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Runllfunkempfangskassette.
Die Erfindung bezieht sich auf Rundfunkempfangsgeräte und hat die Verbesserung der Schall- wiedergabe zum Ziele.
Die Dimensionen solcher für das Heim bestimmter Geräte ergeben sich aus den Raumverhält- nissen. In der Regel werden Abmessungen von etwa 30 bis 50 cm vorgezogen. Grössere Ausmasse findet man bei Schränken. die mitunter etwa 100 cm Seitenlänge aufweisen. In der Tiefe werden selten Werte von 50 cm überschritten.
Im nachfolgenden wird das akustische Verhalten solcher Kassetten beschrieben und die Schlussfolgerungen für die Entstehung der Erfindung daraus gezogen. Der Tonfrequenzbereich bei der Übertragung von drahtlosen Signalen beträgt etwa 30-8000 Hertz, das ergibt Wellenlängen des Schalles von etwa 1000embis 4cm. DieAbstrahlung der tiefsten Frequenzenmaeht besonderesehwierig- keiten.
Wenn Kassetten mit freistrahlenden Lautsprechern, wie sie heute allgemein üblich sind, verwendet werden, wird der durch die Kassettendimensionen bedingte Kurzschluss der von der Vorderund Rückseite der Membran herrührenden Schallwellen dadurch kompensiert, dass die Resonanz ausgenützt wird, die durch die in der Kassette eingeschlossene Luft als Element der Steifigkeit und die an der hinteren Öffnung der Kassette zirkulierende Luft als Element der Masse gebildet wird und eine plotz- liche Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung hervorruft. Diese Erscheinung ist sehr selektiv und ruft den bekannten, bei allen Rundfunkempfangsgeräten zu beobachtende Kastenton hervor, weil nur ein enger Tonbereich übermässig verstärkt und der übrige Teil fast zur Gänze unterdrückt wird.
Wird das Empfangsgerät, wie es fast immer der Fall ist, vor einer festen Wand aufgestellt, dann beein- flusst auch diese die Hesonanzeigenschaften der Kassette in ungünstigem Sinn, je näher diese der Wand steht, weil das Element der Masse verkleinert wird und damit die Resonanz sich gegen den höheren Tonfrequenzbereich verschiebt.
Im Bereich der mittleren und hohen Tonfrequenzen treten bei Verwendung von freistrahlenden Lautsprechern ebenfalls störende Erscheinungen auf, die einem natürlichen Klangeindruek hindernd im Wege stehen. Schon im Bereiche um etwa 1000 Hertz bilden sieh auf der Membran Schwingungknoten, die Welleniiterferenzeffekte durch gegenphasig schwingende Membranpartien hervorrufen.
Der daraus resultierende ungleichmässige Verlauf der Frequenzkurve ergibt ein unnatürlirh sehrilles Klangbild. Innerhalb der Kassette bilden sich ferner stehende Wellen durch das gute Reflexionsvermögen der Kassettenwände aus, die ebenfalls zum ungleichmässigen Frequen/gang beitragen. Im hohen Frequenzbereich beeinflusst die Veränderung des Strahlungswiderstandes der Membran den Wirkungsgrad. Der-Strahlungswiderstand einer Membran steigt mit zunehmender Frequenz so lange linear an, bis der Durchmesser der Membran in die Grössenordnung der Schallwellenlänge kommt.
Bei einem Membrandurchmesser von 30 cm tritt dies schon bei etwa 1000 Hertz ein. Der Erscheinung, dass bei höheren Tonfrequenzen nur ein zentraler Teil der Membran schwingt, ist es zuzuschreiben, dass der Abfall des Wirkungsgrades später erfolgt. In der Regel tritt jedoch der Abfall bei etwa 3000 Hertz ein. Es werden wohl Lautsprecher gebaut, die durch besondere Membranausbildung auch höhere Frequenzen gut abstrahlen, aber auch da tritt ein störender Effekt in der ausgeprägten Rieht- wirkung solcher Membranen auf, weil die Wellenlänge unter den Membranabmessungen liegt.
Es ist vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Wiedergabe im niederen Frequenzbereich an der Rückseite der Membran ein in die Kassette eingebautes akustisches Labyrinth zu verwenden.
Dadurch gelang es, einen gleichmässigen und hohen Wirkungsgrad über einen breiten Bereich tiefer
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Tonfrequenzen zu erreichen. Wird für den höheren Frequenzbereich kein selbständiger Lautsprecher mit höherem Wirkungsgrad als der des tiefen Bereiches ohne Labyrinth verwendet, dann entsteht eine bassige Wiedergabe. Für den höheren Bereich verwendet man daher kleine freistrahlende Konuslautsprecher mit leichter Membran und leichtem Antriebsystem. Der Grad der Verbesserung durch diese Massnahmen reicht nicht aus, einen natürlichen Klangeindruck zu vermitteln. Vor allem sind es die Unregelmässigkeiten im Bereich um 1000-3000 Hertz, der Abfall des Wirkungsgrades im Bereich höchster Tonfrequenzen und der schmale Strahlungswinkel, die hindernd im Wege stehen.
Die amerikanische Patentschrift Nr. 1, 934932 beschreibt einen kombinierten Lautsprecher. der zur Wiedergabe bestimmter Tonbereiche kegelförmige Trichter enthält, die lotrecht in radialer Anordnung in einer Kassette derart eingesetzt sind, dass die Austrittsöffnungen gegen die Kassettenwand gerichtet sind. Aus der Beschreibung dieser Patentschrift geht hervor, dass die Trichter aus verschiedenem Material herzustellen sind, um dem Schall den Klang der wiederzugebenden Musikinstrumente zu verleihen. Durch die Anordnung der Trichter wird der Schall an die Kassettenwand geworfen und durch Reflexion an dieser, also mittelbar ausgesendet.
In der deutschen Patentschrift Nr. 591587 ist ein Grossflächenlautsprecher beschrieben, der für die Vergrösserung des Strahlungswinkels für die hohen Tonfrequenzen ringförmige Trichter vor die Grossmembran geschaltet hat. Die Wirkung dieser Trichter, deren Achslänge kleiner als der Membrandurehmesser ist, beschränkt sich auf die Abstrahlung der hohen Tonfrequenzen. Schallwellen niederer Frequenz können ungehindert hindurchtreten. Diese Trichter wirken also mehr als Schallzerstreuer und dienen zur Vermeidung von Welleninterferenzeffekten ; dieser Lautsprecher eignet sieh übrigens schon wegen der erforderlichen grossen Abmessungen nicht zum Einbau in Rundfunkkassetten.
Die Bedingungen, die für naturgetreue Wiedergabe zu erfüllen sind, sind folgende :
Der Frequenzbereich muss von etwa 50 bis 8000 Hertz reichen. Die abgestrahlte akustische Leistung darf Schwankungen von höchstens + 2 db aufweisen. Der Strahlungswinkel muss so breit sein, dass alle im Raum befindlichen Zuhörer erfasst werden. Zum Gegenstand der Erfindung gehört unter anderem die Auswahl der an sich bekannten Lautspreehertypen nach den vorgenannten Gesichtspunkten und die in den Kassettendimensionen bedingte Dimensionierung und Festlegung der Grenze des Übertragungsbereiehes. Für den niederen Frequenzbereich eignen sich dynamische Antriebsystems mit Membranabmessungen, wie sie heute in Empfangsgeräten üblich sind.
Für die Wiedergabe im mittleren und hohen Frequenzbereich scheiden freistrahlende Lautsprecher aus. Hornlautsprecher haben die Eigenschaft, höhere Tonfrequenzen in schmalem Raumwinkel längs der Achse auszusenden.
Zur Erzielung des in den vorstehenden Bedingungen angeführten breiten Strahlung'swinkels bis zu den höchsten Tonfrequenzen werden erfindungsgemäss mehrere Hörner mit radial liegenden Achsen zur unmittelbaren radialen Abstrahlung aneinandergereiht oder innerhalb eines Trichters Schalleitwände eingesetzt.
Auch die Wahl des Teilungspunktes beim Arbeiten mit zwei Lautsprechersystemen wird aus den der Erfindung zugrunde liegenden Gesichtspunkten festgelegt. Die radial angeordneten Hörner können in ein einziges Abtriebsystem einmünden. Wählt man beispielsweise den Membrandurehmesser eines solchen Antriebsystems etwa 6 ein, so beträgt das Gewicht einschliesslich Sehwingspule etwa 1, 2 g. Bei einer Grenzfrequenz von etwa 8000 Hertz ergibt sich aus den bekannten Gleichungen über die Anpassung der mechanischen Impedanz des schwingenden Systems an die akustische des Hornes eine Drucktransformation von etwa 1 : 14. Die Gesamtmundöffnung der Hörner muss dann etwa 2 ein2 betragen. Werden z. B. vier Hörner angenommen, die waagrecht radial nebeneinander liegen. so entfällt auf jede Mundöffnung 0,5 erra.
Die Länge der Hörner soll etwa 20 em betragen, um sie ohne Knicken waagrecht in der Kassette unterzubringen. Aus bekannten Beziehungen ergibt sich, dass die Querschnittfläche des Hornes für eine untere Grenzfrequenz von etwa 600 Hertz pro 3, 26 em, in der Achsrichtung gemessen, auf den doppelten Wert anwachsen soll. Dies ergibt bei einer Mundöffnung von 0,5 ein2 und einer Länge von 20 cm eine Austrittsöffnung von 32 ers62. Es ist nun zu prüfen, ob die Austrittsöffnung den Bedingungen entspricht. Bei aneinandergereihten Öffnungen kann die Gesamtfläche aller Öffnungen in die Berechnung aufgenommen werden. Die sich daraus ergebende Öffnung weist eine Seitenlänge von 22. 4 ein und eine Höhe von 5,6 em, somit eine Fläche von 125 em2 auf.
Diese Abmessungen ermöglichen die Abstrahlung von Frequenzen um 600 Hertz, da ein Viertel der Wellenlänge von 600 Hertz 14 em beträgt. also gleich dem arithmetischen Mittel der Breite und Höhe der Austrittsöffnung.
Der dem zweiten Lautsprecher zugeführte Frequenzbereich beträgt 50-600 Hertz. Bei Radiogeräten der bekannten Art lässt man die freistrahlende Membran des Lautsprechers durch eine Öffnung der Kassettenvorderwand wirken. Die Verwendung der Horntype im Frequenzbereich von etwa 600 bis 8000 Hertz ermöglicht es, auch dem Tieftonlautsprecherantriebsystem ein Horn vorzusetzen, dessen Austrittsöffnung vorne liegt. Dieses Horn, das eine grössere Länge hat als die Kassettentiefe, wird zweckmässig gefaltet, also ineinandergeschachtelt. Die exponentielle Quersehnittszunahme kann stufenweise erfolgen, da die Wellenlänge von 600 Hertz etwa 50 em beträgt und Abweichungen von einigen Zentimetern keinen Einfluss haben.
Auch wenn das Tieftonsystem eine freistrahlende Type
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von Mehrfach-Hoehtonhörnern eine ausgezeichnete Wiedergabe, weil vor allem der Bereich der grössten
Ohrempfindlichkeit und besten Differenzierbarkeit gleichmässig abgestrahlt wird und ganz hohe Ton- frequenzen hinzukommen, die freistrahlende Lautsprecher nur mangelhaft oder ungleichmässig ver- arbeiten. Unter diesen Verhältnissen wird man zur Angleichung des hohen Hnrnwirkungsgrades an den geringeren des freistrahlenden Lautsprechers den Hochtonlautsprecher mit Widerständen drosseln. Hohe Tonfrequenzen durch gefaltete Hörner wirksam abzustrahlen, ist nicht möglich, da durch die Strahlenwirkung Reflexionen im Innern des Hornes entstehen.
Aus den bekannten Gleichungen für die Impedanzanpassung von Membran und Horn ergibt sich für eine obere Grenzfrequenz von etwa
600 Hertz eine Druektransformatien von etwa l : 1. 5 bis 1 : 2, wenn ein Membrangewicht der heute üblichen Membranen von freistrahlenden Lautsprechern in Rundfunkgeräten in Rechnung gestellt wird. Die sich aus den Bedingungen für die Querschnittzunahme ergebende Hornlänge ist verhältnis- mässig klein, so dass in der Regel ein zweimaliges Umkehren der Strahlungsrichtung im Innern der
Kassette genügt.
Aus diesen Darlegungen ist zu ersehen, dass durch Berücksichtigung der Eigenschaften von
Wellenlängen verschiedener Grösse zusammen mit den Bedingungen, die Hornlautspreeher verlangen, und den Raumverhältnissen von Rundfunkempfangskassetten eine Konstruktion entsteht, die einen wesentlichen Fortschritt bedeutet.
Die Erfindung gilt gleichermassen, wenn auch die Rückseite der Membran des Hoehtonlaut- sprechers zur Abstrahlung herangezogen wird. Es ist ohneweiters möglich, an die Rückseite das gefaltete
Horn anzuschliessen und die Schallwellen nach mehrfachen Umleitungen an der Vorderseite der Kassette ausmünden zu lassen. Da die Hochtonmembran sehr leicht ist, kann auf eine Drucktransformation vor dem gefalteten Trichter verzichtet werden. Dadurch wird das gefaltete Horn nicht übermässig lang.
In den Fig. 1 und 2 sind Beispiele von Konstruktionen nach der Erfindung veranschaulicht.
In Fig. 1 ist die Rundfunkempfangskassette mit 7, das elektrische Empfängerehassis mit 2, das Mehrfach-Horhtonhornsystem mit 3, das dazugehörige Antriebsystem mitez das Tieftonantriebsystem mit 5 und das gefaltete Horn mit 6 bezeichnet. Da Rundfunkernpfangskassetten in der Regel in
Kopfhöhe aufgestellt werden, genügt es, mehrere Trichter waagrecht nebeneinander zu legen. Selbst- verständlich ist es auch möglich, Trichter radial übereinander anzuordnen.
In Fig. 2 sind analoge Bezeichnungen angewendet mit Ausnahme des Tieftonantriebsystems, indem das Antriebsystem 4 auch als Schallquelle für die tiefen Frequenzen dient. 5 ist das gefaltete Hörn. Die. Trichteröffnungen können durch einen Stoffüberzug verdeckt werden, der genügend porös ist, die höchsten Tonfrequenzen nicht zu schwächen.
Der Anschluss der Lautsprecher erfolgt zweckmässig über ein elektrisches Teilungsnetzwerk in der bekannten Weise. Das Antriebsystem für den höheren Frequenzbereich kann zur Vermeidung von Welleninterferenzeffekten in der Luftkammer Schallkanäle enthalten, die in ein Rohr münden, an das die Hörner angeschlossen sind. Es können auch die Hörner mit ihren kleinen Öffnungen direkt in die Luftkammer münden. Im elektrischen Ersatzsehaltbild erscheint bekanntlich die Luftkammer als eine parallel zum Ohmschen Widerstand, der die Triehterimpedanz darstellt, liegende Kapazität.
Die Veränderung des Volumens der Luftkammer wirkt wie eine veränderliche Kapazität. Mechanische Vorrichtungen, die beispielsweise ein Nähern der Membran an die Kappe erlauben, können als Tonblende angesehen werden, da höhere Tonfrequenzen bei Vergrösserung der Luftkammer nicht wirksam in die Trichteröffnungen gelangen.
Die Wirkung der Hörner wird nicht wesentlich beeinflusst, wenn die Austrittsöffnungen nicht aneinandergereiht sind, wie Fig. 2 zeigt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Rundfunkempfangskassette, die mehrere radial oder nahezu radial angeordnete Trichter oder einen Trichter mit eingebauten Schalleitwänden zur unmittelbaren radialen Abstrahlung höherer Tonfrequenzen im zu bestreiehenden Raumwinkel enthält.