DE102005051809B3

DE102005051809B3 - Akustischer Transformer

Info

Publication number: DE102005051809B3
Application number: DE102005051809A
Authority: DE
Inventors: Martin Kling
Original assignee: Martin Kling; Freitag, Jürgen
Current assignee: K & F BETEILIGUNGEN GMBH, 30179 HANNOVER, DE
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: US7510049B2; US20080006476A1

Abstract

Zur Transformung von mit einer runden Membran erzeugten Schallwellen in eine rechteckige Wellenfront wurde ein akustischer Transformer in Form eines Wellenleiters mit kreisförmigem Eingang und rechteckigem Ausgang geschaffen, bei dem am Eingang die von der abstrahlenden Membran ankommenden Schallwellen geometrisch in zwei oder mehr Schallwellenflüsse halbkreisförmigen Querschnitts aufgeteilt werden, jeder der beiden Schallwellenflüsse einzeln zu einer Rechteckform deformiert wird und anschließend die Schallwellenflüsse wieder unter einem spitzen Winkel zusammengeführt werden. Die Teilung des Schallflusses kreisförmigen Querschnitts in zwei Schallflüsse halbkreisförmigen Querschnitts schafft zwei Schallflüsse, die bereits eine gerade Seitenfläche aufweisen. Die beiden Schallflüsse werden in gekrümmten Schallleitern geführt, die anfänglich halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und dann allmählich in einen rechteckigen Querschnitt übergehen. Auf die gerade und eben verlaufende Wand dieser Schallleiter ist ein im Querschnitt genähert ellipsenförmiger, sich allmählich verdickender und nach einem erreichten Maximum wieder abfallender Formkörper aufgesetzt, der dem anfangs im Querschnitt halbkreisförmigen Schallkanal einen gebogenen und in seiner Stärke gleichförmigen Querschnitt verleiht und ihn dann an seinem Ende zu einem rechteckförmigen Querschnitt streckt. Dieser akustische Transformer ist frei von störenden Resonanzen. Durch die Zusammenführung der beiden rechteckigen ...

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischer Transformer in Form eines Wellenleiters mit kreisförmigem Eingang und rechteckigem Ausgang und einer in der Mitte des Transformers befindlichen, festen, sich von einer Seite zur anderen erstreckenden, den Transformer in zwei gleichgroße Teile teilenden Wand, die den Transformer in zwei in ihrer Form gleiche Wellenleiter teilt, die anfangs die Querschnittsform eines Halbkreises aufweisen und dann in eine Rechteckform übergehen, wobei die Wand unterschiedliche Wandstärken aufweist.
Unter Transformung ist hier die phasen- und amplitudengleiche Umformung einer kreisförmigen Schallwellenfront in eine breitere recheckförmige Schallwellenfront und unter Transformer entsprechend ein diese Umformung vornehmender Wellenleiter verstanden.
Für bestimmte Zwecke benötigt man in der elektroakustischen Schallabstrahlung rechteckige Schall abstrahlende Flächen. Da die elektroakustische Schallerzeugung mit kreisförmigen oder ovalen Membran am besten gelingt, benötigt man für die Transformung der von einer kreisförmigen oder ovalen Membran abgestrahlten Schallwellen in eine rechteckige abstrahlende Fläche einen akustischen Transformer, der durch verschiedene Wellenleiter unterschiedlicher Konstruktion bisher realisiert wurde.

Ein solcher akustischer Transformer ist aus der DE 689 15 582.4 bekannt geworden, einem Wellenleiter mit bauchigem Gehäuse mit einem kreisrunden Einlaß für die Schallwellen und einem recheckigen Auslaß, in dem sich ein frei aufgehängter Körper befindet, der auf der Eingangsseite als ein Kegel der Breite des rechteckigen Auslaßschlitzes geformt ist und auf der Ausgangsseite in zwei schräg aufeinander zu und zum rechteckigen Ausgang verlaufende ebene Flächen übergeht. Mit dem diesen Körper einhüllenden Gehäuse bildet dieser Wellenleiter sowohl in Durchgangsrichtung als auch in Umfangsrichtung einen ununterbrochenen Durchgang für die Schallwellen, in dem diese über etwa gleich lange Wege vom kreisförmigen Eingang zum rechteckigen Ausgang gelangen. Dabei bildet der Weg für die Schallwellen zunächst einen exakten die Schallwellen auseinanderspreizenden Kegelmantel und dann einen die Schallwellen zu einer Rechteckform zusammenführenden Ringkanal.

Messungen am rechteckigen Ausgang des vorstehend beschriebenen akustischen Transformers haben ergeben, dass dieser Resonanzen für bestimmte Frequenzen aufweist, was für die Übertragung von Sprach- und Musikdarbietungen höchst unerwünscht ist.

Andere akustische Transformer sind die Hörner, die teils von Musikinstrumenten, teils von Automobilhupen bekannt sind. Diese haben ebenfalls einen gekrümmten, sich in seinem Durchmesser erweiternden Schallweg mit manchmal ovalem Ausgang, aber keine den Schall teilenden Einbauten und keine Schall abstrahlende rechteckige Fläche am Ausgang. Sie dienen der Schallverstärkung und -bündelung.

Aus der US 40 91 891 ist eine Sonderform eines Hornlautsprechers bekannt geworden, der im Horn eine mittig angeordnete Trennwand aufweist, die zu ihren Seiten in Materialverdickungen ausläuft. Hierdurch sind zwei nebeneinander liegende Hörner geschaffen, die gemeinsam eine verbesserte trichterförmige Abstrahlung tiefer sowohl als auch mittlerer Frequenzen erbringen soll.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen akustischen Transformer ohne ausgeprägte Resonanzen zu schaffen, der die Transformung über den gesamten Ausgang phasen- und amplitudengleich vornimmt.

Die Erfindung besteht darin, dass die den Transformer in zwei in ihrer Form gleiche Wellenleiter teilende Wand sich vom kreisförmigen Eingang zum rechteckigen Ausgang erstreckt und einen Verdrängerkörper mit der Oberfläche einer Kugel- oder Ellipsoidkalotte trägt, dass die Außenwände der Wellenleiter im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Verdrängerkörper verlaufen und dass an ihrem Ende die Wellenleiter in einem spitzen Winkel auf einander zu verlaufen.

Dieser Transformer strahlt nicht trichterförmig ab, sondern ist ein im wesentlichen geradeaus abstrahlender Richtstrahler.

Die Teilung des Schallflusses kreisförmigen Querschnitts in zwei Schallflüsse halbkreisförmigen Querschnitts schafft zwei Schallflüsse, die bereits eine gerade Seitenfläche aufweisen. Die beiden Schallflüsse werden in in Schallflussrichtung gekrümmten Schallleitern geführt, ähnlich je einem Horn, die anfänglich einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, dann, die in ihnen geführten Schallflüsse ausbreitend, in einen quer zur Schallflußrichtung gekrümmten Querschnitt übergehen und schließlich allmählich in einen rechteckigen Querschnitt überführt werden.

Der erfindungsgemäße akustische Transformer ist so beschaffen, dass der kreisförmige Eingang durch mindestens eine feste sich von einer Seite des Schalleiters zur anderen erstreckende Wand in zwei gleichgroße Teile geteilt ist, dass sich an den so geteilten Eingang zwei in ihrer Form gleiche Wellenleiter anschließen, die anfangs die Querschnittsform (quer zum Schallfluß) eines Halbkreises aufweisen, in Schallflussrichtung in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt sind und dem Schallfluß zunächst einen (quer zur Schallflussrichtung) gekrümmten Querschnitt verleihen und ihn anschließend quer zur Schallflussrichtung zu einer Rechteckform ausbreiten, und dass an ihrem Ende die Wellenleiter in einem spitzen Winkel auf einander zu verlaufen.

Dieser akustische Transformer weist vergleichsweise nur geringe, keinesfalls ausgeprägte Resonanzen auf. Er ist problemlos zu fertigen. Die zwei in ihrer Form einfachen hornähnlichen Wellenleiter vermindern bei einer Produktion in großer Stückzahl die Herstellungskosten.

Dabei ist es für eine Verbilligung der Produktion zweckmäßig, dass beide Wellenleiter je eine aus einem ebenen Blechstreifen gebogene Wand aufweisen, die die Fortsetzung der den kreisförmigen Eingang in zwei Halbkreise teilenden Wand bilden und die sich vom Eingang bis vor den Ausgang erstrecken.

Noch preiswerter lässt sich dieser akustische Transformator herstellen, wenn die beiden Wände eben sind und auf ihrer ebenen dem Schallfluß zugekehrten Seite einen Verdrängerkörper tragen, wobei die Außenwände dieser Wellenleiter im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Verdrängerkörper verlaufen, wobei dieser akustische Transformator aus zwei gleichgeformten Schall kanälen zusammengesetzt ist, deren ebene Wandflächen aufeinander gelegt sind.

Dabei kann es für eine sehr weite Ausbreitung der Schallwellen zweckmäßig sein, daß der Abstand des Verdrängerkörpers von der Außenwand in der Mitte des Wellenleiters am geringsten ist.

Besonders einfach und preiswert wird die Produktion dann, wenn die beiden Wellenleiter anstelle ihrer geraden und ebenen an einander liegenden Wände nur eine gemeinsame ebene Wand aufweisen, die sich vom Eingang des Transformators bis zu seinem Ausgang erstrecken, und die beidseitig mit je einem Verdrängerkörper belegt sind. Das bedeutet, dass die den Schallfluß kreisförmigen Querschnitts in zwei Flüsse halbkreisförmigen Querschnitts teilende Wand eben ist und vom Eingang des Transformators bis zu dessen Ende verläuft und in die Seitenwände des Transformatorgehäuses lückenlos übergeht.

Zweckmässig ist es, wenn der Verdrängerkörper die Oberfläche einer Kugel- oder Ellipsoidkalotte aufweist. Solch ein Verdrängerkörper kann in sehr einfachen Formen aus Kunststoff, beispielsweise geschäumten Kunststoff, hergestellt werden.

Zweckmäßig wird die Außenwand dieser Schalleiter der Form des Schallflusses angepasst und geht von einer Tulpenform hinter dem Eingang zu einer Rechteckform am Ausgang über.

Auf die gerade und eben verlaufende Wand dieser Schalleiter ist ein im Querschnitt genähert ellipsenförmiger, sich allmählich verdickender und nach einem erreichten Maximum wieder flach abfallender Formkörper aufgesetzt, der dem anfangs im Querschnitt halbkreisförmigen Schallkanal einen gebogenen und in seiner Stärke gleichförmigen Querschnitt verleiht und ihn dann an seinem Ende zu einem rechteckförmigen Querschnitt streckt.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch den akustischen Transformer in Schallflußrichtung.
2 einen Querschnitt durch den akustischen Transformer quer zur Schallflussrichtung am Eingang.
3 einen Querschnitt durch den akustischen Transformer quer zur Schallflussrichtung in seiner Mitte.
4 einen Querschnitt durch den akustischen Transformer quer zur Schallflussrichtung an seinem Ausgang.
5 eine Ansicht der Schmalseite des akustischen Transformers.
6 eine Ansicht der Breitseite des akustischen Transformers.
Der kreisförmige Eingang 1 für die Schallwellen ist mittig durch zwei Wände 2 geteilt, die jede zu einem Wellenleiter 3 gehören, der aus dieser Wand 2, einer gewölbten Außenwand 4, einem auf der Innenseite der Wand 2 befestigten Verdrängerkörper 5 und einem rechteckigen Ausgang 9 in Form eines Schlitzes besteht. Der Verdrängerkörper 5 verlängert in der Mitte der Breite des vom Schall durchlaufenen Weges vom Eingang 1 zum Ausgang 5 diesen Schallweg 6. Die Außenwände 4 der beiden Wellenleiter 3 sind auf den mittig angeordneten Wänden befestigt, die beiden mittig angeordneten Wände können auch durch eine einzige Wand 2, die beidseitig die Verdrängerkörper 5 und die Außenwände 4 trägt, ersetzt sein. Die mittig angeordnete Wand 2 bzw die mittig angeordneten Wände 2 können über die Außenkanten 8 der Außenwände 4 hinausstehen. Diese hinausstehenden Teile können dann als Halterung 7 für den Wellenleiter 3 dienen.

1: kreisförmiger Eingang
2: mittig angeordnete Wand
3: Wellenleiter
4: Außenwand
5: Verdrängerkörper
6: Schallweg
7: Halterung
8: Außenkante
9: Ausgang

Claims

Akustischer Transformer in Form eines Wellenleiters mit kreisförmigem Eingang und rechteckigem Ausgang und einer in der Mitte des Transformers befindlichen, festen, sich von einer Seite zur anderen erstreckenden, den Transformer in zwei gleichgroße Teile teilenden Wand, an die den Transformer in zwei in ihrer Form gleiche Wellenleiter teilt, die anfangs die Querschnittsform eines Halbkreises aufweisen und dann in eine Rechteckform übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass die den Transformer in zwei in ihrer Form gleiche Wellenleiter teilende Wand sich vom kreisförmigen Eingang zum rechteckigen Ausgang erstreckt und einen Verdrängerkörper mit der Oberfläche einer Kugel- oder Ellipsoidkalotte trägt, dass die Außenwände der Wellenleiter im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Verdrängerkörper verlaufen und dass an ihrem Ende die Wellenleiter in einem spitzen Winkel auf einander zu verlaufen.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wellenleiter je eine aus einem ebenen Materialstreifen bestehende Wand aufweisen, die den kreisförmigen Eingang in zwei Halbkreise teilenden Wand bilden und die sich vom Eingang bis zum Ausgang erstreckt.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Wand der beiden Wellenleiter auf ihrer ebenen dem Schallfluß zugekehrten Fläche den Verdrängungskörper trägt.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Verdrängungskörpers von der Außenwand in der Mitte des Wellenleiters am geringsten ist.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wellenleiter eine gemeinsame ebene Wand aufweisen, die beidseitig mit je einem Verdrängungskörper belegt ist.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schallfluß kreisförmigen Querschnitts in zwei Flüsse halbkreisförmigen Querschnitts teilende Wand eben ist, vom Eingang des Transformers bis zu dessen Ende verläuft und in die Seitenwände des Transformergehäuses lückenlos übergeht.
Akustischer Transformer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus zwei gleichgeformten Schallkanälen zusammengesetzt ist, deren ebene Wandflächen aufeinander gelegt sind.