CH685657A5

CH685657A5 - Vorrichtung zur aktiven Simulation einer akustischen Impedanz.

Info

Publication number: CH685657A5
Application number: CH91692A
Authority: CH
Inventors: Maximilian Hobelsberger
Original assignee: Maximilian Hobelsberger
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1995-08-31
Also published as: DE4308961A1; GB2265520B; DE4308961B4; GB9306098D0; GB2265520A; AT406105B; ATA55793A

Description

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CH 685 657 A5

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Beschreibung

Stand der Technik

In einigen Anwendungen der Elektroakustik, insbesondere bei Lautsprechersystemen mit geschlossenen oder teilweise offenen Gehäusen, werden Wandelemente benötigt, die Schallwellen in einer bestimmten Art und Weise reflektieren. Oft wird die Forderung erhoben, dass die Wandelemente Schallwellen nur sehr schwach oder gar nicht reflektieren.

Bei hohen Frequenzen kann ein bestimmtes Reflexionsverhalten, z.B. Absorption, durch einfache, passive Massnahmen bewirkt werden. Die Verwendung einer schallabsorbierenden Filz- oder Schaumschicht ist ein Beispiel. Bei tieferen Frequenzen nehmen jedoch die Abmessungen der benötigten passiven Strukturen zu und erreichen oft störende Ausmasse.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindungen gemäss den Ansprüchen 1 und 2 bezwecken die aktive Simulation von akustischen Impedanzen. Die erfundenen Vorrichtungen zeichnen sich durch stark verringerte Abmessungen im Vergleich zu passiven Impedanzen aus, insbesondere im Bereich tieferer Frequenzen sind die Unterschiede bedeutend. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindungen gemäss den Ansprüchen 1 und 2 sind Lautsprechersysteme, insbesondere solche mit geschlossenen Gehäusen. In solchen Gehäusen muss das Auftreten von stehenden Wellen möglichst vermieden werden. Schallwellen dürfen also an den Wänden nicht reflektiert werden.

Gemäss Anspruch 1 wird das Verhältnis zwischen dem Gasdruck und der Strömungsgeschwindigkeit, das der gewünschten Impedanzfunktion entspricht, durch geeignete Bewegung der Membran eines elektrodynamischen Wandlers hergestellt. Die Membran des Wandlers wirkt dabei als Wandelement, auf das die Schallwellen auftreffen. Der Gasdruck, der auf die Membranoberfläche einwirkt, wird mittels eines dort angebrachten Drucksensors gemessen. Vorzugsweise wird dazu eine piezoelektrische Folie aus Polyvinylidenfluorid, PVDF, verwendet. Aufgrund des gemessenen Gasdruckes wird die der gewünschten Impedanz entsprechende Gasgeschwindigkeit ermittelt. Zur Berechnung kann ein Analogmodell oder ein Digitalrechner verwendet werden. Mittels eines Regelkreises wird die dem Druck gemäss der Impedanzfunktion entsprechende Geschwindigkeit der Membranbewegung eingestellt. Der Regelkreis besteht aus einem Regler, vorzugsweise einem Zustandsregler, aus einem Leistungsverstärker, aus einem elektrodynamischen Wandler und aus Sensoren, die die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Membran messen.

Die Erfindung gemäss Anspruch 3 stellt eine akustische Serienschaltung einer passiven und einer aktiven akustischen Impedanz dar. Ein z.B. zylinderförmiges, akustisch geschlossenes Gehäuse schliesst in seinem Inneren zwei Kammern ein, die durch eine innere, akustisch isolierende Wand voneinander getrennt sind. In einen Durchbruch der inneren Trennwand ist ein elektrodynamischer Wandler so eingebaut, dass seine Membran die beiden inneren Volumina voneinander trennt und auf beide einwirkt. Eine der Deckflächen des Zylinders ist mit einem oder mehreren Durchbrüchen versehen, die das Innenvolumen mit dem Aussenvolumen verbinden. Die Durchbrüche sind so gestaltet und mit strömungsdämpfenden und schallabsorbierenden Materialien gefüllt, dass bezüglich der Schallübertragung zwischen dem Innenvolumen und dem Aussenvolumen und bezüglich der Schallreflexion in den Aussenraum eine definierte akustische Leitungsimpedanz wirksam ist. Speziell für mittlere und höhere Frequenzen ist es konstruktiv einfach zu erreichen, dass Schallwellen nicht reflektiert werden. Bei tiefen Frequenzen übernimmt die aktive Impedanz die Aufgabe, eine Schallreflexion zu unterbinden. Die Simulation der Impedanz erfolgt wiederum durch Druckmessung an der Membranoberfläche und Bewegung der Membran mit einer dem Druck gemäss der gewünschten Impedanzfunktion entsprechenden Geschwindigkeit. Die Einstellung der Geschwindigkeit wird mittels eines Regelkreises bewerkstelligt. Die passive Impedanz der Durchbrüche bewirkt, dass höhere Frequenzen den Regelkreis nicht beeinflussen. Dies verhindert das Auftreten von Verzerrungen durch die endliche Regelgeschwindigkeit. Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Impedanzfunktion der aktiven Impedanz ist der Kurzschluss gemäss Anspruch 4. Der Druck an der Membranoberfläche wird konstant gehalten. Die Gesamtimpedanz der Anordnung gleicht in diesem Fall annähernd der passiven Impedanz.

Der Anspruch 5 betrifft die Anwendung der aktiven Impedanz in Lautsprechersystemen mit geschlossenen Gehäusen. Die Impedanzen werden zur Vermeidung von Schallreflexionen im Gehäuse verwendet.

Beschreibung der Zeichnung

Das Bild zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Lautsprechersystem gemäss Anspruch 5. Das Innenvolumen des Gehäuses G ist durch zwei Trennwände T1, T2 in drei Teilvolumina V1, V2 und V3 geteilt. In die Trennwand T2 ist ein elektrodynamischer Wandler TR eingebaut. An dessen Membran M wird der Gasdruck mittels eines Drucksensors S gemessen. Das vom Drucksensor erzeugte Signal wird einem Analogmodell AM der Impedanz zugeführt. Diese Modell erzeugt ein Signal, das die Sollgeschwindigkeit der Membran beschreibt. Mittels eines Regelkreises, bestehend aus dem Wandler TR, aus einem Leistungsverstärker A, dem Regler R und einem Geschwindigkeitssensor V, wird die Geschwindigkeit der Membran M eingestellt. Die Trennwand T1 ist mit Durchbrüchen D versehen, die das mittlere Volumen V2 mit dem ersten Volumen VI verbinden. Die Durchbrüche sind mit strö-mungsdämpfendem Material ausgekleidet. Der abstrahlende Lautsprecher L ist an das Volumen V1 angrenzend eingebaut.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Simulation einer vorgebbaren akustischen Impedanz, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrodynamischer Wandler in die Aus-senwand eines akustisch geschlossenen Gehäuses derartig eingebaut ist, dass seine Membran das Innenvolumen vom Aussenvolumen trennt, dass die äussere Oberfläche der Membran des Wandlers mit einem Drucksensor versehen ist, der den dort wirksamen Gasdruck misst und ein diesem Gasdruck proportionales elektrisches Signal erzeugt, dass mittels Sensoren die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Membran gemessen werden, dass der Wandler als Teil eines Regelkreises arbeitet, der weiters aus einem Regler und einem Leistungsverstärker besteht, dass der Regler über den Leistungsverstärker die Membrangeschwindigkeit als Regelgrösse einstellt, und dass die Sollgeschwindigkeit der Membran mittels eines Analogmodelles oder eines Rechners aufgrund des auf der Membranoberfläche gemessenen Druckes entsprechend der gewünschten Impedanzfunktion ermittelt und dem Regler als Sollwert zugeführt wird.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Drucksensor eine Schicht aus Polyvinylidenfluorid, PVDF, verwendet wird, die auf die Membran des elektrodynamischen Wandlers aufgebracht ist.

3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die mit dem Drucksensor versehene Oberfläche der Membran des Wandlers eine weitere Kammer mit akustisch trennenden Aussenwänden angeordnet ist, und dass diese Kammer über Wanddurchbrüche mit dem das Gehäuse umgebenden Aussenraum verbunden ist, wobei diese Durchbrüche so gestaltet und mit akustisch dämpfendem Material gefüllt sind, dass sie eine definierte akustische Impedanz aufweisen.

4. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck an der Membranoberfläche und im angrenzenden Innenvolumen durch entsprechende Membranbewegungen annähernd konstant gehalten wird, und dass somit die akustische Impedanz der Anordnung hauptsächlich durch die Impedanz der Durchbrüche bestimmt ist.

5. Lautsprecheranordnung mit einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 mit einem Gehäuse arbeitend, dadurch gekennzeichnet, dass die als akustische Impedanz wirkende Vorrichtung so in eine Öffnung der Gehäusewand der Lautsprecheranordnung eingebaut ist, dass der Wandler der Vorrichtung zur Simulation einer akustischen Impedanz auf das Innenvolumen der Lautsprecheranordnung einwirkt, und dass die Grösse der akustischen Impedanz so dem Innenvolumen angepasst ist, dass akustische Wellen von der Vorrichtung zur Simulation einer akustischen Impedanz nicht reflektiert werden.

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