CH681843A5 - Bass response improving device for closed housing loudspeaker - Google Patents

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Abstract

The loudspeaker (LA) is in a fully enclosed cabinet (G) of interior volume (VI). A pressure control circuit decreases the differences between the gas presence in interior (VI) of the housing (G) and the time averaged mean gas pressure, outside the housing. In particular, the control circuit comprises a pressure sensor (P), control unit (R), power amplifier (A) and an electro dynamic transducer (TR).

Description

       

  
 



  Vorrichtung zur Verbesserung der Tieftonwiedergabe bei einem mit einem geschlossenen Gehäuse arbeitenden Lautsprechersystem. 


 Stand der Technik. 
 



  Bei herkömmlichen Lautsprechersystemen mit akustisch geschlossenen Lautsprechergehäusen stellt sich immer das Problem, dass ein kleines Gehäusevolumen die Tieftonwiedergabe stark beeinträchtigt. Um eine gute Tieftonwiedergabe zu ermöglichen, werden daher entweder unhandlich grosse Gehäuse verwendet, oder es werden die die Lautsprecher treibenden Signale einer Frequenzgangkorrektur unterzogen, oder es werden die abstrahlenden Lautsprechermembranen in korrigierende Regelkreise eingebunden. Die beiden letzteren Massnahmen verursachen selbst wiederum akustische Störungen. Weiters sind Verfahren bekannt ( Tiefenbrun; US-Pat. 4 008 374), die durch Einwirkung einer innenliegenden Lautsprechermembran eine wirkungsmässige Volumensvergrösserung des Gehäuses bezwecken. 


 Darstellung der Erfindung. 
 



  Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung eines Verfahrens dar, wonach niederfrequente Änderungen des Gasdruckes in dem von der schallabstrahlenden Lautsprechermembran und von dem akustisch geschlossenem Lautsprechergehäuse eingeschlossenen Gasvolumen durch die Wirkung der Bewegungen einer an dieses Volumen angrenzenden Membran eines innerhalb des Gehäuses angeordneten Lautsprechers, der als Glied eines Regelkreises arbeitet, weitgehend verhindert werden. Dadurch wird das Auftreten von Druckkräften, die eine niederfrequente  Schallabstrahlung beeinträchtigen würden, weitgehend vermieden. 



  Die Erfindung gemäss den Ansprüchen 1, 2 und 3 gewährleistet eine umfassende und einfache Anwendung eines Verfahrens, das durch den Einsatz einer Druckregelung auf eine wirkungsmässige Vergrösserung des Innenvolumens eines geschlossenen Lautsprechergehäuses abzielt. Insbesondere wird eine von den tatsächlichen Gehäuseabmessungen weitgehend unabhängige Anwendung der Druckregelung ermöglicht. Die Erfindung erlaubt die Schaffung eines einfach einzusetzenden Produktes, das auch von technisch weniger ausgebildeten Personen verwendet werden kann. Zusätzlich wird das Verhalten der Druckregelung verbessert, indem die Beeinflussung des Regelkreises durch hochfrequente Druckschwankungen verringert wird. 



  Die die geschilderten Aufgaben lösende Vorrichtung fusst auf folgender Erkenntnis: 



  Es soll der Einsatz einer Regelung ermöglicht werden, die weitgehend unabhängig von den Gehäuseabmessungen in der erwünschten Art und Weise arbeitet, die also nicht schwingt und keine Verzerrungen durch Einschwingvorgänge erzeugt. Ausserdem soll der Regelkreis durch höherfrequente akustische Signale nicht angeregt werden. Dies wird einerseits erreicht, indem die Regelstrecke, das ist das Gasvolumen, auf das die Membran des Innenlautsprechers einwirkt, beim Auftreten schneller Druckänderungen wirkungsmässig konstante und geeignet festgelegte Eigenschaften aufweist. Andererseits muss sichergestellt werden, dass die Regelstrecke durch höherfrequente Störungen nicht beeinflusst wird. Höherfrequente Störungen sind insbesondere die hochfrequenten Anteile des vom abstrahlenden Lautsprecher erzeugten akustischen Signales. 



  Beide Ziele werden erreicht, indem als Regelstrecke ein angemessen kleines Teilvolumen des lnnenvolumens des Lautsprechergehäuses gewählt wird. Dieses Teilvolumen wird mittels schallisolierender Wände gegen das restliche Innenvolumen des Lautsprechergehäuses abgegrenzt. Die  schallisolierenden Wände sind mit Durchbrüchen versehen, über die das Teilvolumen mit dem Restvolumen verbunden ist. Die Durchbrüche sind derart gestaltet und so mit schalldämpfenden Faser- oder Schaumstoffen ausgefüllt, dass eine Schall- oder Druckübertragung von dem Teilvolumen in das Restvolumen und auch in umgekehrter Richtung gemäss einer Übertragungsfunktion mit Tiefpasscharakteristik erfolgt.

  In diesem Teilvolumen wird durch einen dort angeordneten Gasdrucksensor der Gasdruck gemessen und, in Zusammenwirkung mit einem elektronischen Regler und einem elektrischen Leistungsverstärker und durch Einwirkung einer Lautsprechermembran auf dieses Gasvolumen, die Änderungen des Gasdruckes annähernd unterdrückt. Da das Tiefpassfilter langsame Druckänderungen fast unbeeinflusst überträgt, werden langsame Druckänderungen im gesamten Innenvolumen des Lautsprechergehäuses annähernd unterdrückt. 



  Die Erfindung ermöglicht eine weitgehend unbehinderte Abstrahlung niedriger Tonfrequenzen durch in ein geschlossenes Gehäuse eingebaute Lautsprecher dadurch, dass die eine Bewegung der Lautsprechermembran behindernden, im Gehäuseinneren entstehenden Kompressionskräfte weitgehend eliminiert werden. 


 Beschreibung der Zeichnungen. 
 



   Die Bilder 1 und 2 zeigen Vorrichtungen gemäss den Ansprüchen 1 und 2 . 
 
   Bild 1. Es werden im Schnittbild das Lautsprechergehäuse G, der äussere Lautsprecher LA, der innere Lautsprecher LI mit seiner Membran MI, die erste Trennwand T1, die zweite Trennwand T2, das erste Volumen V1, das mittlere Volumen V2 mit einem Durchbruch D, das letzte Volumen V3, der Drucksensor P, der Regler R und der Verstärker V gezeigt. 
   Bild 2. Es werden im Schnittbild das Gehäuse G mit einem Durchbruch D, der umlaufende Falz F, die Trennwand T, der Innenlautsprecher L mit seiner Membran M, das eine Volumen V1, das andere Volumen V2, der Drucksensor P, der Regler R und der Verstärker V gezeigt. 
 



  
 



  Device for improving the bass reproduction in a loudspeaker system working with a closed housing.


 State of the art.
 



  With conventional loudspeaker systems with acoustically closed loudspeaker housings, there is always the problem that a small housing volume has a strong impact on the bass reproduction. In order to enable good low-frequency reproduction, unwieldy housings are either used, or the signals driving the loudspeakers are subjected to a frequency response correction, or the radiating loudspeaker membranes are integrated into corrective control loops. The latter two measures themselves cause acoustic disturbances. Furthermore, methods are known (Tiefenbrun; US Pat. 4,008,374) which, by the action of an internal loudspeaker diaphragm, have the effect of increasing the volume of the housing effectively.


 Presentation of the invention.
 



  The invention represents a further development of a method according to which low-frequency changes in the gas pressure in the gas volume enclosed by the sound-emitting loudspeaker membrane and by the acoustically closed loudspeaker housing by the action of the movements of a membrane adjacent to this volume of a loudspeaker arranged within the housing, which is a member of one Loop works, largely prevented. This largely prevents the occurrence of pressure forces that would impair low-frequency sound radiation.



  The invention according to claims 1, 2 and 3 ensures a comprehensive and simple application of a method which, through the use of a pressure control, aims at an effective increase in the internal volume of a closed loudspeaker housing. In particular, an application of the pressure control that is largely independent of the actual housing dimensions is made possible. The invention allows the creation of an easy-to-use product that can also be used by less technically trained people. In addition, the behavior of the pressure control is improved by reducing the influence on the control circuit by high-frequency pressure fluctuations.



  The device performing the described tasks is based on the following finding:



  The aim is to enable the use of a control system that operates largely independently of the housing dimensions in the desired manner, that is to say that it does not oscillate and does not produce any distortions caused by transient processes. In addition, the control loop should not be excited by higher-frequency acoustic signals. On the one hand, this is achieved in that the controlled system, that is the volume of gas on which the membrane of the interior loudspeaker acts, has effectively and suitably defined properties when rapid pressure changes occur. On the other hand, it must be ensured that the controlled system is not influenced by higher-frequency interference. High-frequency disturbances are in particular the high-frequency components of the acoustic signal generated by the radiating loudspeaker.



  Both goals are achieved by selecting an appropriately small partial volume of the internal volume of the loudspeaker housing as the controlled system. This partial volume is delimited from the remaining internal volume of the loudspeaker housing by means of sound-insulating walls. The soundproof walls are provided with openings through which the partial volume is connected to the remaining volume. The breakthroughs are designed and filled with sound-absorbing fibers or foams such that sound or pressure is transmitted from the partial volume to the remaining volume and also in the opposite direction according to a transfer function with a low-pass characteristic.

  In this partial volume, the gas pressure is measured by a gas pressure sensor arranged there and, in cooperation with an electronic controller and an electrical power amplifier and through the action of a loudspeaker membrane on this gas volume, the changes in the gas pressure are approximately suppressed. Since the low-pass filter transmits slow pressure changes almost unaffected, slow pressure changes in the entire interior volume of the loudspeaker housing are almost suppressed.



  The invention enables largely unimpeded radiation of low sound frequencies by loudspeakers built into a closed housing by largely eliminating the compression forces which hinder movement of the loudspeaker membrane and arise in the interior of the housing.


 Description of the drawings.
 



   Figures 1 and 2 show devices according to claims 1 and 2.
 
   Figure 1. In the sectional view, the loudspeaker housing G, the outer loudspeaker LA, the inner loudspeaker LI with its membrane MI, the first partition T1, the second partition T2, the first volume V1, the middle volume V2 with an opening D that last volume V3, the pressure sensor P, the controller R and the amplifier V shown.
   Figure 2. The sectional view shows the housing G with an opening D, the circumferential fold F, the partition T, the interior loudspeaker L with its membrane M, the one volume V1, the other volume V2, the pressure sensor P, the regulator R and the amplifier V shown.
 

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Tieftonwiedergabe bei einem mit einem akustisch geschlossenen Lautsprechergehäuse nach dem Verfahren der Druckregelung arbeitenden Lautsprechersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des akustisch geschlossenen Gehäuses (G) durch zwei akustisch trennende Wände (T1, T2) in drei Teilvolumina (V1, V2, V3) aufgeteilt ist, wobei das erste Volumen (V1) durch die Membran des in den Aussenraum abstrahlenden Lautsprechers (LA), durch einen Teil der Aussenwand des Gehäuses und durch die erste der inneren Trennwände (T1) begrenzt wird, das mittlere Volumen (V2) durch einen Teil der Aussenwand des Gehäuses, durch die erste und die zweite (T2) innere Trennwand gebildet wird und das letzte Volumen durch die zweite Trennwand (T2) und durch einen Teil der Aussenwand des Gehäuses gebildet wird, dass die erste Trennwand (T1) mit Durchbrüchen (D) derart versehen ist,       1. Device for low-frequency reproduction in a loudspeaker system working with an acoustically closed loudspeaker housing according to the method of pressure control, characterized in that the interior of the acoustically closed housing (G) by two acoustically separating walls (T1, T2) in three partial volumes (V1, V2 , V3), the first volume (V1) being delimited by the membrane of the loudspeaker (LA) radiating into the outside space, by a part of the outer wall of the housing and by the first of the inner partitions (T1), the mean volume ( V2) is formed by a part of the outer wall of the housing, by the first and the second (T2) inner partition, and the last volume is formed by the second partition (T2) and by a part of the outer wall of the housing, that the first partition ( T1) is provided with openings (D) in such a way dass die beiden an die Trennwand angrenzenden Volumina (V1, V2), nämlich das erste und das mittlere Volumen, akustisch verbunden sind, dass diese Durchbrüche so gestaltet sind und mit einem akustisch dämmenden Faser- oder Schaumstoff derart gefüllt sind, oder dass die gesamte Wand aus diesen Stoffen derart aufgebaut ist, dass für die Schallübertragung und die Druckübertragung von dem ersten (V1) in das mittlere (V2) Volumen und umgekehrt eine Übertragungsfunktion mit Tiefpasscharakteristik gilt, dass in einem Durchbruch der zweiten Trennwand (T2) ein elektrodynamisch arbeitender Lautsprecher (L1) derart angeordnet ist, dass seine Membran (M1) die beiden an die Trennwand angrenzenden Teilvolumina (V2, V3), nämlich das mittlere und das letzte Volumen, voneinander trennt, dass innerhalb des mittleren Volumens ein Gasdrucksensor (P) angeordnet ist,  that the two volumes (V1, V2) adjoining the partition, namely the first and the middle volume, are acoustically connected, that these openings are designed and are filled with an acoustically insulating fiber or foam, or that the entire wall is constructed from these substances in such a way that a transmission function with low-pass characteristics applies to the sound transmission and pressure transmission from the first (V1) to the middle (V2) volume and vice versa, that in an opening in the second partition (T2) an electrodynamically operating loudspeaker ( L1) is arranged in such a way that its membrane (M1) separates the two partial volumes (V2, V3) adjacent to the partition, namely the middle and the last volume, such that a gas pressure sensor (P) is arranged within the middle volume, dass dieser Sensor als Teil eines Regelkreises wirkt, dass der in die zweite Trennwand eingefügte innere Lautsprecher ein weiteres Glied dieses Regelkreises ist, und dass der Regler in Zusammenwirkung mit einem elektrischen Leistungsverstärker derartig wirkt, dass Änderungen des Gasdruckes im mittleren Volumen mittels der Bewegungen der Membran des inneren Lautsprechers annähernd eliminiert werden.  that this sensor acts as part of a control loop, that the internal loudspeaker inserted in the second partition is another link in this control loop, and that the controller, in cooperation with an electrical power amplifier, acts in such a way that changes in the gas pressure in the average volume by means of the movements of the membrane of the inner speaker are almost eliminated. 2. 2nd Vorrichtung zur Verbesserung der Tieftonwiedergabe bei einem mit einem akustisch geschlossenen Lautsprechergehäuse arbeitenden Lautsprechersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen eines zylinderförmigen, schallisolierenden Gehäuses (G) durch eine innenliegende, parallel zu den Zylinderdeckflächen verlaufende, schallisolierende Trennwand (T) in zwei Teilvolumina (V1, V2) aufgeteilt ist, dass in einem Durchbruch dieser Trennwand ein elektrodynamisch arbeitender Lautsprecher (L) derart angeordnet ist, dass seine Membran (M) die zwei an die Trennwand angrenzenden Teilvolumina (V1, V2) voneinander trennt, dass innerhalb des einen Volumens (V1) ein elektrisch arbeitender Gasdrucksensor (P) angeordnet ist, dass dieser Sensor als Teil eines Regelkreises wirkt, dass dieser Regelkreis aus dem Sensor, einem elektrisch arbeitenden Regler, Device for improving the low-frequency reproduction in a loudspeaker system working with an acoustically closed loudspeaker housing, characterized in that the inner volume of a cylindrical, sound-insulating housing (G) is divided into two partial volumes (V1, V1) by an inner, sound-insulating partition (T) running parallel to the cylinder top surfaces. V2) is divided in such a way that an electrodynamically operating loudspeaker (L) is arranged in a breakthrough of this partition such that its membrane (M) separates the two partial volumes (V1, V2) adjacent to the partition, that within the one volume (V1 ) an electrically working gas pressure sensor (P) is arranged, that this sensor acts as part of a control loop, that this control loop consists of the sensor, an electrically working regulator, einem elektrisch arbeitenden Leistungsverstärker, dem in die Trennwand eingefügten inneren Lautsprecher und diesem einen Volumen besteht, das den Drucksensor beinhaltet, dass der Regler so wirkt, dass in diesem einen Volumen die Änderungen des Gasdruckes mittels der Bewegungen der Membran des inneren Lautsprechers annähernd eliminiert werden, dass dieses eine Innenvolumen über \ffnungen (D) in der dieses Volumen begrenzenden Zylinderdeckfläche mit dem im Bereich der \ffnungen an das Gehäuses angrenzenden Aussenraum verbunden ist, dass diese Durchbrüche so gestaltet sind und mit einem akustisch dämmenden Faser- oder Schaumstoff derart gefüllt sind, dass eine Schallübertragung und Druckübertragung von dem Aussenraum in das eine Innenvolumen und umgekehrt gemäss einer Übertragungsfunktion mit Tiefpasscharakteristik erfolgt,  an electrically operating power amplifier, which consists of the inner loudspeaker inserted into the partition and this has a volume which contains the pressure sensor, so that the regulator acts in such a volume that the changes in the gas pressure are almost eliminated by means of the movements of the membrane of the inner loudspeaker, that this inner volume is connected via openings (D) in the cylinder cover surface delimiting this volume to the outer space adjacent to the housing in the area of the openings, that these openings are designed and are filled with an acoustically insulating fiber or foam, that sound transmission and pressure transmission takes place from the outside space into the one inside volume and vice versa according to a transmission function with low-pass characteristic, dass der Zylindermantel mit einem umlaufenden Falz (F) oder Vorsprung versehen ist, der eine akustisch dichte Befestigung des Zylinders in einer passenden \ffnung einer Gehäusewand erlaubt, und dass der Regler, der Leistungsverstärker und weitere für den Betrieb erforderliche Bauteile in dem anderen Innenvolumen (V2) untergebracht sind, und dass somit die gesamte Vorrichtung mechanisch eine Einheit bildet.  that the cylinder jacket is provided with a circumferential fold (F) or projection, which allows the cylinder to be acoustically sealed in a suitable opening in a housing wall, and that the controller, the power amplifier and other components required for operation are in the other interior volume ( V2) are housed, and so that the entire device mechanically forms a unit. 3. 3rd Vorrichtung gemäss der Vorrichtung in Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungsverstärker ein Verstärker mit in Schaltbetrieb arbeitenden Ausgangstransistoren eingesetzt wird, und dass als Gasdrucksensor eine gasdichte Kammer verwendet wird, deren eine Deckfläche massearm, steif und derart elastisch und beweglich gelagert ist, dass Differenzen zwischen dem Innendruck und dem Aussendruck Auslenkungen der Deckfläche bewirken, deren Grösse annähernd proportional zu den Druckdifferenzen sind, und deren Änderungen auf elektrostatischem oder elektrodynamischem oder optischem Wege gemessen werden.  Device according to the device in claim 2, characterized in that an amplifier with output transistors operating in switching mode is used as the power amplifier, and that a gas-tight chamber is used as the gas pressure sensor, the top surface of which is low-mass, rigid and is elastically and movably mounted such that differences cause deflections of the top surface between the internal pressure and the external pressure, the size of which is approximately proportional to the pressure differences, and the changes of which are measured electrostatically or electrodynamically or optically.  
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