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Die Erfindung betrifft eine Lautsprecherbox für Kraftfahrzeug mit einer Soundanlage. In einem Kraftfahrzeug wird üblicherweise bereits serienmäßig eine Soundanlage eingebaut, die Tonquellen, wie bspw. ein Radio, ein CD-Abspielgerät, einen HiFi-Verstärker und daran angeschlossene Lautsprecher aufweist. Die Lautsprecher umfassen insbesondere bei höhenwertigen Soundsystemen Tiefton- und Hochton-Lautsprecher, bzw. Tiefton-, Mittelton- und Hochton-Lautsprecher. Bekanntermaßen erfordern Tiefton-Lautsprecher zur kraftvollen Wiedergabe tiefer Frequenzen eine akustische Koppelung mit einem relativ großen Resonanzvolumen. So ist aus der
DE 199 19 456 A1 ein Tieftonlautsprecher für ein Kraftfahrzeug bekannt, der mit einem Resonanzvolumen gekoppelt, das in dem Beifahrer-Fußraumbereich an die die Fahrzeugkabine von Motorraum trennende Stirnwand angeordnet ist. Die
DE 197 35 082 A1 offenbart eine Anordnung eines Tieftonlautsprechers unter dem Fahrzeugsitz. Dabei wird das Resonanzvolumen zumindest teilweise durch ein von einem Tragrahmen umschlossene Schwellervolumen gebildet. Aus der
DE 199 09 143 A1 ist bekannt, den Tieftonlautsprecher in einem hohlen Träger anzuordnen, z. B. einem Längs- oder Querträger des Fahrzeugs, der sich im Bodenbereich des Fahrzeugs erstreckt. Diese Lösungen lassen sich jedoch insbesondere bei Fahrzeugen der Kategorien: Kleinstwagen, City-Cars oder Leichtfahrzeuge, mangels verfügbarer, ausreichender Volumina nicht verwirklichen. Durch das bei diesen Kraftfahrzeugen häufig verwendete „Ein-Box Konzept”, d. h. einer Karosserie ohne ausgeprägten Kofferraum und ohne ausgeprägte Motorhaube, stehen auch die bei anderen Fahrzeugen der Karosserietypen im Kofferraumbereich oder im Bereich des Motorraums nutzbaren Einbauvolumen nicht zur Verfügung.
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Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin eine Lautsprecherbox, insbesondere für einen Tiefton-Lautsprecher anzugeben, die ein relativ großes Volumen aufweist, ohne dabei im Fahrzeuginnenraum eine Innenraum- bzw. Stauraumverkleinerung zu bewirken.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe wird durch eine Lautsprecherbox einer Soundanlage eines Kraftfahrzeugs gelöst, die zumindest einen Schallwandler aufweist, wobei der von dem Schallwandler erzeugte Schall in den Innenraum des Kraftfahrzeugs abstrahlt, und der Schallwandler auf seiner Rückseite akustisch an einen Resonanzraum angekoppelt ist, der durch einen Hohlraum in einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs gebildet ist, wobei die Tragstruktur in Form einer Sicherheitszelle ausgeführt ist, die den Innenraum des Kraftfahrzeugs weitgehend umschließt, und der Hohlraum zwischen einer Innenwand und einer Außenwand der Sicherheitszelle ausgebildet ist. Die Erfindung basiert somit darauf, insbesondere abgeschlossene, Hohlräume in einer als Sicherheitszelle ausgebildete Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, insbesondere bei Fahrzeugen der Kategorien: Kleinstwagen, City-Car oder Leichtfahrzeug als Resonanzraum bzw. als Resonanzvolumen bzw. als Lautsprecherbox zu nutzen. Eine solche Sicherzelle ist bspw. als „Tridion-Sicherheitszelle” des Smart bekannt.
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Der Begriff „Sicherheitszelle” soll sich vorliegend auf die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs beziehen, während der Begriff: „Innenraum des Kraftfahrzeugs” als der Raum aufgefasst wird, in dem der Fahrer bzw. Mitfahrer Platz finden, und der sich aus der Sicherheitszelle ergibt, nachdem die Sicherheitszelle mit entsprechenden Verkleidungen, Ein- und Anbauten versehen wurde.
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Der Schallwandler ist vorzugsweise ein Tiefton-Lautsprecher. Es können jedoch auch Breitband-Lautsprecher und Mittelton-Lautsprecher mit einem entsprechenden Hohlraum der Sicherheitszelle akustisch gekoppelt werden. Das Volumen des Hohlraums und eine ggf. erforderliche akustische Dämpfung des Hohlraums sind auf den oder die verwendeten Schallwandler abzustimmen.
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Der Hohlraum in der Sicherheitszelle ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest annähernd luftdicht abgeschlossen und akustisch gedämpft, wobei zur akustischen Dämpfung im Hohlraum bevorzugt ein wärmespeicherndes Material angeordnet ist, das adiabatische Kompressionen in isotherme Kompressionen wandelt. Dadurch kann ein akustischer Kurzschluss durch stehende Wellen weitgehend zuverlässig unterbunden werden. Durch die Federwirkung des abgeschlossenen wird die Resonanzfrequenz und die Resonanzgüte des Schallwandlers erhöht. Vorteilhafter Weise verwendet man bei dieser Ausführungsform Schallwandler, die eine niedrige Freiluftresonanz und Gesamtgüte aufweisen. Die Lautsprecherbox weist in diesem Fall ein geschlossenes „Gehäuse” auf, bei dem der Schallwandler mit seiner Vorderseite direkt Schall in den Innenraum des Kraftfahrzeugs abstrahlt.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lautsprecherbox weist der Hohlraum zum Innenraum des Kraftfahrzeugs einen Bass-Reflex-Kanal mit einer Bassreflex-Öffnung auf. In diesem Fall ist das „Gehäuse” des Schallwandlers als sogenannte Bassreflex-Gehäuse ausgeführt. Das Volumen des Hohlraums ist dabei nicht luftdicht abgeschlossen, sondern durch den Bass-Reflex-Kanal mit dem Innenraum des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Luftmasse in diesem Bass-Reflex-Kanal bildet mit dem Volumen des Hohlraums einen Resonator (Helmholtz-Resonator). Der Resonator bewirkt eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich seiner Serien-Resonanzfrequenz. Die Abstimmung der Resonanz erfolgt durch eine entsprechende Justierung der Länge des Bass-Reflex-Kanals und erfordert eine sensible Anpassung an die so genannten Thiele-Small-Parameter des Schallwandlers und des Hohlraum-Volumens. Das Ziel der Abstimmung ist die Erzeugung eines möglichst linearen Frequenzgang bis zu einer unteren Grenzfrequenz. Die Verwendung von Bassreflex-Gehäusen ermöglicht es, Schallwandlern mit im Bezug auf die Größe ihrer Schallwandöffnung relativ starken elektrodynamischen Antrieben zu nutzen. Derartige Schallwandler haben in geschlossenen Gehäusen, welche in der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurden, bei tiefen Frequenzen unterhalb der Eigenresonanzfrequenz einen geringen Wirkungsgrad. Das Bassreflex-Gehäuse ermöglicht eine Kompensation des schwachen Wirkungsgrades im Bereich tiefer Frequenzen. Der Schallwandler erzeugt somit bei gleicher Auslenkung der Membran eine höhere Schallintensität. Hierdurch werden Systeme mit höherem Wirkungsgrad bei gleichzeitig tieferer Grenzfrequenz als bei gleichgroßen geschlossenen Gehäusen ermöglicht.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lautsprecherbox zeichnet sich dadurch aus, dass der Schallwandler auf seiner Vorderseite akustisch an einen Kammerraum gekoppelt ist, der einen Entlüftungskanal und eine Entlüftungsöffnung zum Innenraum des Kraftfahrzeugs aufweist. In diesem Fall ist der Schallwandler auf seiner Rückseite akustisch mit dem Hohlraum und auf seiner Vorderseite akustisch an den Kammerraum gekoppelt, wobei der Kammerraum über den Entlüftungskanal und die Entlüftungsöffnung Schall in den Innenraum des Kraftfahrzeugs abstrahlt. Bevorzugt wird der Kammerraum durch einen weiteren Hohlraum der Sicherheitszelle gebildet ist. Diese Ausführungsform entspricht einem einfach ventilierten Bandpass-Gehäuse. Der Schallwandler arbeitet dabei zwischen zwei Kammern, d. h. dem Hohlraum und dem Kammerraum. Der Kammerraum ist wie beim Bassreflex-Gehäuse über einen Bass-Reflex-Kanal akustisch an den Innenraum des Kraftfahrzeugs gekoppelt, der Hohlraum ist wie bei dem vorstehend beschriebenen geschlossenen Gehäuse geschlossen und weist keine Verbindung zum Innenraum des Kraftfahrzeugs auf. Aus der Masse der Luft im Entlüftungskanal und der Federsteife des eingeschlossenen Volumens im Kammerraum entsteht ein sogenannter Helmholtz-Resonator, der die gesamte Schallabstrahlung übernimmt. Der Wirkungsgrad im Bereich seiner Eigenresonanz ist höher als der eines frei abstrahlenden Schallwandlers. Das Volumen des Hohlraums hat dabei die gleiche Funktion wie bei einem geschlossenen Gehäuse, es soll eine Bewegung der Membran des Schallwandlers ermöglichen und den akustischen Kurzschluss verhindern. Bandpassgehäuse sind nur zur Übertragung schmaler Frequenzbereiche (max. 1 Oktave) sinnvoll einsetzbar. Ein hoher Wirkungsgrad verringert diesen Frequenzbereich weiter, eine große Bandbreite verringert den Wirkungsgrad. In Verbindung mit den Eigenschaften des Schallwandlers fällt der Pegel ober- und unterhalb des Übertragungsbereichs stark ab.
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Bevorzugt sind der Schallwandler und der Hohlraum bzw. der Kammerraum in einem vorderen oder einem hinteren Seitenbereich der Sicherheitszelle, insbesondere im Bereich der Türrahmen und Radkästen, angeordnet. Dies insbesondere wegen der im Bereich der Türrahmen und Radkästen in der Tragstruktur der Sicherheitszelle typischerweise vorhandenen größeren Hohlraumvolumina zwischen der Innenwand und der Außenwand der Sicherheitszelle. Natürlich können mehrere Schallwandler, d. h. Lautsprecher-Chassis, gemäß den vorstehenden Ausführungen in der Sicherheitszelle des Kraftfahrzeugs angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht nicht genutztes Volumen in einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, die als Sicherheitszelle ausgeführt ist, als Lautsprecherbox, insbesondere für Tiefton-Lautsprecher, zu nutzen, wobei kein zusätzlicher Bauraum für die Lautsprecherbox benötigt wird. Dies ermöglicht Soundsystemen, die insbesondere in Fahrzeugen der Klassen: Kleinwagen, Kleinstwagen, City-Cars, und Leichtfahrzeuge eingebaut sind, eine kraftvolle Wiedergabe von tiefen Frequenzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Gleiche, funktionsgleiche und/oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen:
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1 3D-Innenansicht einer vertikal geschnittenen Sicherheitszelle eines City-Cars (Smart), mit einem an der rechten hinteren Innenwand der Sicherheitszelle angeordneten Lautsprecher;
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2 3D-Ansicht einer Sicherheitszelle eines City-Cars (Smart), mit einem an der rechten vorderen Innenwand der Sicherheitszelle angeordneten Lautsprecher;
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3 3D-Innenansicht einer horizontal geschnittenen Sicherzelle eines City-Cars (Smart), mit einem an der linken vorderen Innenwand angeordneten Lautsprecher.
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1 zeigt eine 3D-Innenansicht einer vertikal geschnittenen Sicherheitszelle 102 eines City-Cars (Smart), mit einem an der rechten hinteren Innenwand der Sicherheitszelle 102 angeordneten Lautsprecher 101 einer Soundanlage des Smart. Der Lautsprecher ist ein Tiefton-Lautsprecher, der mit seiner Rückseite in einen Hohlraum der Sicherheitszelle 102, der zwischen Innenwand und Außenwand der Sicherheitszelle 102 gebildet ist, ragt. Der Hohlraum ist vorliegend luftdicht abgeschlossen und enthält ein akustisches Dämmmaterial zur Dämpfung stehender Wellen. Die Lautsprecherbox ist somit als geschlossenes Gehäuse ausgeführt. Das abgeschlossene Volumen des Hohlraums ist bevorzugt auf die Lautsprechereigenschaften und auf die im Hohlraum realisierte akustische Dämpfung abgestimmt, so dass ein optimaler Lautsprecherwirkungsgrad auch bei tiefen Frequenzen erzeugt wird. Der Lautsprecher 101 ist mit seiner dem Innenraum der Sicherheitszelle 102 zugeneigten Membranfläche gezeigt. Zum Schutz der Lautsprechermembran wird diese vorzugsweise mit einem entsprechenden Gitter oder einer entsprechend schalldurchlässigen Schutzvorrichtung geschützt.
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2 zeigt eine 3D-Ansicht einer Sicherheitszelle 102 eines City-Cars (Smart), mit einem an der rechten vorderen Innenwand der Sicherheitszelle 102 angeordneten Lautsprecher 101. Das gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von 1 lediglich durch eine andere Anordnung des Lautsprechers 101 in der Sicherzelle 102.
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3 zeigt eine 3D-Innenansicht einer horizontal geschnittenen Sicherzelle 102 eines City-Cars (Smart), mit einem an der linken vorderen Innenwand angeordneten Lautsprecher 101. Die Vorderseite des Smart zeigt in der Darstellung nach unten. Die Hinterseite des Smart zeigt in der Darstellung nach oben. Die Darstellung zeigt die Öffnung für die rechte Fahrertür auf der linken Bildseite und die Öffnung für die linke Fahrertür auf der rechten Bildseite. Das gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von 1 und 2 lediglich durch eine andere Anordnung des Lautsprechers 101 in der Sicherzelle 102. Zu Erkennen ist der horizontal angeschnittene Hohlraum im Bereich des vorderen rechten bzw. linken Türrahmens. Der Lautsprecher 101 ist vorliegend akustisch mit einem Hohlraum der Sicherheitszelle 102 im Bereich des linken Türrahmens (rechte Bildseite) gekoppelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19919456 A1 [0001]
- DE 19735082 A1 [0001]
- DE 19909143 A1 [0001]
