DE102006009361A1

DE102006009361A1 - Loudspeaker waveguide for rendition of music and speech signals and in transmission of acoustic waves, has loudspeaker diaphragms, where inner cross section of waveguide in closed form are specified to efficiency of loudspeaker driver unit

Info

Publication number: DE102006009361A1
Application number: DE200610009361
Authority: DE
Inventors: Werner Schurawitzki
Original assignee: Schurawitzki Werner Prof Dr
Current assignee: Schurawitzki Werner Prof Dr
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2007-12-06

Abstract

The loudspeaker waveguide has loudspeaker diaphragms, where an inner cross section of the waveguide in closed form are specified to efficiency of a loudspeaker driver unit at the place of occurence of a quarter wave of an appropriate frequency and adapted by using the reflection factor computation of the articulatory phonetics. The sound outlet openings of the waveguide in open layout are specified to the efficiency of the loudspeaker driver unit, after the proportion of measured free oscillation and adapted by using the reflection factor computation of the articulatory phonetics. Independent claims are also included for the following: (1) a closed waveguide-housing (2) Multiple resonator of measured waveguide of open layout.

Description

Das nachstehend beschriebene System von Lautsprecherwellenleitern zur Übertragung von Schallwellen ist im Gegensatz zum Stand der Technik dadurch gekennzeichnet, dass es sich an dem Prinzip der mensurierten freien Schwingung – wie sie aus der Theorie des Instrumentenbaus (Vgl. Moeck, H. (Hg.): Fünf Jahrhunderte deutscher Musikinstrumentenbau, o.O. 1987) sowie der artikulatorischen Phonetik (Vgl. Ungeheuer, G: Elemente einer akustischen Theorie der Vokalartikulation, Berlin 1962) bekannt ist – orientiert. Hiernach ist es für eine tonal gleich bleibende Übertragung von Schallwellen unterschiedlicher Frequenz erforderlich, einen Wellenleiter zu konstruieren, dessen Querschnittsmaß sich in einem bestimmten proportionalen Verhältnis (der so genannten Mensur) zu seiner Länge verändert. Darüber hinausgehende Veränderungen der Wellenleiterquerschnitte – insbesondere an den Nullstellen des Schalldrucks oder der Schallschnelle – nach den Grundsätzen der artikulatorischen Phonetik können dazu genutzt werden, den mensurierten Wellenleiter dem nicht-linearen Verlauf des Lautsprecherfrequenzgangs optimal anzupassen. (Vgl. Hess, J. Artikulatorische und akustische Phonetik, Skripten des Instituts für Kommunikationsforschung und Phonetik, Rhein.-Friedr.-Wilh.-Universität Bonn, Bonn 2001, S. 28)The hereinafter described system of loudspeaker waveguides for transmission of sound waves is in contrast to the prior art by characterized in that it is based on the principle of mensured free Vibration - like from the theory of instrument making (Cf. Moeck, H. (ed.): Five centuries German musical instruments, o.O. 1987) as well as the articulatory Phonetics (Cf. monster, G: elements of an acoustic theory the vocal articulation, Berlin 1962) is known - oriented. After that is it for a tonally consistent transmission required by sound waves of different frequency, one Waveguide whose cross-sectional dimension is in a certain proportional ratio (the so-called scale length) to his length changed. About that going beyond changes the waveguide cross sections - in particular at the zero points of the sound pressure or the sound velocity - after the principles the articulatory phonetics can used to make the mensurated waveguide non-linear Adjust the course of the speaker response optimally. (See. Hess, J. Articulatory and acoustic phonetics, scripts of the Institute for Communication Research and Phonetics, Rhein.-Friedr.-Wilh.-Universität Bonn, Bonn 2001, p. 28)

Der heutige Stand der Lautsprechertechnik ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass er sich an den Prinzipien der geschlossenen beziehungsweise ventilierten Gehäuse orientiert. Lautsprechersysteme mit geschlossenen Gehäusen werden typischerweise auf ein bestimmtes, die tiefste abzustrahlende Frequenz ebenso wie das Schwingverhalten des gekoppelten Membran-/Luftsystems festlegendes Volumen abgestimmt.Of the Today's state of speaker technology is essentially thereby characterized in that it adheres to the principles of closed or ventilated housing oriented. Speaker systems with enclosed enclosures typically to a specific, lowest radiated frequency as well how to determine the vibration behavior of the coupled membrane / air system Volume matched.

Lautsprecher mit ventilierten Gehäusen werden nach dem Prinzip zweier mit einander kommunizierender Luftvolumina auf der Basis des Helmholtz-Resonators ausgelegt. Hierbei bestimmt die Relation des ersten Luftvolumens zu dem zweiten Resonatorvolumen ebenfalls die tiefste abzustrahlende Frequenz und das Schwingverhalten des Systems.speaker with ventilated housings become on the principle of two air volumes communicating with each other designed on the basis of the Helmholtz resonator. Hereby determined the relation of the first air volume to the second resonator volume also the lowest frequency to be radiated and the vibration behavior of the system.

Ventilierte Systeme nach dem Prinzip des Helmholtz-Resonators werden auf dem Stand der heutigen Technik als Systeme mit gleich bleibenden Resonator-Quer schnitten (so genannten Bassreflexboxen), als Systeme mit sich verjüngenden Resonator-Querschnitten (so genannte Transmissionline- oder Tapered-Quarter-Wave-Line-Boxen) oder als Systeme mit sich erweiternden Resonator-Querschnitten (so genannte Hornsysteme) ausgeführt.ventilated Systems based on the principle of the Helmholtz resonator are used on the State of today's technology as systems with constant resonator cross-sections cut (so-called bass reflex boxes), as systems with rejuvenating Resonator cross sections (so-called transmission line or tapered quarter wave line boxes) or as systems with expanding resonator cross sections (see above) called horn systems) executed.

Den beschriebenen geschlossenen sowie ventilierten Systemen auf dem Stand der heutigen Technik ist wesentlich zu eigen, dass sie in der Konstruktion auf eine bestimmte tiefste zu übertragende Frequenz – die so genannte Resonanzfrequenz – ausgelegt werden und auch lediglich in einem schmalen Frequenzband um diese Resonanzfrequenz herum ihre Wirkung entfalten. Bei geschlossenen Systemen erfolgt diese Festlegung durch die Federwirkung des eingeschlossenen Luftvolumens (Vgl. Dickason, V.: Lautsprecherbau, Aachen 2004, S. 43ff.), bei Transmissionlinesystemen erfolgt diese Festlegung vornehmlich durch die Festlegung der Wellenleiterlänge auf die Länge der entsprechenden zu übertragenden Viertelwelle (Ebenda, S. 147ff.), bei Hornsystemen erfolgt diese Festlegung durch die Auslegung des Hornmundumfangs auf die Wellenlänge der tiefsten zu übertragenden Frequenz (Vgl. Dinsdale, J.: Horn Loudspeaker Design, in: Wireless World, 3/1974, Reprint, S. 2ff.) und bei Bassreflexboxen erfolgt diese Festlegung durch die Auslegung der Relation des eingeschlossenen ersten Luftvolumens im Verhältnis zu dem zweiten, in den Resonator eingeschlossenen Luftvolumen (Vgl. Dickason, V., a.a.O., S. 91ff.). Aus der beschriebenen Festlegung der Lautsprechersysteme auf dem heutigen Stand der Technik auf einen schmalbandigen Frequenzbereich hoher Wirkungsgraderhöhung um die Resonanzfrequenz resultiert im Umkehrschluss aber auch der größte Teil ihrer Funktionseinschränkung. Die Tonalität der Wiedergabe von Frequenzen um die Resonanzfrequenz ist eine gänzlich andere als die der Wiedergabe von Frequenzen, die weiter von der Resonanzfrequenz entfernt sind. Die schon häufig beschriebene Tendenz ventilierter Systeme, die tieffrequente Schallabstrahlung zu verbessern bei gleichzeitiger negativer Beeinflussung tiefmittelfrequenter oder subsonischer Schallanteile hat hierin seine Ursache (Ebenda, S. 147). Ein solcherart auf eine bestimmte Resonanzfrequenz ausgelegtes Lautsprechersystem neigt zwangsweise zur Ausbildung unterschiedlicher Tonalitäten über den Frequenzverlauf, was zu einer Erzeugung von Unter- und Obertönen (Resonanzfrequenzen) führt, die nicht auf das Ursprungssignal der Schallquelle zurückzuführen sind. So nutzt ein Hornsystem seine sich stetig öffnende Wellenleiterfläche dazu, alle unterhalb der Resonanzfrequenz liegenden Frequenzen in ein unhörbares subsonisches Schwingen der Membran zu übersetzen, die keine akustische Leistung abstrahlt, während alle ungradzahligen Vielfachen dieser Resonanzfrequenz durch das Horn überproportional verstärkt werden (Vgl. Dinsdale, J., a.a.O., S. 4ff. sowie: o.A.: Hornlautsprecher, in: Lautsprecher-Jahrbuch 1989, Reprint, S. 363f.). Das Prinzip der Bildung von Obertönen (so genannte Formant- oder Resonanzfrequenzen) oder auch von subsonischen Unterschwingungen ist aus dem Instrumentenbau bekannt und wird hier unter dem Mensurprinzip dazu genutzt, die jeweils typische Ausbildung von Unter- bzw. Obertönen eines Instruments zu optimieren. Durch die Ausbildung dieser Formantfrequenzen ist es dem Hörer möglich, unterschiedliche Orchesterinstrumente zu unterscheiden, selbst wenn diese – z. B. in der Einstimmphase vor einem Konzert – alle lediglich den Kammerton a (440 hz) wiedergeben.The described closed and ventilated systems on the state of today's technology is essentially to own, that they are designed in the construction to a certain lowest frequency to be transmitted - the so-called resonance frequency - and also only in a narrow frequency band around this resonant frequency around its effect unfold. In closed systems, this determination is made by the spring action of the trapped air volume (Cf. Dickason, V .: Loudspeaker, Aachen 2004, p 43ff.), In transmission line systems, this determination is made primarily by determining the waveguide length to the length of the corresponding quarter wave to be transmitted (Ibid., Pp. 147ff.) In horn systems, this definition is made by the interpretation of Hornmundumfangs on the wavelength of the lowest frequency to be transmitted (Cf. Dinsdale, J .: Horn Loudspeaker Design, in: Wireless World, 3/1974, Reprint, P. 2ff.) And in bass reflex boxes this determination is made by the interpretation of the relation of the enclosed first volume of air in relation to the second volume of air trapped in the resonator (cf. Dickason, V., loc. Cit., Pp. 91ff.). From the described definition of loudspeaker systems in the current state of the art to a narrow-band frequency range of high efficiency increase around the resonant frequency results in reverse but also the major part of their function restriction. The tonality of the reproduction of frequencies around the resonant frequency is entirely different than that of the reproduction of frequencies farther from the resonant frequency. The already frequently described tendency of ventilated systems to improve the low-frequency sound radiation while simultaneously negatively influencing deep-frequency or subsonic sound components is due to this (Ibid., P. 147). Such a loudspeaker system designed for a particular resonant frequency will inevitably lead to the formation of different tonalities over the frequency response, resulting in the generation of lower and upper harmonics (resonant frequencies) which are not due to the source signal of the sound source. Thus, a horn system uses its steadily opening waveguide surface to translate all frequencies below the resonant frequency into an inaudible subsonic sweep of the diaphragm that does not emit acoustic power, while all odd-numbered multiples of that resonant frequency are disproportionately amplified by the horn (See Dinsdale, et al. J., loc. Cit., Pp. 4ff., And: oA: Horn loudspeaker, in: Loudspeaker Yearbook 1989, Reprint, p. 363f.). The principle of the formation of overtones (so-called formant or resonance frequencies) or subsonic undersatures is Known from instrument making and is used here under the Mensurprinzip to optimize the typical formation of lower and upper notes of an instrument. Through the formation of these Formantfrequenzen the listener is able to distinguish different orchestral instruments, even if this -. For example, in the tuning phase before a concert - all just play the concert pitch a (440 hz).

Die Bildung von Formantfrequenzen ist ebenfalls dafür verantwortlich, dass Hörer bei gleichem gesprochenen Text mit verbundenen Augen ihnen bekannte von ihnen unbekannten Stimmen – sogar unter widrigen Umständen wie z. B. am Telefon – unterscheiden können.The Formant frequency formation is also responsible for ensuring that listeners join same spoken text blindfolded them known voices unknown to them - even under adverse circumstances such as B. on the phone - different can.

Die Bildung von Formantfrequenzen führt demzufolge zu typischen Klangüberformungen, die auf die Schallerzeuger zurückgeführt werden können und sind im Instrumentenbau ebenso wie bei der (Sing-)Stimmenausbildung erwünscht, da sie zu typischen Unverwechselbarkeiten führen.The Formant frequency formation leads consequently to typical sound overshoots, which are attributed to the sound generators can and are in the instrument as well as in the (sing-) voice training he wishes, because they lead to typical distinctiveness.

Im Lautsprecherbau sind solche Formantfrequenzen unerwünscht, da sie zu einer Ausbildung von Unter- bzw. Obertönen führen, die sich störend auf die unverfälschte Wiedergabe eines musikalischen Ausgangssignals auswirken. Die nachstehend beschriebene Erfindung stellt somit das aus dem Instrumentenbau und der Stimmbildung bekannte Mensurprinzip „von dem Kopf auf die Füße" und stellt '° in the Loudspeaker construction are such Formantfrequenzen undesirable because they lead to a training of low and high tones, which are disturbing the unadulterated Playback of a musical output signal. The following Thus described invention thus provides the instrumentation and the vocalization known Mensurprinzip "from the head to the feet" and represents' °

seine Anwendung auf den Lautsprecherbau in prototypischen Anwendungen für geschlossene und ventilierte Lautsprechergehäuse dar.his Application to loudspeaker construction in prototypical applications for closed and ventilated speaker cabinets represents.

Das von J. G. Töpfer für den Orgelbau entwickelte Mensurprinzip (Vgl. http://www.arndt-bruenner.de/hausorgel/CaIcMens.htm) beschreibt, dass für die Wiedergabe einer bestimmten Frequenz eine definierte Lauflänge einer Orgelpfeife erforderlich ist, die sich bei der Erhöhung des wiederzugebenden Tons um eine Oktave halbiert bzw. bei der Absenkung der Frequenz um eine Oktave unter den Ausgangswert verdoppelt. Halbierte bzw. verdoppelte man jedoch gleichzeitig auch die Flächen der Pfeifenquerschnitte, so erhielte man im Bassbereich viel zu weite und im Diskantbereich viel zu enge Orgelpfeifen mit sehr unterschiedlichen Tonalitäten (Formantfrequenzen).The by J. G. Töpfer for the Organ building developed Mensurprinzip (Cf. http://www.arndt-bruenner.de/hausorgel/CaIcMens.htm) describes that for the reproduction of a certain frequency a defined run length of a Organ whistle, which is in the increase of the to be reproduced by half an octave or when lowering frequency doubled by one octave below baseline. halved or doubled but at the same time the surfaces of the Pipe cross sections, you would get far too far in the bass range and in the treble range too narrow organ pipes with very different tonalities (formant frequencies).

Das von Töpfer vorgeschlagene Mensurprinzip schlägt für Pfeifen gleicher Tonalität vor, dass sich die Durchmessermaße zweier Pfeifen im Oktavabstand demzufolge nicht im Verhältnis 1:2, sondern im Verhältnis 1:

≈ 1,682 und damit die Pfeifenflächen im Verhältnis 1: √8 ≈ 2,828 ändern. Nach dieser Festlegung hat eine Orgelpfeife für den Ton c (130,81 hz) eine Länge von 1145,47 mm und eine Breite von 92,46 mm. Eine Orgelpfeife für den Ton C (65,41 hz) erreicht eine Länge von 2339,97 mm und eine Breite von 155,5 mm.The scale principle proposed by Töpfer suggests for pipes of the same tonality that the diameter dimensions of two pipes at the octave distance are therefore not in the ratio 1: 2, but in the ratio 1:

≈ 1.682 and thus change the pipe surfaces in the ratio 1: √8 ≈ 2.828. According to this definition, an organ pipe for the tone c (130.81 hz) has a length of 1145.47 mm and a width of 92.46 mm. An organ pipe for the clay C (65.41 hz) reaches a length of 2339.97 mm and a width of 155.5 mm.

Das von Töpfer vorgeschlagene Mensurprinzip wurde vom Deutschen Orgelrat 1927 wegen seiner gleich bleibenden Tonalität zur Normmensur erklärt. Bei genauer Umkehrung des Funktionsprinzips kann die Normmensur im Lautsprecherbau dazu genutzt werden, Wellenleiter für die Schallabstrahlung von Lautsprechermembranen zu konstruieren, die durch die unterschiedliche Dimensionierung der Wellenleiterquerschnitte für eine möglichst ober- und untertonfreie Wiedergabe des musikalischen Eingangssignals sorgen.The from potter proposed scale principle was due to the German Organ Council in 1927 his consistent tonality declared Normmensur. If the principle of operation is exactly reversed, the norm used in the speaker, waveguides for the sound radiation of loudspeaker membranes to be constructed by the different Dimensioning of the waveguide cross-sections for a top and untertone-free as possible Render the musical input signal.

Da die Wiedergabe des Frequenzspektrums durch die Lautsprechermembran auch im Freifeldbetrieb selbst wiederum oftmals – zum Beispiel durch starkes Abfallen des Wirkungsgrads unterhalb der Lautsprechereigenresonanz oder durch starkes Ansteigen des Wirkungsgrads oberhalb der Lautsprechereigenresonanz – nicht linear erfolgt, kann innerhalb des vorgegebenen Mensurmaßes durch ent sprechende Veränderungen der Wellenleiterquerschnitte – insbesondere an den Nullstellen der Schallschnelle und des Schalldrucks – eine entsprechende Abschwächung resp. Anhebung des Wirkungsgrads herbeigeführt werden, die dem artikulatorischen Prinzip der Phonetik folgt und analog ebenfalls im Orgelbau angewendet wird. Hierbei gilt der Grundsatz der Vokalartikulation, nach dem Querschnittsveränderungen an den Nullstellen des Schalldrucks bzw. der Schallschnelle formantverändernde Wirkungen haben. „Querschnittsvergrößerungen an einer Stelle, wo p(t) = 0 ist, führt zur Erhöhung der zugehörigen Formantfrequenz; an einer Stelle, wo v(t) = 0 ist, führt sie zu deren Verringerung. Die Knoten der stehenden Wellen (p(t) = 0 bzw. v(t) = 0) sind zugleich Stellen maximaler Empfindlichkeit der Formantfrequenzen gegenüber Querschnittsveränderungen (Vgl. Hess, J., a.a.O., S. 15). Die Anwendung beider Prinzipien auf den Lautsprecherbau im Sinne der Erfindung soll im Folgenden am Beispiel geschlossener und ventilierter Wellenleiter dargestellt und durch Ausführungszeichnungen und entsprechende Modellrechnungen belegt werden.There the reproduction of the frequency spectrum through the loudspeaker diaphragm even in free-field operation itself often - for example, by strong Drop in the efficiency below the loudspeaker self-resonance or by a sharp increase in the efficiency above the speaker's own resonance - not is linear, can within the given scale measure through corresponding changes the waveguide cross sections - in particular at the zero points of the sound velocity and the sound pressure - a corresponding one attenuation respectively. Increasing the efficiency brought about, the articulatory Principle of phonetics follows and analogously also applied in organ building becomes. Here, the principle of vocal articulation, according to which Changes in cross section at the zeros of the sound pressure or the sound fast formantverändernde Have effects. "Section magnifications at a position where p (t) = 0, the corresponding formant frequency is increased; at a position where v (t) = 0, it leads to its reduction. The nodes of the standing waves (p (t) = 0 or v (t) = 0) are simultaneous Set maximum sensitivity of formant frequencies to cross-sectional changes (See Hess, J., supra, p. 15). The application of both principles on the speaker in the context of the invention will be below illustrated by the example of closed and ventilated waveguides and by design drawings and corresponding model calculations are occupied.

Zunächst gekennzeichnet wird ein mensurierter Wellenleiter mit schallhartem Wellenleiterabschluss (geschlossenes Gehäuse). Die entsprechende figürliche Darstellung findet sich in der beigefügten 1. Dieser mensurierte Wellenleiter mit schallhartem Abschluss ist zum ersten dadurch gekennzeichnet, dass er eine durch die Viertelwellenlänge der tiefsten abzustrahlenden Frequenz prinzipiell festgelegte Länge hat. Er ist zum zweiten dadurch gekennzeichnet, dass seine Querschnittsflächen sich vom Beginn der Viertelwelle bis hin zur Ausbildung der Achtelwelle und dann wieder von der Achtelwelle bis hin zur Ausprägung der Viertelwelle prinzipiell im Verlauf von höheren zu tieferen zu übertragenden Frequenzen im Verhältnis der Töpferschen Normmensur verändern. Er ist zum dritten dadurch gekennzeichnet, dass er im Gegensatz zu geschlossenen Lautsprechergehäusen nach heutigem Stand der Technik keine parallelen Wandungen aufweist, wodurch die Ausbildung stehender Wellen minimiert wird.First, a mensurierter waveguide with reverberant waveguide termination (closed housing) is characterized. The corresponding figurative representation can be found in the attached 1 , This mensurierte waveguide with reverberant finish is the first characterized in that it has a has in principle fixed length by the quarter wavelength of the lowest frequency to be radiated. It is characterized for the second in that its cross-sectional areas change from the beginning of the quarter wave to the formation of the eighth wave and then again from the eighth wave to the extent of the quarter wave in principle in the course of higher to lower frequencies to be transmitted in proportion to the pottery Normmensur. It is characterized by the fact that, in contrast to closed speaker housings according to the state of the art, it has no parallel walls, whereby the formation of standing waves is minimized.

Hierdurch ist es möglich, die sich bei ebener, nicht ungehinderter Schallwellenausbreitung ergebende Viertelwellenverschiebung zwischen sich aus der Memb ranbewegung ergebendem Schalldruck (dem Cosinus der Kreisfunktion α ) und der sich ergebenden Schallschnelle (dem Sinus der Kreisfunktion α ) gezielt zu überformen.hereby Is it possible, which is characterized by even, not unhindered sound wave propagation resulting quarter wave shift between them from the Memb ranbewegung resulting sound pressure (the cosine of the circular function α) and the resulting sound velocity (the sine of the circular function α) targeted to overmould.

Da die höchste von einem Lautsprecher-Wellenleitersystem abzustrahlende akustische Leistung sich an der Stelle ergibt, an der die Hälfte des Produkts aus akustischer Wirkimpedanz multipliziert mit dem Quadrat der Schallschnelle

mit z: akustischer Wirkimpedanz und s: Schallschnelle) beziehungsweise die Hälfte des Produkts aus Schalldruck und Schallschnelle

da definitorisch

mit p: Schalldruck) ihr Maximum erreichen, neigen geschlossene Lautsprechergehäuse mit konstantem Querschnitt im Vergleich zu solchen mit offener Wellenleiteraustrittsöffnung auf dem heutigen Stand der Technik bei der Ausbildung einer stehenden Viertelwelle zu einer akustischen Wirkungsgradüberhöhung bei der Achtelwelle der in das Gehäuse abgestrahlten Membranbewegung und damit zu relativ hohen unteren Grenzfrequenzen, jedoch auch zu einer hohen Impulstreue (Transienz) der Membranbewegung im Vergleich zum elektrischen Eingangssignal, insbesondere bei der Verwendung eines Rechtecksignals ohne Nulldurchgang zur Feststellung des Ein- und Ausschwingverhaltens (sog. „Wasserfallmodell").Because the highest acoustic power to be radiated by a loudspeaker waveguide system is at the point where half the product of acoustic impedance multiplied by the square of the sound velocity

with z: acoustic impedance and s: sound velocity) or half of the product of sound pressure and sound velocity

there by definition

With p: sound pressure) reach their maximum, closed speaker housing with a constant cross-section compared to those with open waveguide outlet opening in the current state of the art in the formation of a standing quarter wave to an acoustic efficiency increase in the eighth wave of radiated into the housing membrane movement and thus relatively high lower limit frequencies, but also to a high impulse response (transience) of the membrane movement in comparison to the electrical input signal, in particular when using a square wave signal without zero crossing to determine the input and Ausschwingverhaltens (so-called "waterfall model").

Der gekennzeichnete mensurierte Wellenleiter mit schallhartem Abschluss minimiert die unerwünschte Wirkungsgradüberhöhung an dieser Stelle durch eine entsprechende Vergrößerung des Wellenleiterquerschnitts, wodurch sich sowohl der Schalldruck als auch die Schallschnelle kurz vor der Achtelwelle vermindern und sich gleichzeitig der akustische Blindwiderstand des Wellenleiters im Verhältnis zum akustischen Wirkwiderstand (definiert als Z = zF mit Z: akustischer Blindwiderstand, z: akustischer Wirkwiderstand und F: Wellenleiterfläche) an dieser Stelle deutlich erhöht.Of the characterized mensured waveguides with reverberant finish minimizes the unwanted Efficiency increase this point by a corresponding enlargement of the waveguide cross section, resulting in both the sound pressure and the sound velocity just before the eighth wave and at the same time reduce the acoustic Reactance of the waveguide in relation to the acoustic resistance (defined as Z = zF with Z: acoustic reactance, z: acoustic Effective resistance and F: waveguide surface) at this point clearly elevated.

Die relative Querschnittsvergrößerung des mensurierten Wellenleiters mit schallhartem Abschluss von seinem Wellenleiteranfang bis zur Ausbildung der Achtelwelle im Verhältnis von 1:

≈ 1,682 je Oktave führt zu einer relativen Wirkungs gradverminderung bei der Abstrahlung sehr kurzer Wellenlängen. Die relative Querschnittsverkleinerung von dem Ort der Achtelwellenausbildung bis zum Ende des Wellenleiters im Verhältnis von 1:

je Oktave führt zu einer relativen Wirkungsgraderhöhung bei sehr langen Wellenlängen. Die Lage der untersten zu übertragenden Grenzfrequenz hängt hierbei lediglich von der senkrecht auf der jeweiligen Querschnittsfläche stehenden räumlichen Ausdehnungsdimension (Länge) des Wellenleiters ab, die sinnvoller Weise auf die Viertelwellenlänge der Lautsprecherresonanzfrequenz dimensioniert wird.The relative cross-sectional enlargement of the mensured waveguide with reverberant termination from its waveguide beginning to the formation of the eighth wave in the ratio of 1:

≈ 1.682 per octave leads to a relative decrease in efficiency when emitting very short wavelengths. The relative cross-sectional reduction from the location of the eighth-wave formation to the end of the waveguide in the ratio of 1:

each octave leads to a relative increase in efficiency at very long wavelengths. The position of the lowermost limit frequency to be transmitted here depends only on the spatial expansion dimension (length) of the waveguide perpendicular to the respective cross-sectional area, which is expediently dimensioned to the quarter wavelength of the loudspeaker resonant frequency.

Das sich aus der Länge des Wellenleiters multipliziert mit seiner jeweiligen Fläche ergebende Volumen ist bei dem mensurierten Wellenleiter mit schallhartem Abschluss gegenüber geschlossenen Boxen auf dem heutigen Stand der Technik deutlich reduziert und führt bei maximaler Ausweitung der unteren Grenzfrequenz zu einem deutlich verbesserten Impulsverhalten (Transienz) der Lautsprechermembran durch eine relative Erhöhung der Federspannung der in das Volumen eingeschlossenen Luft, da in diesem Wellenleiter lediglich die Lauflänge – und damit die untere Grenzfrequenz – unter Beibehaltung des ursprünglichen Volumens des Wellenleiters mit konstantem Querschnitt modifiziert bzw. bei Beibehaltung der Lauflänge das ursprüngliche Volumen halbiert wird.The volume resulting from the length of the waveguide multiplied by its respective area is significantly reduced in the mensurated waveguide with reverberant finish compared to closed boxes in the current state of the art and leads at maximum expansion of the lower limit frequency to a significantly improved impulse response (transience) of the speaker diaphragm by a relative increase in the spring tension of the air trapped in the volume, since in this waveguide only the run length - and thus the lower limit frequency - while maintaining the original volume of the waveguide modified with a constant cross section while maintaining the run length, the original volume is halved.

Die Transienz eines Lautsprecher-Wellenleitersystems wird durch das Anlegen einer Rechteckspannung an den Schwingspuleneingang eines Lautsprechers geprüft. Hierbei wird die Membran innerhalb kürzester Zeit einseitig ausgelenkt und ebenfalls innerhalb kürzester Zeit die Rechteckspannung wieder abgebaut, so dass es zu einem einseitigen Ausschwingen der Membran und zu einer Rückkehr in deren Ruhelage kommt, ohne dass die Membran einen Nulldurchgang mit anschließender Gegenschwingung vollführt. Ideal ist jenes Verhalten der Membran, dass sich größtmöglich dem aperiodischen Grenzfall eines einseitig angeregten Feder-Masse-Systems annähert (Vgl. Schwenk, A.: Die freie Schwingung, Skripten der TFH-Berlin, http//www.tfhberlin.de/~schwenk/hobby/schwingung/freie-schwingung.html). Da neben der elektrischen und mechanischen Dämpfung der Membran lediglich die eingespannte Luft des Wellenleiters als Federelement dient, kann in einem mensurierten Wellenleiter mit schallhartem Abschluss durch die weitgehende Entkoppelung der für die Übertragung der unteren Grenzfrequenz benötigten Lauflänge und des für die Transienz zuständigen Volumens die Dämpfungswirkung mit einem weit höheren Freiheitsgrad festgelegt werden als in einem geschlossenen Lautsprecher auf dem heutigen Stand der Technik.The Transience of a loudspeaker waveguide system is caused by the Apply a square wave voltage to the voice coil input of a Speaker tested. Here, the membrane is deflected on one side within a very short time and also within the shortest possible time Time the square-wave voltage degraded again, making it a one-sided Decay of the membrane and a return to its rest position comes, without that the membrane has a zero crossing with subsequent counter-vibration performs. Ideal is that behavior of the membrane, that as far as possible the Aperiodic limiting case of a unilaterally excited spring-mass system approaching (See Schwenk, A .: The free vibration, scripts of the TFH Berlin, http // www.tfhberlin.de / ~ pivoting / hobby / vibration / free-schwingung.html). As in addition to the electrical and mechanical damping of the diaphragm only the clamped air of the waveguide serves as a spring element, can be in a mensurated waveguide with reverberant finish by the extensive decoupling of the transmission for the lower limit frequency required yardage and of for the transience competent Volume the damping effect with a far higher one Degree of freedom be set as in a closed speaker in the current state of the art.

Die den geschlossenen Gehäusen auf dem heutigen Stand der Technik nachgewiesenen Tendenzen zur Ausbildung stehender Wellen, die durch den schallharten Abschluss an dem Wellenleiterende dergestalt entstehen, dass das hier durch die Viertelwelle ausgebildete Schnellemaximum bei gleichzeitigem Druckminimum bei Auftreffen auf die Gehäusewand in eine rückwärts gewandte Welle mit einem entsprechenden Druckmaximum und dementsprechend einem Schnelleminimum umgewandelt wird, ist im mensurierten Wellenleiter trotz seines ebenfalls schallharten Abschlusses deutlich weniger stark ausgeprägt.The the closed housings Trends evidenced by the state of the art for Training standing waves through the reverberant finish arise at the end of the waveguide in such a way that this through the quarter wave trained fast maximum at the same time Pressure minimum when hitting the housing wall in a backward facing Wave with a corresponding maximum pressure and accordingly is converted to a quick minimum, despite the mensurated waveguide his likewise reverberant conclusion much less strong pronounced.

Zwar reflektiert auch der mensurierte Wellenleiter mit schallhartem Abschluss die ausgebildete Viertelwelle, die Überlagerung der Stellen der höchsten akustischen Abstrahlung der vorlaufenden und der rücklaufenden Welle an dem Ort der Entstehung der Achtelwelle wird bei entsprechender Auslegung der Wellenleiterfläche jedoch deutlich reduziert beziehungsweise gänzlich eliminiert. Der wesentliche Grund hierfür ist die stetige und einander entgegen gesetzte Veränderung der akustischen Reflexionsfaktoren (Vgl. Hess, J., a.a.O., S. 13) oberhalb und unterhalb der Ausbildung der Achtelwelle.Though also reflects the mensurierte waveguide with reverberant finish the trained quarter wave, the superimposition of the places of highest acoustic radiation of the leading and the returning Wave at the place of formation of the eighth wave is at appropriate Design of the waveguide surface However, significantly reduced or eliminated altogether. The essential reason for this is the constant and opposite change the acoustic reflection factors (cf. Hess, J., loc. cit., p. 13) above and below the formation of the eighth wave.

Der mensurierte Wellenleiter kann dem unterschiedlichen Schwingverhalten von Lautsprechermembranen mit hoher Gesamtgüte (= geringer mechanischer und/oder elektrischer Dämpfung) und niedrigen Resonanzfrequenzen ebenso angepasst werden wie dem Schwingverhalten von Lautsprechermembranen mit niedriger Gesamtgüte (= hoher mechanischer und/oder elektrischer Dämpfung) und hoher Resonanzfrequenz, indem dass mensurierte Maß des Wellenleiterquerschnitts insbesondere an den Nullstellen der Schallschnelle und des Schalldrucks entsprechend vergrößert bzw. verkleinert wird.Of the mensured waveguide can the different vibration behavior of loudspeaker membranes with high overall quality (= low mechanical and / or electrical damping) and low resonance frequencies are adjusted as well as the Oscillation behavior of loudspeaker membranes with low total quality (= high mechanical and / or electrical damping) and high resonance frequency, by having that mensurated measure of Waveguide cross section especially at the zeros of the sound velocity and the sound pressure is increased or decreased accordingly.

Der so gebildete mensurierte Wellenleiter mit schallhartem Abschluss wird

1. durch die Abstimmung seiner Länge auf die Viertelwellenlänge der tiefsten zu übertragenden Frequenz auf die optimale untere Grenzfrequenz und durch die Festlegung der Wellenleiterflächen auf entsprechende Wirkungsgrade der akustischen Leistung durch die Modifikation der Wellenleiterquerschnitte im Verhältnis von 1:
≈ 1,682 je Oktave vom Beginn der Viertelwelle bis hin zu deren Ende ausgelegt (1),
2. bei Bedarf durch die unsymmetrische Auslegung der Wellenleiterflächen in Bezug auf die Wellenleiterlänge zwischen dem Beginn der Viertelwelle und dem Ende der Viertelwelle der Wirkungsgradstärke des eingesetzten Treibers angepasst (1a und 1b),
3. durch die Modifikation der Wellenleiterquerschnitte durch Abweichung von dem mensurierten Maß entsprechend dem Prinzip der Vokalartikulation der Transienz des eingesetzten Treibers angepasst (1c)
4. und nicht zuletzt bei langen Lauflängen mit Rücksicht auf den Platzbedarf in Wohnräumen auch in gefalteter Form ausgeführt.(1d).

The thus formed waveguide mensurated waveguide becomes

1. by tuning its length to the quarter wavelength of the lowest frequency to be transmitted to the optimum lower limit frequency and by setting the waveguide surfaces to corresponding efficiencies of the acoustic power by the modification of the waveguide cross sections in the ratio of 1:
≈ 1.682 per octave from the beginning of the quarter-wave to the end ( 1 )
2. adapted to the efficiency of the driver used if required by the asymmetrical design of the waveguide surfaces with respect to the waveguide length between the beginning of the quarter wave and the end of the quarter wave 1a and 1b )
3. adapted by the modification of the waveguide cross sections by deviation from the mensured measure according to the principle of vocal articulation of the transience of the driver used ( 1c )
4. and last but not least in long run lengths with regard to the space required in living rooms in folded form. ( 1d ).

Weiterhin soll gekennzeichnet werden der mensurierte Wellenleiter mit schallweichem Abschluss (2), der den ventilierten Lautsprechergehäusen – Bassreflexboxen, Transmissionline- und Horngehäusen – auf der Basis des Stands der heutigen Technik gegenübergestellt wird. Wie bereits ausgeführt, tendieren Wellenleiter mit schallhartem Abschluss im Vergleich zu nicht geschlossenen Systemen zu einer nur sehr ungenügenden Abstrahlung tiefer und tiefster Frequenzen, was auf die Ausbildung von stehenden Wellen bei der Achtelwellenfrequenz zurückzuführen ist.Furthermore, the mensured waveguide is to be marked with a sound-soft finish ( 2 ) which is juxtaposed with ventilated loudspeaker enclosures - bass reflex boxes, transmission line and horn housings - based on the state of the art today. As stated previously, waveguide waveguides tend to have very low-to-low and low-frequency radiation emissions when compared to non-closed systems, due to the formation of standing waves at the 8th frequency.

Wellenleiter mit schallweichem Abschluss tendieren hingegen nicht zur Ausbildung von stehenden Wellen, weswegen von ihnen eine tieffrequentere Schallabstrahlung im Bereich der Viertelwellenfrequenz – und gegebenenfalls auch von noch darunter liegenden Frequenzen – erwartet werden kann. Die Wirkungsweise der ventilierten Systeme auf dem heutigen Stand der Technik basiert hierbei im wesentlichen auf der Anwendung des Prinzips des Helmholtz-Resonators, bei dem das Luftvolumen eines ersten Gehäuses durch die Membranbewegungen eines in dieses Gehäuse eingebauten Lautsprechers zum Schwingen gebracht wird und somit das im Vergleich zum ersten Gehäuse kleinere Luftvolumen eines zweiten Gehäuses ebenfalls zum Schwingen bringt, das mit dem ersten Gehäuse akustisch gekoppelt ist.waveguides on the other hand, with a soft sounding finish, they do not tend to train of standing waves, why of them a low-frequency sound radiation in the quarter wave frequency range - and possibly also by still lower frequencies - can be expected. The Effect of the ventilated systems on the current state of Technology is based essentially on the application of the principle of the Helmholtz resonator, in which the volume of air of a first housing through the membrane movements of a built-in speaker in this case is vibrated and thus compared to the first casing smaller air volume of a second housing also to swing brings that with the first case is acoustically coupled.

Das zweite Luftvolumen schwingt – je nach Größe – mit einer bestimmten Eigenresonanz, die die untere Grenzfrequenz des Gesamtsystems bestimmt. Die Abstrahlung tiefer Frequenzen wird dergestalt verstärkt, dass durch die Resonanzschwingung des zweiten Volumens die Membranauslenkung des Lautsprechers zur Erzeugung tieffrequenten Schalls im ersten Volumen reduziert und die Schwingungsenergie des Resonators an die Umgebungsluft übertragen wird (Vgl. Dickason, V., a.a.O., S. 91f.). Weitere Anwendungen des heutigen Stands der Technik in Bezug auf ventilierte Systeme werden durch das Horngehäuse, das Transmissionlinesystem sowie das Bandpassgehäuse repräsentiert. Ersteres basiert – wie alle anderen auch – ebenfalls auf dem Prinzip des Helmholtzresonators, allerdings mit einer sich im Verlauf systematisch vergrößernden Abstrahlfläche des zweiten Volumens zur Umgebungsluft hin, während das Transmissionlinesystem ein Helmholtzresonator mit einer sich im Verlauf des zweiten Volumens ständig verkleinernden Fläche zur Umgebungsluft ist.The second air volume vibrates - ever by size - with one certain self-resonance, which is the lower limit frequency of the entire system certainly. The radiation of low frequencies is amplified in such a way that by the resonance vibration of the second volume, the diaphragm deflection of the speaker for generating low-frequency sound in the first Volume is reduced and the vibrational energy of the resonator to the Transfer ambient air (See Dickason, V., loc. cit., pp. 91f.). Other applications of today State of the art in terms of ventilated systems are by the horn case, represents the transmission line system and the bandpass housing. The former is based - like all others others too - too on the principle of the Helmholtz resonator, albeit with a in the course of systematically increasing radiating surface of the second volume to the ambient air, while the transmission line system a Helmholtz resonator with one in the course of the second volume constantly decreasing area to the ambient air.

Das einfach ventilierte Bandpassgehäuse ist eine Kombination aus einem geschlossenen Gehäuse auf der einen und einem ventilierten Gehäuse mit Helmholtzresonator auf der anderen Seite der Membran, während das mehrfach ventilierte Bandpassgehäuse aus zwei ventilierten Gehäusen mit auf unterschiedliche Eigenresonanzen abgestimmten Helmholtzresonatoren vor und hinter dem Membran besteht.The simply ventilated bandpass housing is a combination of a closed housing on one and a ventilated housing with Helmholtz resonator on the other side of the membrane, while the multiple ventilated bandpass housing from two ventilated housings with Helmholtz resonators tuned to different natural resonances in front of and behind the membrane.

Alle ventilierten Lautsprechergehäuse auf dem heutigen Stand der Technik leiden unter Funktionseinschränkungen, die aus der Auslegung dieser Systeme auf eine so genannte Resonanzfrequenz erklärt werden können.All ventilated loudspeaker enclosure in the current state of the art suffer from functional limitations, from the design of these systems to a so-called resonant frequency explained can be.

So neigt das Bassreflexsystem zur Verstärkung eines lediglich sehr schmalbandigen Bereichs tieffrequenter Schallabstrahlung, die aus der Hydro- bzw. Aerodynamik hergeleitet werden kann. Die Koppelung eines zweiten, mit sehr viel kleinerer Fläche ausgestatteten Luftvolumens an ein erstes, größeres Luftvolumen schafft nach den Gesetzen der Aerodynamik einen Staudruck kurz vor dem Übergang der ersten auf die zweite Wellenleiterfläche, die innerhalb des zweiten Volumens durch eine stark ansteigende Schallschnelle wieder ausgeglichen wird.So The bass reflex system tends to boost one only very much narrow-band range of low-frequency sound radiation, the Hydro- or aerodynamics can be derived. The coupling a second, with much smaller area equipped air volume creates a first, larger volume of air according to the laws of aerodynamics, a dynamic pressure just before the transition the first on the second waveguide surface, within the second Volume offset by a strong rising sound velocity again becomes.

Der Staudruck am Ende des ersten Volumens stellt einen akustischen Wirkwiderstand für die Membran dar, deren Auslenkungen so verkleinert werden, während die hohe Schallschnelle innerhalb des zweiten Volumens zu einem Transport von Schallenergie an die Umgebungsluft führt, die allerdings nur sehr schmalbandig abgegeben werden kann, da die nach außen abstrahlende Fläche des Helmholtzresonators im Vergleich zur Fläche der angekoppelten Umgebungsluft ebenfalls nur sehr klein ist.Of the Back pressure at the end of the first volume provides an acoustic resistance for the Membrane whose deflections are reduced so while the high speed sound within the second volume to a transport of sound energy to the ambient air leads, but only very narrowband can be given, as the radiating outward area of Helmholtz resonator compared to the surface of the coupled ambient air also very small.

Das Horngehäuse auf dem heutigen Stand der Technik versucht dieser Problematik mit einer sich systematisch – z. B. konisch, exponentiell oder hyperbolisch – zur Umgebungsluft hin erweiternden Abstrahlungsfläche zu begegnen. Hierdurch wird eine verbesserte Einfügung der weitergeleiteten Membranbewegung an die Umgebungsluft angestrebt, weswegen das Horngehäuse auch als „Druck-Schnelle-Transformator" (Vgl. o.A.: Hornlautsprecher, a.a.O., S. 368) bezeichnet wird. Nachteilig an dieser Anwendung des heutigen Stands der Technik ist jedoch die Tatsache, dass mit der Erweiterung der Abstrahlungsfläche eine deutliche Erhöhung der akustischen Scheinimpedanz einhergeht, die als Produkt aus der akustischen Wirkimpedanz und der Abstrahlungsfläche (Z = zF mit Z: akustische Scheinimpedanz, z : akustische Wirkimpedanz und F : Abstrahlfläche) definiert ist (Vgl. Dinsdale, J., a.a.O., S. 4). Das Hornsystem ist somit zur Wiedergabe tiefer Frequenzen befähigt, gibt bei entsprechend großer Hornöffnung sehr tiefe Frequenzen aber mit nur sehr geringer oder keiner akustischen Leistung ab, da unterhalb der durch den Radius der Öffnung festgelegten Hornfrequenz die resistive Komponente des akustischen Widerstands gegenüber der reaktiven Komponente stark steigt. Diesem Problem kann nach dem Stand der Technik durch eine entsprechende Vergrößerung der Lauflänge begegnet werden, die aber im Verein mit der erforderlichen großen Hornöffnung zu sehr unhandlichen Gehäuseabmessungen führt.The Horn housing in the current state of the art, this problem tries with one systematically - z. Conical, exponential or hyperbolic - expanding towards the ambient air radiating surface to meet. This will provide an improved insertion of the aimed at membrane movement to the ambient air, that's why the horn case also as a "pressure-fast-transformer" (cf o.A .: Horn loudspeaker, a.a.O., p. 368). A disadvantage of this application However, the current state of the art is the fact that with the extension of the radiating surface a significant increase in acoustic impedance accompanies the product as the acoustic Impedance and the radiating surface (Z = zF with Z: acoustic Apparent impedance, z: acoustic impedance and F: radiating surface) (See Dinsdale, J., supra, p. 4). The horn system is thus capable of reproducing low frequencies, gives in accordingly greater Horn opening very low frequencies but with very little or no acoustic Performance below, as determined by the radius of the opening Horn frequency the resistive component of the acoustic resistance across from the reactive component rises sharply. This problem may be after the prior art by a corresponding increase in the yardage to be encountered, but in association with the required large horn opening very bulky housing dimensions leads.

Aus diesem Grund hat Hans Deutsch 1978 einen anderen Lösungsweg – die Verkleinerung der Hornöffnung und der Hornlänge und deren Ankoppelung als Helmholtzresonator an ein vergleichsweise größeres vorgelagertes Volumen – vorgeschlagen (Vgl. Deutsch, Hans W.: Lautsprecherbox mit Hornresonator, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 28 01 227 vom 19.7.1979). Dieses Modell führt zu besseren Ergebnissen, ist aber im Hinblick auf die Abstrahlungsleistung und die Transienz weiter optimierbar.For this reason, Hans Deutsch has another solution in 1978 - the reduction of the horn Opening and the horn length and their coupling as a Helmholtz resonator to a comparatively larger upstream volume - proposed (Cf. German, Hans W .: Loudspeaker with horn resonator, German Patent Office, Offenlegungsschrift 28 01 227 from 19.7.1979). This model leads to better results, but is further optimized in terms of radiation power and transience.

Das Tiefbass- und das Transienzproblem sind – wie bei dem geschlossenen Gehäuse – Volumen-/Flächenprobleme: Während Hörner durch ihre Topografie – die stetige Erweiterung der Abstrahlfläche – bei von der Lautsprechermembran induzierten wellenförmigen Schwingungsbewegungen mit Null-Durchgang zu einer erhöhten Abstrahlung tieffrequenten Schalls beitragen, indem sie den durch das Gehäuse verursachten akustischen Widerstand gegen die Membranbewegungen deutlich senken, tritt bei zurücklaufenden Wellen, die nicht von Membranbewegungen – wie z. B. bei dem Anlegen eines Rechtecksignals – ausgelöst wurden, das Gegenteil ein. In diesem Falle wirkt das Horn gegenüber der zurück laufenden Welle wie ein sich verjüngendes Transmissionlinegehäuse, das hohen Frequenzen gegenüber einen hohen akustischen Wirkwiderstand aufweist und diese somit verstärkt. Aus dieser Tatsache resultiert die vielen Hornsystemen zu Recht nachgesagte Tendenz zur Überhöhung von Mittel- und Hochtonfrequenzen, die auf eine verschlechterte Transienz zurückzuführen sind, insbesondere wenn es sich um ein sich relativ konstant öffnendes Horn handelt (Vgl. Dinsdale, J., a.a.O., S. 6f.). Hieraus folgt, dass auch ventilierte Systeme wie das Hornsystem genauso wie geschlossene Systeme unter der Gegenläufigkeit hoher Wiedergabequalität bei der Transienz und der tieffrequenten Abstrahlung leiden.The Tiefbass- and the transience problem are - as with the closed Housing - Volume / Area Problems: While horns through their topography - the continuous expansion of the radiating surface - at the loudspeaker diaphragm induced wavy Oscillation movements with zero passage to increased radiation low-frequency sound by causing it through the case significantly reduce the acoustic resistance to membrane movement, occurs when returning Waves that are not affected by membrane movements - such. B. when investing of a square wave signal - were triggered the opposite one. In this case, the horn acts against the back running shaft like a tapered transmission line housing that high frequencies has a high acoustic resistance and thus this strengthened. From this fact results the many horn systems rightly alleged tendency to exaggeration of Mid and high frequencies that indicate a worsened transience are due especially if it is a relatively constant opening Horn acts (see Dinsdale, J., loc. Cit., Pp. 6f.). It follows that even ventilated systems like the horn system as well as closed systems under the opposition high quality reproduction to suffer from transience and low-frequency radiation.

Das Transmissionlinegehäuse ist im Gegensatz zum Horngehäuse ein sich systematisch verjüngender Wellenleiter, in dem die Übertragung tiefer Frequenzen durch die Verkleinerung der Wellenleiterfläche und die damit verbundene Erhö hung des Schalldrucks und der Schallschnelle im Verlauf der Viertelwelle unterstützt wird. Aufgrund dieser unterschiedlichen Charakteristik werden in Transmissionlinegehäusen typischerweise amplitudenstarke Treiber mit niedriger Resonanzfrequenz und relativ geringer Dämpfung eingesetzt, deren Schwingbewegungen durch das Gehäuse heruntergesetzt werden sollen, während in Hornsysteme amplitudenschwache Treiber mit relativ hoher Resonanzfrequenz und hoher Dämpfung eingesetzt werden, die durch das Gehäuse zu tieffrequenten Schwingungen angeregt werden sollen.The Transmission Line Case is in contrast to the horn case a systematically rejuvenating Waveguide in which the transmission low frequencies by the reduction of the waveguide surface and the related increase the sound pressure and the sound velocity in the course of the quarter wave supports becomes. Due to these different characteristics are in Transmission Line housings typically high-amplitude drivers with low resonance frequency and relatively low attenuation used, whose oscillating movements lowered by the housing should be while in horn systems, low-amplitude drivers with a relatively high resonance frequency and high damping are used by the housing to low-frequency vibrations to be stimulated.

Trotz dieser unterschiedlichen Charakteristik leiden Transmissionlinegehäuse an einer ähnlichen Transienzproblematik wie Horngehäuse. Nach dem Abklingen einer Rechteckspannung entsteht innerhalb des Gehäuses eine rücklaufende Welle, der gegenüber sich das Gehäuse wie ein Hornsystem verhält, was zu einem starken Überschwingen der Frequenzen im Bereich unterhalb der Systemresonanz führt. Aus diesem Grund wird Transmissionlinegehäusen auf dem heutigen Stand der Technik zu Recht die Neigung zu subsonischem Übertragungsverhalten – zum Teil bis zur Selbstzerstörung – nachgesagt (Vgl. Dickason, V., a.a.O., S. 147). Der mensurierte Wellenleiter mit schallweichem Abschluss weist diese Probleme ventilierter Gehäuse auf dem heutigen Stand der Technik nicht auf, da in ihm Horn- und Transmissionlinegehäusebestandteile gegenläufig arbeiten und somit die Transienzproblematik von der Problematik tieffrequenter Schallabstrahlung unabhängig gemacht werden kann.In spite of Transmissionline housings suffer from a similar transience problem with these different characteristics like horn case. After the decay of a square voltage arises within the housing a returning Wave, opposite the case how a horn system behaves resulting in a strong overshoot the frequencies in the range below the system resonance leads. Out For this reason, transmission line housings will be up to date the technology rightly the tendency to subsonic transmission behavior - in part to self-destruction - said (See Dickason, V., supra, p. 147). The mensured waveguide Soundproof finish has these problems of ventilated enclosures in the current state of the art, as in him Horn and Transmissionlinegehäusebestandteile opposite work and thus the transience issue of the problem low-frequency sound radiation can be made independent.

Der in 2 figürlich dargestellte Wellenleiter kann sowohl aus dem mensurierten Wellenleiter mit geschlossenem Gehäuse als auch aus einem ventilierten Gehäuse auf dem heutigen Stand der Technik hergeleitet werden. Beide Ansätze führen zum gleichen Ergebnis.The in 2 figuratively illustrated waveguide can be derived both from the mensured waveguide with a closed housing and from a ventilated housing in the state of the art. Both approaches lead to the same result.

Ventilierte Lautsprechersysteme entlasten den in ein erstes Luftvolumen eingebauten Lautsprecher durch die Ankoppelung eines zweiten, mit der Umgebungsluft gekoppelten, normalerweise röhrenförmigen Tunnelvolumens. Dieses trägt – wie erwähnt – zur Entlastung der Lautsprechermembran und zur Erhöhung des tieffrequenten Wirkungsgrads des Gesamtsystems bei einer bestimmten Systemresonanzfrequenz bei. Soll ein solches Resonanzsystem dazu in die Lage versetzt werden, eine weitere, tiefer liegende Systemresonanzfrequenz zu unterstützen, müsste ein diese tiefere Resonanzfrequenz unterstützendes zweites Tunnelvolumen hinzugefügt werden. Dieses ist sinnvoller Weise an einer in der Wellenausbreitungsrichtung zeitlich sowie örtlich später liegenden Stelle des Wellenleiters in Form eines entsprechend größer dimensionierten zweiten Tunnels möglich. Diese Vorgehensweise ist – je nach eingesetztem Lautsprecher – für weitere Resonanzfrequenzen wiederholbar; eine entsprechende schematische Darstellung findet sich in 2.Ventilated loudspeaker systems relieve the volume of the loudspeaker built into a first air volume by coupling a second, normally tubular, tunnel volume coupled to the ambient air. This contributes - as mentioned - to the discharge of the speaker diaphragm and to increase the low-frequency efficiency of the entire system at a certain system resonance frequency. If such a resonance system is to be enabled to support a further, lower system resonance frequency, a second tunnel volume supporting this lower resonance frequency would have to be added. This is meaningful way at a time in the wave propagation direction as well as laterally local point of the waveguide in the form of a correspondingly larger-sized second tunnel possible. This procedure is - depending on the speaker used - repeatable for further resonance frequencies; a corresponding schematic representation can be found in 2 ,

Die Durchmesser der eingesetzten Tunnel müssten sich – würden diese im Oktavabstand in den Wellenleiter eingesetzt – im Verhältnis von 1 zu 1,682 je tieferer Oktave vergrößern, während ihre Lauflänge auf dem Stand der heutigen Technik sich bei gleich bleibendem Durchmesser um den Faktor 4 pro tieferer Oktave verlängern müsste. Da aufgrund des mensurierten Prinzips pro tieferer Oktave eine Flächenzunahme von Faktor 2,828 bezogen auf die Tunnelfläche stattfinden muss, käme es in der Summe zu einer Verlängerung der Tunnel je tieferer Oktave von über einem Faktor von 11,3, was zu unrealisierbaren Tunnellängen bei tiefen Frequenzen führen würde.The diameters of the tunnels used would have to - if they are inserted in the waveguide at an octave distance - in the ratio of 1 to 1.682 per lower octave increase, while their run length on the state of today's technique with a constant diameter by a factor of 4 per lower octave lengthen would. Since, due to the mensured principle, there must be an area increase of a factor of 2.828 in relation to the tunnel surface per lower octave, this would lead to an overall lengthening of the Tunnel at a lower octave of over a factor of 11.3, which would lead to unrealizable tunnel lengths at low frequencies.

Aus diesem Grund wird empfohlen, den jeweils geringst möglichen Tunneldurchmesser zu wählen, der die Voraussetzung d_v ≥ 39,37·

mit d_v: Tunneldurchmesser, f_b: Abstimmfrequenz in Hertz und v_d: verschobenes Luftvolumen der Membran erfüllt (Vgl. Dickason, V., a.a.O., S. 104). Erfahrungsgemäß dürften Tunnelflächen, die eine Relation zur Lautsprechermembranfläche von 1 zu 4 bis zu 1 zu 8 bilden, dieser Forderung genügen. Werden entsprechende Tunnel in ein Gehäuse mit gleich bleibendem Wellenleiterquerschnitt eingefügt, so ergibt sich ein Modell wie in 2. Werden die Tunnel zur Erzielung einer gleich bleibenden Tonalität des Wellenleiters entsprechend dem Mensurprinzip systematisch miteinander verbunden, um eine kontinu ierliche Erhöhung des Wirkungsgrads bei tieffrequenter Schallabstrahlung zu erreichen, so ergibt sich ein Modell wie in 2a.For this reason, it is recommended to choose the smallest possible tunnel diameter that satisfies the requirement d _v ≥ 39.37 ·

with d _v : tunnel diameter, f _b : tuning frequency in hertz and v _d : displaced air volume of the membrane fulfilled (cf. Dickason, V., loc. cit., p. 104). Experience has shown that tunnel surfaces, which form a relation to the loudspeaker diaphragm area of 1 to 4 up to 1 to 8, are sufficient for this requirement. If corresponding tunnels are inserted into a housing with constant waveguide cross-section, then a model results as in 2 , If the tunnels are systematically interconnected in order to achieve a constant tonality of the waveguide in accordance with the scale principle in order to achieve a continuous increase in the efficiency of low-frequency sound radiation, then a model results as in FIG 2a ,

Mithilfe der in 2b gezeigten akustischen Ankoppelung des Wellenleiterinnenvolumens an die Umgebungsluft wird durch die mensurierte Festlegung der Ausmaße der Wellenleiteröffnung in Relation zu der Lauflänge des Helmholtzresonators ein idealer Ausgleich zwischen der sich stetig verjüngenden Querschnittsfläche des Wellenleiterinneren und der sich in gleichem Maße stetig vergrößernden äußeren Abstrahlfläche des Helmholtzresonators erreicht. Hierdurch wird bewirkt, dass die den traditionell auf dem Stand der heutigen Technik gefertigten Transmissionline- und Hornsystemen nachgesagten Transienzprobleme beim Ein- und Ausschwingverhalten des Membran-/Wellenleitersystems gehäuseseitig eliminiert werden. Insbesondere in der Kombination mit nicht oder wenig energiespeichernden Lautsprechermembranen wird hierdurch eine größtmögliche Annäherung an die Reproduktion des musikalischen Originalsignals ohne Ausprägung ansonsten unvermeidbarer Ober- und Unterschwingungen erreicht.Using the in 2 B shown acoustic coupling of the waveguide inner volume to the ambient air is achieved by the mensured determination of the dimensions of the waveguide opening in relation to the run length of the Helmholtz resonator an ideal balance between the continuously tapered cross-sectional area of the waveguide interior and the same steadily increasing outer radiating surface of the Helmholtz resonator. This has the effect that the transience problems described in the transmission line and horn systems, which are traditionally manufactured on the level of today's technology, are eliminated on the housing side in the case of the transient and decay behavior of the membrane / waveguide system. In particular, in combination with no or little energy-storing speaker membranes thereby a maximum approximation to the reproduction of the original musical signal without expressing otherwise unavoidable upper and lower vibrations is achieved.

Die akustische Ankoppelung kann in parabolischer, exponentieller, hyperbolischer, konischer sowie in Traktrix-Form ausgeführt werden. Maßgeblich für die Wahl der entsprechenden Ausführung sind die Übertragungseigenschaften des eingesetzten Lautsprechersystems und das gewünschte Übertragungsverhalten des Lautsprecher-/Wellenleitersystems. Unabdingbar ist in allen Fällen die schon erwähnte relative Festlegung der Größe der Wellenleiteröffnung und der Helmholtzresonator-Lauflänge in Anlehnung an die Normmensur, die am Beispiel eines konischen Modells in 2c verdeutlicht wird.The acoustic coupling can be performed in parabolic, exponential, hyperbolic, conical and in tractrix form. Decisive for the choice of the corresponding design are the transmission characteristics of the speaker system used and the desired transmission behavior of the speaker / waveguide system. In all cases, the above-mentioned relative determination of the size of the waveguide opening and the Helmholtz resonator barrel length is indispensable on the basis of the standard method, which is illustrated by the example of a conical model in 2c is clarified.

Claims

A loudspeaker waveguide for reproducing music and speech signals is presented by loudspeaker membranes in several embodiments, characterized in that these waveguides enable the reproduction of sound signals in the same tonality both in open and in closed design compared to loudspeaker cabinets in the current state of the art closed form the inner cross sections of the waveguide at the point of the expression of a quarter wave of a corresponding frequency first determined according to the specifications of the mensured free vibration and then adjusted with the aid of the reflection factor calculation of articulatory phonetics the efficiency of the speaker driver. In an open design, the sound outlet openings of the waveguide are first determined according to the specifications of the mensured free vibration and then adjusted with the aid of the reflection factor calculation of the articulatory phonetics the efficiency of the speaker driver.

The reproduction of the entire frequency range to be transmitted by the loudspeaker membrane in the same tonality is ensured by a special embodiment of both the open and the closed waveguide housing, which is characterized in that the entire length of the waveguide in principle to the length of the quarter wave of the lowest frequency to be transmitted is turned off. (See. 1 to 2a ) This can be adjusted to the self-resonance of the speaker driver used as well as to frequencies above or below it. Depending on the choice of waveguide resonant frequency in relation to speaker resonant frequency under free field conditions, the required waveguide cross sections are determined.

The closed waveguide housing (see. 1 to 1d ) are therefore characterized in that they are designed in a closed design with respect to the waveguide cross sections d ₁ ... d _n transverse to the waveguide length such that these waveguide cross sections at the octave distance corresponding to the specifications of the mensured free vibration of the instrument in the relationship of the potters Normmensur change by these in the octave distance in the ratio of 1 to

≈ 2.828 instead of 1 to 2 as the waveguide length change. The latter approach, which is today State of the art, leads in the bass range to clearly far and in the treble range too clearly narrow waveguides that no longer ensure transmission of different frequencies at the same tonality.

The mensured waveguide cross sections are in modification of the above scale scale further characterized in that they are changed depending on the used speaker membrane and its acoustic transmission properties over the mensured standard measure to the effect that they can be adapted to the acoustic efficiency of the speaker in the frequency response. In this case, use is made of the fact that the strongest sound radiation of a waveguide is to be determined at the point at which half of the product of acoustic impedance multiplied by the square of the sound velocity

there by definition

with p: sound pressure) reach their maximum. If the sound radiation of the loudspeaker waveguide system at this or another point is too strong due to the acoustic properties of the loudspeaker driver, then a corresponding increase in the waveguide cross section to increase the reactive component's blind component (defined as Z = zF with Z: acoustic reactance, z: acoustic resistance and F: waveguide surface). If, in the reverse case, the sound radiation is too weak to ensure equal tonality over the frequency response, a corresponding reduction in the waveguide cross section must be made in accordance with the reflection factor calculation. (See esp. 1a and 1b )

The aberrated waveguides continue to do so characterized in that their cross-sectional enlargement respectively - rejuvenation - i. the relative change of the relationship the acoustic resistance z for acoustic reactance Z - in particular at the points of wave propagation where either the sound velocity or the sound pressure reaches zero, to an increase or decrease the corresponding radiated formant frequencies, the again to the expression a same tonality over the entire frequency response can be used.

When over-shaping the formant frequencies are the mensured waveguides thereby characterized in that a "cross-sectional enlargement a position where p (t) = 0, ... to increase the associated formant frequency (leads); at a position where v (t) = 0, it leads to its reduction. The nodes of the standing waves (p (t) = 0 or v (t) = 0) are simultaneous Set maximum sensitivity of formant frequencies to cross-sectional changes (See Hess, J. Articulatory and acoustic phonetics, scripts of the institute for Communication Research and Phonetics, Rhein.-Friedr.-Wilh.-Universität Bonn, Bonn 2001, p. 15).

The mensurated waveguides are characterized in the deformation of the Formantfrequenzen characterized in that the required change of the waveguide cross sections d ₁ ... d _n can be calculated according to the formula of the reflection factor calculation of articulatory phonetics. If different cross-sections of the form d _k and d _{k + 1 are} assumed at a certain point of the waveguide, the reflection coefficients arising from the transition from one to the other surface can be calculated from the different ratios of the two surfaces

From this, the volume velocity u of the forward and backward wave in the sections k and k + 1 can be calculated u _{f, k + 1} (t) = (1 - r _k ) u _fk (t) + r _k u _{b, k + 1} (t) u _{b, k} (t) = -r _k u _{f, k} (t) + (1-r _k ) u _{b, k + 1} (t) Transmitted to extreme transitions - the ideal reverberant termination of the enclosure as well as the ideal soundproof termination of the open housing - the following limit values result:

The mensurated closed-form waveguides are collectively characterized in that their waveguide length is designed to the length of the quarter wave of the lowest frequency to be transmitted and the waveguide cross sections are designed in principle to the conditions of Töpfer's Normmensur, the resulting cross sections in accordance with the used acoustic power efficiencies at different frequencies by appropriate adjustment of the reflection factors between two adjacent cross sections d _k and d _{k + 1} in the sense of a relative enlargement or reduction thereof are revised. As a result, the entire system in closed form ensures the transmission of the entire frequency range to be transmitted in the same tonality.

The mensured waveguides of open form (cf. 2 to 2 B ) are characterized in that their length - as well as in the closed cases - is designed for the quarter wavelength of the lowest frequency to be transmitted. The open-system waveguide cross section, unlike the closed-system approach, for that part of the runlength that does not have an ambient air exit, is set to the scale that corresponds to Potter's norm of that lowest frequency, that of the open waveguide due to its quarter wavelength forms before the first outlet opening.

The mensured waveguides are open-ended further characterized in that to be introduced in the housing outlet openings in principle be trained in the form of Helmholtz resonators in the place the quarter wavelength the one to be transferred Frequency corresponds. These are in contrast to today's state but not as a single, to a specific resonant frequency aligned resonators, but as a multiple resonator for a bandwidth from to be transferred Resonant frequencies formed.

The multiple resonator of the mensured waveguide open form is characterized in that this from the mathematical or geometric integration of the first and the following following resonators (see. 2 ) is formed, which are introduced to transmit low-frequency sound components of the same tonality at several resonant frequencies in the waveguide. In order to avoid nonlinearities, the integration of the individual resonators into a multiple resonator should be carried out in as infinitesimal a form as possible.

The individual resonators are first formed in accordance with the design rules for Helmholtz resonators in the current state of the art, the multiple resonator of the open-ended waveguide mensurierten waveguide is characterized but characterized in that its changing cross sections first in relation to their lengths according to the Töpfer'schen Normmensur change. (See. 2a and 2 B )

The thus formed multiple resonator is further characterized in that its respective length / cross-sectional ratios - analogous to the procedure in the mensured waveguide closed form - using the reflection computation of the articulatory phonetics the acoustic efficiency of the speaker driver used can be adjusted. In the 2a and 2 B shown exponential execution of the acoustic coupling of the waveguide inner volume to the ambient air can therefore be modified according to the requirements of the frequency response and the efficiency of the speaker driver used and z. B. also be performed in conical, parabolic, hyperbolic or other form.

In sum, the open-centered, aberrated waveguide is characterized in that its open case portion opens in the (mensurated) measure by tapering of the closed portion of the waveguide. The tapering of the closed housing part, as with the closed loop, mensored waveguide, results in an increase in the acoustic efficiency of reproducing those frequencies which reach their quarter wave length at the locations of the respective taper. It faces a similarly open (mensurated) outlet opening at the points of the respective quarter wavelengths, which ensures the optimal acoustic coupling of the increased acoustic efficiency of the closed housing part to the ambient air. The lowest transmitted frequency of the mensured system is determined by the circumference of the exit opening, which must correspond to the wavelength of the lowest frequency to be transmitted, since below this frequency, the reactance of the entire system increases greatly compared to the effective resistance, which leads to the emission of subsonic oscillations without acoustic power , The lowest frequency of the system to be transmitted can be influenced by the fact that the waveguide is used either in free, close to the wall, in wall and floor or near corner installation, whereby the lowest radiated frequency compared to free placement in the ratio of 1 to 2 4 to 8 shifted down.