der Innendruck der Kompensationskammer richtet sich unabhängig von dem
Außendruck nach dem Druck in der Luftverschiebungskammer und liegt entsprechend niedriger. Insbesondere im Falle von Druckluftschallerzeugung kann dabei der Druck in der Luftverschiebungskammer durchaus größer als der Außendruck sein.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Lautsprechergehäuse, welches mindestens ein, vorzugsweise in dessen Wandung angebrachten, Lautsprecherchassis und mindestens eine der vorangehend beschriebenen Kompensationskammern enthält. Dies bedeutet, dass jede der Kompensationskammern in dem Gehäuse oder an dem Gehäuse angeordnet ist, oder mit diesem über einen Möglichkeit des Druckaustauschs verbunden ist.
Das Lautsprechergehäuse kann luftdicht umschlossen sein dessen Wandung aber auch Luftdurchlässe beinhalten.
Das Grundprinzip dieser Erfindung ist nicht nur für Hochtöner, Mitteltöner und Tieftöner beliebiger Bauart geeignet, sondern auch für Breitbänder, 360-Grad-Rundum- abstrahlende Lautsprecherchassis, Biegewellenwandler (z.B. Manger, BRM-Wandler, NXT-Wandler, Murata-Piezo-Superhochtöner), Magnetostaten, Elektrostaten, etc. Es kann sich aber bei dem Chassis jedoch auch um einen Air-Motion-Transformer, ein Bändchen, Zirkularbändchen, etc. beliebiger Abmessungen handeln. Ebenfalls ist die Erfindung auch für beliebige Lautsprechergehäuse geeignet (z.B. auch für Handys, Headsets, Kopfhörer, Hörgeräte, etc.).
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind z.B.:
1) Durch das Nichtauftreten klangschädlicher Resonanzen kann die Klangqualität der Lautsprecherwiedergabe erheblich gesteigert werden, insbesondere bei der geschlossenes-Gehäuse-Bauart.
2. ) Andere Nachteile, die sich durch Vibrationen des Lautsprechergehäuses ergeben treten bei dieser Vorrichtung nicht auf.
3. ) Durch das Nichtauftreten von Gehäusevibrationen ist die räumliche Wiedergabegenauigkeit deutlich verbessert, weil die Schallentstehungsorte aller an der
Wiedergabe beteiligten Lautsprecherchassis (insbesondere ab höherer Lautstärke) eindeutig' präziser im Raum definiert ist.
Beispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Abbildungen dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kompensationskammer und/oder die Luftverschiebungskammer Dämm- und/oder Dämpfungsmaterialien. Bevorzugte Materialien sind Dämmwolle, kugelgefüllte Dämmplatten, sonstige Dämmplatten. Zudem können die Kammern Zwischenplatten und/oder Statikelemente (z.B.
Gewindestangen) enthalten.
Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo unerwünschte Schwingungen oder Resonanzen auftreten. So unter Anderem auch bei Schallplattenlaufwerken,
CD/DVD/BlueRay-Geräten, Verstärkern, audiovisuellen Komponenten aller Art /incl. Tonbandgeräte) oder Geräten in der Medizintechnik.
Figur 1 zeigt skizzenhaft ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Figur 2 zeigt skizzenhaft ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße
Ausführungsform.
Figur 3 zeigt skizzenhaft ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße
Ausführungsform.
Figur 4 zeigt ein Beispiel für die Anwendung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform in einem Lautsprecherarrangement.
Figuren 5 und 6 zeigen Beispiele für die Anwendung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform bei Frequenzen im Mittelton oder Hochtonbereich.
Figuren 7 bis 17 zeigen skizzenhaft Beispiele für weitere Ausführungsformen.
Figur 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein
Lautsprechergehäuse und eine Kompensationskammer 2 teilen sich dabei
Wandungselemente. Je nach Sichtweise ist die Kompensationskammer 2 dabei im oder am Lautsprechergehäuse angeordnet. Unabhängig von der Sichtweise stellt der Teil des Lautsprechergehäuses ohne die Kompensationskammer 2 die
Luftverschiebungskammer 1 dar. In dem Lautsprechergehäuse ist ein
Lautsprecherchassis 3 angeordnet, dessen Lautsprechermembran 4 einen Teil der Wandung des Lautsprechergehäuses und der Luftverschiebungskammer 1 bildet. Auf der Kompensationskammer ist ebenfalls ein Lautsprecherchassis als
Ausgleichslautsprecher angebracht, dessen aktives Element
(Lautsprecherspule/Magneten) das Bewegungselement 5 bildet und dessen luftdicht mit der Wandung der Kompensationskammer 2 verbundene Membran das
Ausgleichselement 6 bildet.
Bewegt sich die Lautsprechermembran 4 nach außen, wird das Ausgleichselement 6 angehoben, so dass der Druck in der Luftverschiebungskammer 1 stets konstant bleibt. Gleiches passiert, wenn sich die Lautsprechermembran 4 nach innen bewegt.
In der Kompensationskammer besteht dabei ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1.
Figur 2 zeigt eine Skizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der nicht wie in Figur 1 ein Lautsprecher als Ausgleichselement 6 verwendet wird, sondern eine Platte, die in diesem Falle von zwei Bewegungselementen 5 bewegt wird. Die Bewegung des Ausgleichselements 6 durch die Bewegungselemente 5 kompensiert ebenfalls die durch die Bewegung der Lautsprechermembran 4 ansonsten in der Luftverschiebungskammer 1 auftretenden Druckunterschiede.
In der Kompensationskammer besteht dabei auch hier ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1.
An der Kompensationskammer ist hier optional eine Entlüftungseinrichtung 11 angebracht, mit der Luft aus dem Inneren der Kompensationskammer entnommen oder in sie hineingebracht werden kann, und bevorzugt der Innendruck überwacht werden kann.
Figur 3 zeigt eine Skizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der das Ausgleichselement 6 passiv bewegt wird. In der Kompensationskammer besteht dabei ein Unterdruck im Vergleich zur umgebenden Luft, zumindest der Luft in der Luftverschiebungskammer 1. Das Ausgleichselement 6 ist hier mit einem elastischen Element 7 verbunden. Hier umgibt eine optionale weitere Kammer 10 das
Lautsprechergehäuse oder ist Teil desselben. Diese weitere Kammer soll ebenfalls Schwingungen unterdrücken, z.B. welche, die durch die Bewegung der
Lautsprecherchassis an sich entstehen. Zusätzlich ist das Lautsprecherchassis optional noch mit einer Elektronik 12, z.B. einer Frequenzweiche o.ä., ausgestattet.
Figur 4 zeigt einen kompletten Aufbau für eine Tonabstrahlung von 360° (Teilaufriss). Unten ist eine Bassbox angeordnet, in der sich eine Kompensationskammer befindet, wie sie in Figur 2 skizziert wurde, und die zusätzlich ein mit dem aktiv durch die Bewegungselemente 5 bewegten Ausgleichselement 6 verbundenes elastisches Element 7 und Elemente zur Abstandsmessung 8 aufweist. Auf dem durch die
Kompensationskammer resonanzfrei gehaltenen Gehäuse der Bassbox ist ein Aufbau aus Hoch-/Mitteltönern montiert, dessen Tonsignal erschütterungsfrei in den Raum abgestrahlt werden kann.
In der Kompensatinskammer kann eine extrem energiesparende Embedded- Prozessor-Platine mit Luftdruck-Chip, Blue-Tooth-Schnittstelle und (zur
Energiegewinnung) einem/mehreren Beschleun igungs-Sensoren, welche auf einem Ausgleichselement montiert sind.
Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine andere mögliche Ausführungsform. Als
Lautsprecherchassis 3 können hier beispielsweise Elektrostaten oder Magnetostaten verwendet werden. Zur Reduktion von Schwingungen sind hier zwei runde
Kompensationskammern 2 dargestellt, für deren Ausgleichselemente 6 Teile von Air Motion Transformern (AMTs) die hier auch die Bewegungselemente 5 beinhalten, sind.
In Figur 6 stellen die Referenzzeichen ebenfalls die oben genannten Einheiten bei einem kombinierten Aufbau, z.B. Tiefmitteltöner und Hochtöner, dar.
In Figur 8 sind zwei Mobiltelefone dargestellt, welche eine erfindungsgemäße
Kompensationskammer 2 enthalten. In dem rechten Gerät ist die
Kompensationskammer luftdicht verkapselt, bei dem linken Gerät kann der Innendruck der Kompensationskammer mit einem hier skizzenhaft in der Mitte dargestellten Pumpgerät verändert werden.
In Figur 7 ist ein Lautsprechergehäuse eines Kopfhörers dargestellt enthaltend eine Kompensationskammer 2 und zwei Lautsprechermembranen 4, die hier z.B.
Elektrostaten oder Magnetostaten sein können. Selbstverständlich ist auch ein Aufbau mit nur einer Lautsprechermembran möglich. Vorzugsweise enthält das
Ausgleichselement mindestens ein AMT.
In Figur 9 zeigt einen 360° Lautsprecher mit Elektrostaten enthaltenden
Rahmenelementen dargestellt. Die Elektrostaten können an einer der Seiten einzeln oder doppelt vorhanden sein.
Figuren 10 bis 17 zeigen weitere Beispiele bevorzugter Ausführungsformen. Sofern nicht schon durch die Erläuterungen auf de Seiten 13-15 bekannt und somit nachvollziehbar, erfolgen auf diesen Seiten (Z1 - Z6) die Zuordnungen der einzelnen alphanummerischen Referenzzeichen (der jeweiligen Figuren von 1-17) und den entsprechenden Elementen / Funktionseinheiten, die im vorangegangenen
Beschreibungstext dieses Antrages bzw. in einem der nachfolgenden Kommentare angeführt werden.
Bzgl. Seite 5/11
Zu FIG. 7
2 Kompensationskammer(-n)
4: Lautsprechermembran(-en)
5 Ausgleichselement
Bzgl. Seite 5/11
Zu FIG.8
2: Kompensationskammer(-n)
5: Ausgleichselement
Zzgl. Pumpgerät (Vgl. auch: FIG. 4; FIG. 5; FIG. lla/llb; FIG. 13; FIG. 16 und FIG. 17)
Y: Orientierungspunkt
1-3: Elektrostaten-Panel (z.B.)
4: 1. Luftverschiebungskammer (Vgl. Seite 5,
Letzter Absatz und Seite 6, erster Absatz)
Zu FIG. 10
(2x) 1: Element mit offensichtlicher Funktion (Vgl. FIG. 1; 3+4) 2: Element mit offensichtlicher Funktion (Vgl. FIG. 11; 2 / FIG. 13; 2)
3-5: (jeweils) Element mit offensichtlicher Funktion
Bzgl. Seite 7/11
Zu FIG. 11 (a) + (b) Y: Orientierungspunkt
1: Invertierte Fresnel-Linsen-Struktur (FLS) z.B. aus Gummi 2: Tragstruktur-Element mit rigider Stabilität und hoher
Innerer Dämpfung (te) 3: Vorgelagertes Beugungsgitter aus beliebigem Material
5 : Elektrostaten-Panel (z.B.)
4 ". Ausgleichs-Element AMT (z.B.) Zu FIG. 12 (a) - (d)
Luftverschiebungskammer Kompensationskammer
Bzgl. Seite
Zu FIG. 13 (a) + (b) (Vgl. auch FIG. 11; 1-3)
1: Invertierte Fresnel-Linsen-Struktur(FLS); z.B.: Gummi 2: Tragstruktur-Element (te) mit rigider Stabilität und hoher
Innerer Dämpfung 3: Vorgelagertes Beugungsgitter aus beliebigem Material
Bzgl. Seite 10/11
Zu FIG. 14
1: Tonabnehmer
(4x) 2: Kompensationskammer(-n)
3: Winkel„ALPHA" = 20-Grad
4: Schallplattenoberfläche
5: Tonarm
(2x) 6: Befestigungs-Element (z. B,: Schraube) Zu FIG. 15
1: Stellfläche
2: Spike
3: ggf. spiegelbildlicher Aufbau
4: Gehäuse
5: Kompensationskammer; mit (Teil-) Vakuum
6: Passiv-Membran
7: Luftverschiebungskammer
8: Aktor
9: Spike
Bzgl. Seite 11/11
Zu FIG. 16 (Schallabstrahlung beider Hochtöner)
(2x) l: Hochtöner (HT)
(2x) 2: Hochtonhorn
3: Winkel„Alpha"; kleiner als 90-Grad
4: Winkel „Beta"; kleiner als 90-Grad
Winkel„Alpha" und Winkel„Beta" sollten gleich gross sein.
5: Trag-Element (Kommentar : siehe unten)
6: MT; z.B.: AMT (6x bei 360-Grad; Kommentar: s.u.) Zu FIG.16 - Fortsetzung
U = sinnnvoller Minimalabstand; z.B. hier: 2,00 Meter. V = Optimalabstand; z.B. hier: 3,50 Meter.
W = sinnnvoller Maximalabstand; z.B. hier: 5,00 Meter.
Kommentar zu Element 3+4; Winkel„Alpha" + Winkel„Beta":
Je nach anvisiertem Hörabstand, gibt es 360-Grad-Rundum-Hochton-Kegel mit gleichem„unterem" Kreisdurchmesser, aber unterschiedlicher Höhe. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Spitzenwinkel. Dies ist der Grund für die Stativ-Konstruktion mit verstellbaren Gewinderohren (Modulare Bauweise /„Brennweite").
Kommentar zu Element 5; Trag-Element:
3 bedämpfte Rohre/Gewindestangen mit ovaler Außenkontur (nach Innen
„angespitzt" und nach außen verrundet) tragen den oberen Hochton-Kegel mit beiden Hochtönern; der„innere" dient dabei als Ausgleichs-Element (gleichsinnige
Bewegung). Ingesamt verfügt die Konstruktion also über 4 (!) Hochtöner, von denen nur 2 von außen sichtbar sind und somit auch„nur" über 2x 360-Grad-Hochtonhörner.
Zu FIG. 17
(Vgl. FIG. 4 / FIG. 16)
(6x) 1: MT; z.B.: AMT (Kommentar: siehe unten)
Kommentar zu Element 1; MT:
Z.B. AMTs (x6/2x6 - bei 360-Grad), es wären auch mehr Panele für eine Rundumabstrahlung (x8/2x8; xl2/2xl2; usw.), bis zu beliebig vielen Panelen denkbar. Qualitätsanspruch / Kostenfaktoren werden eine Grenze des Sinnvollen setzen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (Kompensationskammer) zur Resonanzminimierung von Gehäusen, insbesondere von elektroakustischen Wandlern, (Lautsprechergehäusen), dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationskammer von allen Seiten luftdicht zu der sie umgebenden Luft umschlossen ist, dass an mindestens einer Außenseite der
Kompensationskammer mindestens ein Ausgleichselement angeordnet ist, und dass der Luftdruck im Inneren der Kompensationskammer kleiner ist, als der Luftdruck in dem Ausgleichselement angrenzenden Volumen des Lautsprechergehäuses, wobei jedes Ausgleichselement relativ zur Wandung der Kompensationskammer dermaßen beweglich ist, dass es das Innenvolumen der Kompensationskammer bei seiner Bewegung vergrößert oder verkleinert, und jegliches Luftvolumen luftdicht von dem Volumen in der Kompensationskammer trennt,
und dass mindestens eines der Ausgleichselemente mit dem Luftvolumen mindestens eines der Lautsprechergehäuse dermaßen in Verbindung steht, dass Druckänderungen in dem Lautsprechergehäuse durch Bewegung des Ausgleichselements und der damit einhergehenden Volumenänderung der Kompensationskammer kompensiert werden, bzw. das die Kompensationskammer berührende Innenvolumen des Lautsprechergehäuses unabhängig von der Auslenkung von Lautsprechermembranen in dessen Wandung durch die Kompensationskammer konstant gehalten wird.
*
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, in oder an dem Lautsprechergehäuse angeordnet zu werden oder auf andere Weise mit dessen Luftvolumen verbunden zu werden.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jedes Ausgleichselement in einer Öffnung der Wandung der Kompensationskammer befindet und/oder einen Teil der Wandung der Kompensationskammer darstellt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck der Kompensationskammer maximal 99%, bevorzugt maximal 90% des umgebenden Luftdrucks beträgt und/oder in der Kompensationskammer bei nicht ausgelenkter Ausgleichseinheit ein Luftdruck herrscht, der dem enthaltenen Luftvolumen bei Normaldruck entspricht, dem man ein Volumen entnommen hat, dass bei Normaldruck 10% bis 90% des gesamten Hubvolumens der Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses entspricht, insbesondere 30% bis 70%, besonders bevorzugt 45%-55% des gesamten Hubvolumens entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eines der Ausgleichselemente passiv durch die es umgebenden Druckunterschiede bewegt.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eines der Ausgleichselemente mindestens ein
Bewegungselement aufweist, dass es aktiv zur Volumenänderung der
Kompensationskammer bewegt, wobei bevorzugte Bewegungselemente Elemente aus der Gruppe Magnetspulen, Elektroden, piezoelektrische Elemente, Rotationsmotoren und Linearmotoren enthalten.
*
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit enthält, die regelt, dass das Tonsignal die Lautsprecherchassis des Lautsprechergehäuses eine kurze Zeit nach den
Bewegungselementen des Ausgleichselements erreicht, vorzugsweise im Bereich von 0,0000002 ms bis 10 s, welche der Trägheit des Systems Ausgleichselement- Bewegungselement im Vergleich zum Tonsignal entspricht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationskammer und/oder die Luftverschiebungskammer Dämm- und/oder Dämpfungsmaterialien enthält, bevorzugt Stoffe der Gruppe Dämmwolle, kugelgefüllte Dämmplatten und sonstige Dämmplatten, und bevorzugt Zwischenplatten und/oder Statikelemente (z.B. Gewindestangen) enthält.
9. Lautsprechergehäuse, welches mindestens ein, vorzugsweise in dessen Wandung angebrachten, Lautsprecherchassis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine der Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
10. Lautsprechergehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Energierückgewinnungssystem aufweist, vorzugsweise auf der Basis von Peltier- Elementen, Rohrsystemen, oder Systemen auf dem Prinzip thermischer Solaranlagen oder dem Prinzip eines Kühlschranks/einer Klimaanlage; zur Schwingspulenkühlung oder Temperaturstabilisierung, und wobei vorzugsweise die Wärmeenergie wieder in verwendbare elektrische Energie umgewandelt wird.
11. Universell verwendbare Vorrichtung zur Schwingungsoptimierung / Resonanzverminderung bis - Vermeidung und somit somit Resonanzkontrolle sowie sonstiger Performanceverbesserungen in/an/um/von Elementen/Komponenten/Geräten/Anlagen sowie von Gruppen von Elementen/Komponenten/Geräten/Anlagen jeglicher Art und beliebiger Ausführung (Lautsprechergehäusen), dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationskammer von allen Seiten luftdicht zu der sie umgebenden Luft umschlossen ist, dass an mindestens einer Außenseite der Kompensationskammer mindestens ein Ausgleichselement angeordnet ist, und dass der Luftdruck im Inneren der Kompensationskammer kleiner ist, als der Luftdruck in dem Ausgleichselement angrenzenden Volumen des Lautsprechergehäuses,
wobei jedes Ausgleichselement relativ zur Wandung der Kompensationskammer dermaßen beweglich ist, dass es das Innenvolumen der Kompensationskammer bei seiner Bewegung vergrößert oder verkleinert, und jegliches Luftvolumen luftdicht von dem Volumen in der Kompensationskammer trennt,
und dass mindestens eines der Ausgleichselemente mit dem Luftvolumen mindestens eines der Lautsprechergehäuse dermaßen in Verbindung steht, dass Druckänderungen in dem Lautsprechergehäuse durch Bewegung des Ausgleichseiements und der damit einhergehenden Volumenänderung der Kompensationskammer kompensiert werden, bzw. das die Kompensationskammer berührende Innenvolumen des Lautsprechergehäuses unabhängig von der Auslenkung von Lautsprechermembranen in dessen Wandung durch die Kompensationskammer konstant gehalten wird.
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