DE102010015445A1

DE102010015445A1 - Coaxial loudspeaker for high-quality home music playback and studio monitors, has Karlson-coupler arranged before radiation axles of speaker such that concentric radiation of combined frequency range from sound portions is obtained

Info

Publication number: DE102010015445A1
Application number: DE102010015445A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-17
Filing date: 2010-04-17
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-18
Also published as: DE102010015445B4

Abstract

The loudspeaker has a Karlson-coupler (2) with an upper frequency range, and a speaker (1) with a lower frequency range. The Karlson-coupler is arranged before radiation axles of the speaker such that concentric radiation of a combined frequency range from sound portions (3, 4) of the speaker and the Karlson-coupler is obtained. Complex radiation patterns of the Karlson-coupler are provided for determination of inclination angle of the Karlson-coupler in relation to the speaker and/or for focus on a listening position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Koaxiallautsprecher der im Anspruch 1 bis 11 genannten Art. Koaxiallautsprecher sind zwar allgemein bekannt, es soll jedoch eine kurze Zusammenfassung der Gründe folgen, die zu der Motivation führen, Bauarten dieses Lautsprechertyps zur Schallerzeugung einzusetzen.The invention relates to a coaxial loudspeaker of the type mentioned in claims 1 to 11. Coax loudspeakers, while well known, should be followed by a brief summary of the reasons leading to the motivation to use types of this loudspeaker type for sound generation.

Bei der einfachsten Methode, den gesamte hörbare Frequenzbereich von einem System alleine – einem Breitbandlautsprecher – abzustrahlen, müssen stets deutliche Kompromisse in der Klangqualität eingegangen werden. Dies sind eine eingeschränkte Wiedergabe im oberen und/oder unteren Bereich des Frequenzspektrums, Einbußen der Klangqualität in bestimmten Frequenzbereichen, Begrenzung des erzielbaren Schalldrucks und im Regelfall eine Einschränkungen der Abstrahlcharakteristik. Die abstrahlende Membran muss für die Wiedergabe hoher Frequenzen leicht sein und für tiefe Frequenzen groß und damit schwer, was physikalisch unvereinbar ist. Auf der anderen Seite können sich Lautsprecher, bei denen das gesamte Frequenzspektrum bzw. der überwiegende Teil des hörbaren Frequenzspektrums aus einer einzigen, räumlich sehr begrenzten Schallquelle abgestrahlt wird, durch eine bessere räumliche Abbildung von Musikaufnahmen und häufig eine variablere Position des Hörorts bei guter Klangqualität auszeichnen.The simplest way to emit the entire audible frequency range from a single system - a full-range speaker - always requires significant compromises in sound quality. These are a limited reproduction in the upper and / or lower range of the frequency spectrum, loss of sound quality in certain frequency ranges, limitation of the achievable sound pressure and, as a rule, a restriction of the emission characteristic. The radiating membrane has to be light for high frequency reproduction and large for low frequencies, and thus heavy, which is physically incompatible. On the other hand, speakers in which the entire frequency spectrum or the predominant part of the audible frequency spectrum is radiated from a single, spatially very limited sound source, by better spatial imaging of music recordings and often a more variable position of the listening site with good sound quality ,

Hier liegen die Nachteile der konventionellen Mehrwege-Lautsprecher. Bei diesen werden die Frequenzbereiche auf elektronischem Wege (mit passiven Frequenzweichen oder aktiver Auftrennung vor der Endverstärkung) aufgetrennt, und dann separaten Lautsprechersystemen (z. B. Tief- Mittel- und Hochtöner) zugeführt, die in ihrem jeweilig zugeordneten Frequenzbereich klanglich besser optimiert werden können als ein Breitbandsystem. Diese Systeme müssen jedoch zwangsweise in räumlicher Distanz zueinander angeordnet werden, was insbesondere im Übergangsbereich zwischen den Systemen zu Laufzeitdifferenzen (Phasenunterschieden) führt, welche insgesamt die Klangwiedergabe negativ beeinträchtigt. Selbst bei aktiver oder passiver Frequenzaufteilung mit bestimmten Filterarten (Linkwitz-Filter), die auf genau definierter Hörachse optimale Phasenverläufe aufweisen, sind diese Nachteile bei geringer Variation der Hörposition sofort wieder präsent, und der gesamte Frequenzbereich wird nichtsdestotrotz über mehrere akustische Zentren erzeugt, was die Motivation für konzentrisch abstrahlende Schallerzeuger darstellt.Here are the disadvantages of conventional multi-way speakers. In these, the frequency ranges are separated electronically (with passive crossovers or active separation before the final amplification), and then fed to separate speaker systems (eg low- midrange and tweeter), which can be better sound optimized in their respective assigned frequency range as a broadband system. However, these systems must be arranged forcibly in spatial distance from each other, resulting in particular in the transition region between the systems to runtime differences (phase differences), which affects the overall sound reproduction negative. Even with active or passive frequency distribution with certain types of filters (Linkwitz filter), which have optimal phase curves at a well-defined Hörachse, these disadvantages are immediately present again with little variation of the listening position, and the entire frequency range is nonetheless generated over several acoustic centers, which the Motivation for concentric radiating sound generator represents.

Bereits vor über 60 Jahren wurden erste ausgereifte Versionen von Koaxiallautsprechern entwickelt (z. B. Altec 601 und 604E), die eine konzentrische Anordnung des Bassmembranlautsprechers mit einer im Antriebssystem des Basses integrierten Hochtoneinheit mit einem der Bassmembran vor geschalteten Horn aufwiesen. Andere Systeme (Tannoy Monitor Black) verwendeten eine ähnliche Antriebseinheit und nutzten die hornförmige Form der Membran des Basslautsprechers als Hochtonhorn. Beiden kommerziell erfolgreichen Prinzipien, die in neueren Patenten weiterentwickelt wurden (z. B. EP 0242 856 A2 ), haften jedoch Nachteile an: durch räumliche Beschränkungen in der Antriebseinheit bedingte Laufzeitunterschiede der Hoch- und Tieftonmembran, die negative Auswirkungen auf den Phasenverlauf haben und insbesondere Defizite im Mitteltonbereich, den weder die Bassmembran noch das Hochtonhorn hinreichend gut wiedergeben können. Neuere Entwicklungen (Patent EP 0 793 216 A2 ) eines koaxialen Mittelhochtontreibers sind in ihrem unteren Übertragungsbereich auf etwa 500 Hz begrenzt. Dieser untere Mitteltonbereich, in dem ein wesentlicher Teil der Grundtöne vieler Instrumente und menschlicher Stimmen liegt, muss daher von einem räumlich getrennten Basssystem übertragen werden. Sowohl Basshornlautsprecher als auch konventionell als geschlossene oder ventilierte Gehäuse gebaute Basslautsprecher weisen in diesem Frequenzbereich Defizite in Qualität bzw. Wirkungsgrad auf und stellen wieder eine getrennte Schallquelle dar.Already more than 60 years ago, first sophisticated versions of coaxial loudspeakers were developed (eg Altec 601 and 604E), which featured a concentric arrangement of the bass diaphragm loudspeaker with a high-frequency unit integrated in the drive system of the bass with a horn connected to the bass diaphragm. Other systems (Tannoy Monitor Black) used a similar drive unit and used the horn-shaped shape of the diaphragm of the bass speaker as Hochtonhorn. Both commercially successful principles developed in recent patents (e.g. EP 0242 856 A2 ), but have drawbacks: due to space limitations in the drive unit caused by differences in transit time of the high and low tone membrane, which have negative effects on the phase characteristic and in particular deficits in the midrange, which neither the bass membrane nor the high tone can reproduce sufficiently well. Recent developments (patent EP 0 793 216 A2 ) of a coaxial mid-high driver are limited in their lower transmission range to about 500 Hz. This lower midrange, in which a substantial part of the fundamental tones of many instruments and human voices lie, must therefore be transmitted by a spatially separated bass system. Both bass horn loudspeakers and conventional bass loudspeakers constructed as closed or ventilated casings exhibit deficits in quality or efficiency in this frequency range and again represent a separate sound source.

Die hier dargelegte Erfindung löst die genannten Probleme des Stands der Technik gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 durch ein gänzlich anderes Funktionsprinzip. Der Karlson-Koppler (Pat. US 2 816 619 von 1957 und US 3 445 822 von 1969) ist ein durch z. B. einen Membranlautsprecher angetriebener Wandler, bei dem die Schallabstrahlung über ein geschlitztes Rohr (1) bewerkstelligt wird. Einer breiten kommerziellen Anwendung dieses Wandlerprinzips im Vergleich zu Hörnern steht seit ihrer Erfindung der etwas geringere Wirkungsgrad und die äußerst komplexe Abstrahlcharakteristik entgegen. Lediglich eine Ausführung für den Bassbereich konnte sich mit mäßigem Erfolg am Markt etablieren. Im Hochtonbereich steht nach Untersuchungen des Erfinders den genannten Nachteilen jedoch ein sehr guter Klang und eine äußerst lineare Klangwiedergabe entgegen. Für den Bereich professioneller Musikwiedergabe in PA-Systemen bedeuten die genannten Kriterien eine eindeutige Präferenz des Hornwandlerprinzips, während sich im Bereich der Heim-Musikwiedergabe, wo die Klangqualität das dominierende Kriterium ist, eindeutig positive Argumente für den Karlson-Koppler ergeben.The invention set forth here solves the aforementioned problems of the prior art according to claims 1 to 11 by a completely different operating principle. The Karlson coupler (Pat. US 2,816,619 from 1957 and US 3,445,822 from 1969) is a by z. B. a membrane speaker driven transducer, in which the sound radiation through a slotted tube ( 1 ) is accomplished. A broad commercial application of this transducer principle in comparison to horns has stood in the way of their invention for the somewhat lower efficiency and the extremely complex radiation characteristic. Only one version for the bass range was able to establish itself on the market with moderate success. In the high-frequency range, however, according to investigations by the inventor, the aforementioned disadvantages are opposed by a very good sound and an extremely linear sound reproduction. For the field of professional music reproduction in PA systems, the above criteria are a clear preference of the horn conversion principle, while in the field of home music reproduction, where the sound quality is the dominant criterion, clearly positive arguments for the Karlson coupler arise.

2 zeigt einen Karlson-Koppler für den Hochtonbereich. Der Antrieb (13), im Regelfall ein konventioneller Membranlautsprecher, strahlt den Schall in den vor geschalteten Wandler (2) ab. Der Schall tritt dann stark frequenzabhängig aus der gesamten Öffnung zwischen dem Schlitz bis in Richtung Rohrachse aus. Die Streuung des Schallfelds in dieser Ebene umfasst dabei ca. 90°. Über die Veränderung der geometrischen Abmessungen des Rohrdurchmessers (8), der Schlitzbreite (9), der Schlitzöffnungsform (10) und der Schlitzlänge (11) lässt sich die Frequenzwiedergabe und Abstrahicharakteristik in den physikalischen Grenzen dieses Wandlerprinzips verändern. 2 shows a Karlson coupler for the high frequency range. The drive ( 13 ), usually a conventional membrane speaker, emits the sound into the upstream converter ( 2 ). The sound then emerges strongly frequency-dependent from the entire opening between the slot to the tube axis. The scattering of the sound field in this plane encompasses approximately 90 °. About the Change in the geometric dimensions of the pipe diameter ( 8th ), the slot width ( 9 ), the slot opening shape ( 10 ) and the slot length ( 11 ) can be the frequency reproduction and Abstrahicharakteristik change in the physical limits of this converter principle.

Durch die in der vorliegenden Erfindung dargestellte Anordnung des Karlson-Kopplers in Kombination mit einem konventionellen Tief-Mitteltonsystem lässt sich ein Koaxiallautsprecher bauen, der ohne elektronische Maßnahmen phasengleiche Schallabstrahlung beider Systeme bei hohem Wirkungsgrad und linearer Frequenzwiedergabe ermöglicht. Erfindungsgemäß kann durch die im Vergleich zu einem Hochtonhorn schlanke Bauform einer Röhre gemäß 1 eine konzentrische Anordnung des Karlson-Kopplers (2) und des Lautsprechers für die Wiedergabe des unteren Frequenzbereichs (1) bewerkstelligt werden, die eine gleichgerichtete Abstrahlung der Schallanteile beider Systeme, (3) und (4), ermöglicht, wobei die Phase über die Rohrlänge (12) des Kopplers anzupassen ist. Die komplexe Abstrahlcharakteristik des Karlson-Kopplers ist hierbei Maßgabe für die Festlegung des Neigungswinkels des Karlson-Kopplers (2) in Relation zum Lautsprecher (1) bzw. zur Ausrichtung auf die Hörposition.The arrangement of the Karlson coupler shown in the present invention in combination with a conventional low-midrange system makes it possible to build a coaxial loudspeaker that enables in-phase sound radiation of both systems with high efficiency and linear frequency reproduction without electronic measures. According to the invention by the slim compared to a high tone horn design of a tube according to 1 a concentric arrangement of the Karlson coupler ( 2 ) and the speaker for the lower frequency range ( 1 ), the rectified radiation of the sound components of both systems, ( 3 ) and ( 4 ), whereby the phase over the pipe length ( 12 ) of the coupler is to be adjusted. The complex radiation characteristic of the Karlson coupler is a prerequisite for the determination of the inclination angle of the Karlson coupler ( 2 ) in relation to the loudspeaker ( 1 ) or to focus on the listening position.

3 zeigt die erfindungsgemäß gleichzeitige Nutzung des aus dem Schlitz (5) und von der Rohrachse (4) abgestrahlten Schalls mittels eines Reflektors (6). Der linear wiedergegebene Frequenzbereich lässt sich dadurch vergrößern. Diese kombinierte Wiedergabe beider Schallanteile erfordert jedoch eine besondere Phasenanpassung, die unter Berücksichtigung der Gesamtgeometrie des Karlson-Kopplers und seiner Gesamtposition in Bezug auf den Lautsprecher für den unteren Frequenzbereich (1) durch die Anpassung des Reflektorabstands und der Rohrlänge (12) erzielbar ist. Es ist sowohl möglich, den axialen Schallanteil des Karlson-Kopplers gemäß 3 über Reflektoren zu nutzen, als auch den aus dem Schlitz austretenden Schall. 3 shows the simultaneous use of the invention out of the slot (FIG. 5 ) and from the pipe axis ( 4 ) radiated sound by means of a reflector ( 6 ). The linearly reproduced frequency range can be increased thereby. However, this combined reproduction of both sound components requires a particular phase adjustment, taking into account the overall geometry of the Karlson coupler and its overall position with respect to the lower frequency range loudspeaker ( 1 ) by adjusting the reflector distance and the tube length ( 12 ) is achievable. It is both possible, the axial sound component of the Karlson coupler according to 3 to use reflectors, as well as emerging from the slot sound.

In einem Horn (1) lässt sich erfindungsgemäß, wie in 3 gezeigt, die Hornwandung als Reflektor für den Karlson Koppler (2) ausnutzen, während bei Verwendung eines konventionellen Membranlautsprechers für den unteren Frequenzbereich ein separater Reflektor gemäß 4 angebracht werden kann.In a horn ( 1 ) can be inventively, as in 3 shown, the horn wall as a reflector for the Karlson coupler ( 2 ), while using a conventional diaphragm loudspeaker for the lower frequency range, a separate reflector according to 4 can be attached.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0242856 A2 [0004]
EP 0793216 A2 [0004]
US Pat. No. 2,816,619 [0005]
US 3445822 [0005]

Claims

Coaxial loudspeakers, consisting of two systems, one loudspeaker for the lower frequency range ( 1 ) and a Karlson coupler ( 2 ) for the upper frequency range, characterized in that the Karlson coupler in front of the emission axis of the loudspeaker ( 1 ) is arranged so as to provide a concentric radiation of the combined frequency range from the sound component ( 3 ) of the loudspeaker ( 1 ) and the sound content ( 4 ) of the Karlson coupler.

Koaxialiallautsprecher according to claim 1, characterized in that technical measures are taken to adapt both systems in the overlap region (in the range of their crossover frequency) in the phase position to each other, for. B. by adjusting the tube length ( 12 ) of the Karlson coupler or by electronic phase matching.

Coaxial loudspeaker according to claim 1 and 2, characterized in that the Karlson coupler in the desired transmission range of the frequencies by suitable inclination arrangement has the same emission direction as the loudspeaker ( 1 ).

Coaxial loudspeaker according to Claims 1 to 3, characterized in that the sound emerging from the Karlson coupler (from the region of the slot ( 5 ) to the tube axis ( 4 )) is used directly in the desired transmission range of the frequencies or via reflectors ( 6 ) is directed in the desired direction of radiation.

Coaxial loudspeaker according to claim 1 to 4, characterized in that according to claim 4 reflectors ( 6 ) of any type, which are separate reflectors or components of the loudspeaker ( 1 ) which selectively select frequency ranges to be reflected.

Coaxial loudspeaker according to claims 1 to 5, characterized in that according to claims 4 and 5 both direct sound ( 4 ), as well as reflected sound content ( 7 ) can be used in combination.

Coaxial loudspeaker according to claim 1 to 6, characterized in that in the arrangement variant shown in claim 5 to 6 by suitable distances, a phase matching of direct sound, reflected sound content (and according to claim 2 to loudspeaker ( 1 )) is carried out.

Coaxial loudspeaker according to Claims 1 to 7, characterized in that the sound emitted by the Karlson coupler is changed by changing the slot geometry (ie tube diameter (ie 8th ), Slot width ( 9 ), Slot opening shape ( 10 ) and slot length ( 11 )) or additional modifications of the coupler according to the prior art (eg. US No. US3.540.544 ) is modified in the transmitted frequency range and in the emission characteristic.

Coaxial loudspeaker according to Claims 1 to 8, characterized in that loudspeakers ( 1 ) radiates its sound directly or via superior acoustic transducers (such as horns).

Coaxial loudspeaker according to Claims 1 to 9, characterized in that both systems ( 1 ) and ( 2 ), by diaphragm, Druckkammertreiber or drivers of any type (eg ion tweeter) are driven.

Coaxial loudspeaker according to Claims 1 to 10, characterized in that the frequency ranges of both systems are variable, ie for loudspeakers ( 1 ) in the lower frequency range, one or more low, mid or mid-tones can be used and the Karlson coupler for the upper frequency range can be a medium, medium or high toner.