CH684043A5

CH684043A5 - Vorrichtung zur Verbesserung der Basswiedergabe bei Lautsprechersystemen mit geschlossenen Gehäusen.

Info

Publication number: CH684043A5
Application number: CH2928/91A
Authority: CH
Inventors: Maximilian Hobelsberger
Original assignee: Maximilian Hobelsberger
Priority date: 1991-10-05
Filing date: 1991-10-05
Publication date: 1994-06-30
Also published as: ATA1392A; DE4230146A1; GB2260464B; US5327504A; FR2687885B1; GB9219341D0; FR2687885A1; AT398507B; GB2260464A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem zur Wiedergabe niederfrequenter akustischer Töne, das mit einem geschlossenen Gehäuse kleinen Volumens arbeitet.

Bei herkömmlichen Lautsprechersystemen mit akustisch geschlossenen Lautsprechergehäusen stellt sich das Problem, dass ein kleines Gehäusevolumen die Tieftonwiedergabe stark beeinträchtigt. Bei zu kleinem Gehäusevolumen beeinträchtigen Gasdruckkräfte, d.h. Kompressionskräfte, die Bewegungen der schallabstrahlenden Lautsprechermembran. Diese Druckkräfte werden dadurch hervorgerufen, dass die abstrahlende Lautsprechermembran durch ihre Auslenkung das Volumen der im Gehäuse eingeschlossenen Gase verändert, die Gase komprimiert bzw. dekomprimiert. Diese Druckkräfte wirken als Federkräfte auf die Lautsprechermembran ein und erhöhen die Resonanzfrequenz und zusätzlich die Güte des Gesamtsystems.

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 direkt in korrigierende Regelkreise eingebunden. Die beiden letzteren Massnahmen verursachen selbst wiederum akustische Verfälschungen, insbesondere das Impulsverhalten wird durch die notwendigen Frequenzweichen beeinträchtigt.

Weiters sind Verfahren bekannt ( Tiefenbrun; US-Pat. 4 008 374), die durch Einwirkung einer innenliegenden Lautsprechermembran eine wirkungsmäs-sige Volumsvergrösserung des Gehäuses bezwek-ken. Bei diesem Verfahren wird jedoch das Problem auf den inneniiegenden Lautsprecher verlagert. Um befriedigende Ergebnisse zu erzielen, sind wiederum grosse Volumina erforderlich. Ausserdem entstehen Verzerrungen durch Phasenunterschiede in den Bewegungen der beiden Lautsprechermembranen.

Die Erfindung gemäss den Ansprüchen ermöglicht eine weitgehend unbehinderte Tieftonabstrah-lung bei Verwendung kleiner Lautsprechergehäuse und grossflächiger Lautsprecher, wobei eine direkte, aktiv korrigierende Beeinflussung der die abstrahlenden Lautsprecher treibenden Signale nicht vorgenommen werden muss.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Vorrichtungen, die in den Ansprüchen 1 bis 4 beschrieben sind, gelöst.

Die Vorrichtungen zeichnen sich dadurch aus, dass die von den Auslenkungen der abstrahlenden Lautsprechermembran durch Volumsänderungen des Innenvolumens verursachten Druckänderungen gegenüber den zeitlich mittleren Gasdruck im Aus-senraum des Gehäuses durch die Wirkung einer im Inneren des Gehäuses angeordneten Hilfsmembran stark verringert werden.

Diese Hilfsmembran ist derartig in einen Regelkreis eingebunden, dass relativ kleine Druckkräfte, die auf diese Membran einwirken, starke Auslenkungen in Wirkungsrichtung der Druckkraft verursachen.

Bild 1 zeigt die erfundene Vorrichtung gemäss dem Anspruch 1. Das Lautsprechergehäuse ist durch zwei akustisch trennende und annähernd gasdichte Wände, T1, T2, in drei Teilvolumina aufgeteilt. Das erste Volumen, V1, wird durch die Membran des in den Aussenraum Schall abstrahlenden Lautsprechers, TR1, durch Teile des Gehäuses, durch die erste Trennwand, T1, und durch die Hilfsmembran, M3, begrenzt. Diese steife Hilfsmembran ist in einen Durchbruch der ersten Trennwand so eingebaut, dass sie durch geringe Krafteinwirkung kolbenförmig ausgelenkt wird. Sie trennt die beiden Volumina V1, V2 annähernd gasdicht voneinander. Gegenüber der Hilfsmembran ist in einen Durchbruch der Trennwand T2 ein elektrodynamischer Wandler TR2 eingebaut. Seine Membran M2 liegt parallel zu der Hilfsmembran M3 und trennt die Volumina V2, V3 annähernd luftdicht voneinander. Der Durchmesser der Membran M2 ist geringfügig kleiner als jener der Hilfsmembran M3. Geringfügig deshalb, da bei einem grösseren Unterschied der beiden Durchmesser die Luft im Raum zwischen den Membranen bei der Auslenkung der Membranen komprimiert werden müsste, also auf die Hilfsmembran grössere Reaktionskräfte einwirken würden. Die Hilfsmembran soll aber möglichst leicht auslenkbar sein, die Durchmesser der Membranen dürfen sich also nicht zu sehr unterscheiden. Als maximaler Wert können z.B. 10% Differenz angegeben werden. Weiters sollen die Membranen nahe beieinander liegen, ihr Abstand soll idealerweise etwa 1/10 der Wellenlänge der höchsten von der Vorrichtung zu beeinflussenden Frequenz nicht übersteigen. Die Änderungen der Distanz zwischen den beiden Membranen werden gemessen, wobei diese Messung auf induktivem, kapazitivem, resistivem, optischem oder piezoelektrischem Wege erfolgt. Im Bild wird eine kapazitive Messmethode angedeutet. Ein Messgerät M erzeugt ein den Änderungen proportionales elektrisches Signal. Dieses Signal wird einem elektronischen PI-, PID- oder Zustandsregler R zugeführt. Das Ausgangssignal des Reglers wird mittels eines elektronischen Leistungsverstärkers A verstärkt. Dessen Ausgangssignal treibt den innenliegenden Wandler TR2. Der Regler ist so dimensioniert, dass die Änderungen der Distanz d annähernd unterdrückt werden, dass somit die Distanz konstant gehalten wird. Bei gleicher Hubfläche der beiden Membranen wird dadurch das Volumen in V2 und somit der Gasdruck in V2 konstant gehalten. Dadurch wird auch der Gasdruck in V1 annähernd konstant auf den gleichen Wert wie in V2 gehalten, da Druckdifferenzen durch die Bewegungen der Hilfsmembran M3 ausgeglichen werden.

Bild 2 zeigt eine Vorrichtung gemäss Anspruch 2. Die Hilfsmembran ist in diesem Fall direkt mit der Membran des innenliegenden Wandlers verbunden. Die Membran M2 in Bild 2 entspricht funktionsmäs-sig der Membran M3 in Bild 1, M1 aus Bild 2 entspricht in der Funktion der Membran M2 in Bild 1. Der Wandler TR2 ist in eine Trennwand T eingebaut, die das Gehäusevolumen in zwei Teilvolumina V1, V3 teilt. Die Membran M1 des Wandlers TR2 trennt die beiden Volumina annähernd luftdicht von5

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einander. Die Hilfsmembran M2 ist elastisch mit der Membran M1 verbunden. Das Volumen V2 ist durch diese beiden Membranen annähernd gasdicht eingeschlossen. Die Änderungen der Distanz d zwischen den beiden Membranen werden gemessen. Im Bild ist eine kapazitive Messmethode angedeutet. Das Messgerät M erzeugt ein diesen Änderungen proportionales elektrisches Signal. Dieses Signal wird einem elektronischen Regler zugeführt, dessen Ausgangssignal einen Leistung Verstärker steuert. Das Ausgangsignal der Verstärkers treibt den innenliegenden Wandler TR2. Der Regler ist so dimensioniert, dass die Distanz d annähernd konstant gehalten wird. Dadurch werden Druckänderungen im Volumen V1 annähernd unterdrückt.

Die Vorrichtung gemäss Anspruch 4 ähnelt der Vorrichtung in Bild 2. Es wird jedoch auf die Hilfsmembran verzichtet. Änderungen der Distanz zwischen der Membran des Schall abstrahlenden Lautsprechers und der Membran des in die Innenwand eingebauten Wandlers werden direkt gemessen und wie in Bild 1 oder 2 mittels eines Regelkreises annähernd unterdrückt. Als etwas nachteilig wirkt sich in diesem Fall die Tatsache aus, dass zum Zwecke der Distanzmessung gewisse Vorkehrungen direkt am abstrahlenden Lautsprecher getroffen werden müssen.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen Vorrichtungen gemäss den Ansprüchen 1 und 2.

Fig. 1 Das Innenvolumen des Gehäuses G ist durch die Trennwände T1, T2 in drei Teilvolumina V1, V2, V3 aufgeteilt. Es werden die beiden Wandler TR1, TR2 gezeigt, ausserdem die Hilfsmembran M3 sowie die Membran M2 des Wandlers TR2. Das Messgerät M, der Regler R und der Verstärker A sind als Bestandteile des Regelkreises gezeichnet.

Fig. 2 Das Innenvolumen des Gehäuses G ist durch die Trennwand T in zwei Volumina V1, V3 aufgeteilt. Die Hilfsmembran M2 ist mit der Membran M1 des innenliegenden Wandlers TR2 verbunden. Die beiden Membranen M1, M2 schliessen das Volumen V2 ein. Es ist zu beachten, dass der Durchmesser von M2 auch wesentlich kleiner als jener von M1 sein kann. Weiters sind die Distanz d, das Messgerät M, der Regler R und der Verstärker A abgebildet.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verbesserung der Tieftonwiedergabe bei einem mit einem akustisch geschlossenen Lautsprechergehäuse arbeitenden Lautsprechersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des akustisch geschlossenen Gehäuses (G) durch zwei parallele, starre, akustisch trennende Wände (T1, T2) in drei Teilvolumina (V1, V2, V3) aufgeteilt ist, wobei das erste Volumen (V1) an die an den Aussenraum angrenzende Membran des in den Aussenraum Schall abstrahlenden Lautsprechers (TR1) angrenzt, das mittlere Volumen (V2) durch einen Teil der Aussenwand des Gehäuses,

durch die erste (T1) und die zweite Trennwand gebildet wird, und das dritte Volumen (V3) durch die zweite Trennwand (T2) und einen Teil des Gehäuses gebildet wird, dass die erste Trennwand einen kreisförmigen Durchbruch aufweist, dass dieser Durchbruch mittels einer starren, flachen oder gewölbten Membran (M3) annähernd gasdicht verschlossen ist, wobei diese erste innere Membran an ihrem Umfang mittels eines flexiblen Gummioder Gewebebandes derartig mit der ersten Trennwand verbunden ist, dass sie kolbenförmig bewegt werden kann, dass in einem Durchbruch der zweiten Trennwand (T2), gegenüber der ersten inneren Membran in der ersten Trennwand, ein elektrodynamischer Wandler (TR2) so eingebaut ist, dass dessen Membran zur ersten inneren Membran parallel liegt und dass diese Membran des innenliegenden Wandlers das zweite (V2) und das dritte Volumen (V3) annähernd gasdicht voneinander trennt, dass diese Membran des innenliegenden Wandlers einen geringfügig kleineren Durchmesser aufweist als die gegenüberliegende, in die erste Trennwand eingebaute erste innere Membran, dass Änderungen des Abstandes zwischen den beiden inneren Membranen auf optischem, induktivem, kapazitivem, resisti-vem oder piezoelektrischem Wege ermittelt werden und ein den Änderungen proportionales elektrisches Signal erzeugt wird, dass dieses Signal einem elektronischen Regler (R) zugeführt wird, dass das Ausgangssignal des Reglers einem elektronischen Leistungsverstärker (A) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal den inneren elektrodynamischen Wandler (TR2) treibt, und dass der Regler so dimensioniert ist, dass durch die Wirkung des Regelkreises die Distanz zwischen den beiden inneren Membranen immer annähernd konstant gehalten wird.

2. Vorrichtung zur Verbesserung der Tieftonwiedergabe bei einem mit einem akustisch geschlossenen Lautsprechergehäuse arbeitenden Lautsprechersystem, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Hauptmembran (M1) eines elektrodynamischen Wandlers und parallel zu dieser sine zweite Membran (M2) kleineren Durchmessers angeordnet ist, dass diese Hilfsmembran an ihrem Umfang mit der Hauptmembran des Wandlers mittels eines flexiblen Gummi- oder Gewebebandes derart verbunden ist, dass eine dosenförmige und annähernd gasdichte Kammer gebildet wird, deren zwei Deckflächen die beiden Membranen sind, wobei die Membranen kol-benföirnig gegeneinander bewegt werden können, dass Änderungen des Abstandes zwischen den beiden Membranen auf optischem, induktivem, kapazitivem, piezoelektrischem oder resistivem Wege gemessen werden, dass ein diesen Änderungen proportionales elektrisches Signal erzeugt wird, dass diese Vorrichtung in einen Durchbruch einer starren, annähernd gasdichten, das Volumen des Lautsprechergehäuses (G) in zwei Teilvolumina teilenden Trennwand (T) derartig eingebaut ist, dass die Hauptmembran (M1) der Vorrichtung die beiden Volumina annähernd gasdicht voneinander trennt, wobei die Hilfsmembran an das Innenvolumen grenzt, an welches auch die Membran des nach aussen Schall abstrahlenden Lautsprechers angrenzt, dass

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das die Änderungen des Abstandes der beiden inneren Membranen beschreibende elektrische Signal einem elektronischen Regler (R) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem Leistungsverstärker (A) zugeführt wird, der den inneren, in die innere Trennwand eingebauten elektrodynamischen Wandler treibt, und dass der Regler so dimensioniert ist, dass durch die Wirkung des Regelkreises die Distanz zwischen der Haupt- und der Hilfsmembran (M1, M2) des inneren elektrodynamischen Wandlers immer annährend konstant gehalten wird.

3. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberliegende Oberflächen der beiden inneren Membranen, deren Abstand konstant gehalten wird, mit elektrisch leitenden Schichten überzogen sind, dass diese zwei Schichten voneinander elektrisch isoliert sind, so dass die Anordnung einen Kondensator bildet, dessen Kapazität vom Abstand der beiden Membranen abhängt, dass Änderungen der Kapazität dieses Kondensators gemessen werden und ein diesen Änderungen proportionales elektrisches Signal erzeugt wird, und dass dieses Signal dem elektronischen Regler zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Verbesserung der Tieftonwiedergabe bei einem mit einem akustisch geschlossenen Lautsprechergehäuse arbeitenden Lautsprechersystem, dessen Gehäusevolumen durch eine Trennwand in zwei Teilvolumina geteilt ist, wobei in einen Durchbruch dieser Trennwand ein elektrodynamischer Wandler eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen der Distanz zwischen der Membran des in den Aussenraum Schall abstrahlenden Lautsprechers und der innenliegenden Membran des in die Trennwand eingebauten elektrodynamischen Wandlers auf optischem, induktivem, kapazitivem, resistivem oder piezoelektrischem Wege ermittelt werden, dass ein die Änderungen dieser Distanz beschreibendes elektrisches Signal gebildet wird, dass dieses Signal einem elektronischen Regler zugeführt wird, dass das Ausgangssignal dieses Reglers einem Leistungsverstärker zugeführt wird, der den innenliegenden Wandler treibt, und dass der Regler so dimensioniert ist, dass durch die Wirkung des Regelkreises der Abstand zwischen den beiden Membranen immer konstant gehalten wird.

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