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STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung geht aus von einem Schallabstrahlungssystem umfassend zumindest eine Gruppe von Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen, der ein elektroakustischer Schallwandler zugeordnet ist, wobei jede Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung zumindest einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Resonatorgrundkörper umfasst, der zumindest eine Einlassöffnung aufweist, an der zumindest mittelbar der elektroakustische Schallwandler zur Resonanzschallwellenanregung akustisch gekoppelt ist.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, breitbandige Klangabstrahlung durch Ein- oder Mehrwegelautsprecherboxen mit elektroakustischen Wandlern, beispielsweise elektromagnetischen Membranlautsprechern oder piezoelektrischen Lautsprechern zu verwenden. Bei der Wiedergabe, insbesondere von Musikdarbietungen, werden im Wesentlichen Mehrwegelautsprecherboxen mit elektroakustischen Schallwandlern verwendet, die ein kontinuierliches Frequenzspektrum durch eine mechanische Luftschwingungsanregung durch eine mechanisch schwingungsfähige Membran erzeugen können. Die Qualität des abgegebenen Schalls wird hauptsächlich durch Betrachtung von kontinuierlichen Frequenzgängen evaluiert und optimiert. Dabei werden die Eigenschaften des menschlichen Gehörs, wie die Empfindung für Schärfe, Rauigkeit, Schwankungsstärke oder den weiter unten betrachteten Maskierungseffekt unberücksichtigt und es werden keine Möglichkeiten aufgezeigt, die Abstrahleigenschaften von Lautsprechern durch konstruktive Maßnahmen optimal an die Empfindungseigenschaften des menschlichen Gehörs technisch anzupassen, so dass ein reduzierter Aufwand im Schallabstrahlungssystem erreicht oder eine verbesserte klangliche Qualität bei gleichem Aufwand bereitgestellt werden kann. Des Weiteren weisen bekannte Lautsprecher insbesondere bei höheren Frequenzen eine Richtwirkung auf, so dass die Lautsprecher in Front eines Zuhörers angeordnet werden müssen, und keinen omnidirektionalen, d.h. in alle Richtungen gleichartig ausgestrahlten Schall abgeben können.
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Daneben sind gattungsgemäße Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen beispielsweise aus dem Orgelbau bekannt, wobei einzelne Orgelpfeifen als Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen mittels eines Luftstroms, der durch ein Betätigen einer Orgeltaste freigegeben wird, von Luft durchströmt werden. Innerhalb der Orgelpfeife bilden sich abhängig von der Länge der zumeist als Labialpfeife ausgebildeten Pfeifenröhre ein Resonanzgrundton und mehrere Resonanzobertöne, wobei der Schall omnidirektional, d.h. in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt wird.
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Ausgehend hiervon ist beispielsweise in der
DE 29 24 473 A eine Einrichtung zur Erzeugung von Tönen für elektronische Orgeln vorgeschlagen, die über einen röhrenförmigen Resonanzhohlkörper verfügen, dessen Länge zur Erzeugung eines Resonanzverhaltens des in dem Resonanzhohlkörper eingeschlossenen Luftvolumens abgestimmt ist. Auf der einen Seite des Resonanzhohlkörpers befindet sich ein elektroakustischer Wandler, insbesondere ein elektromagnetischer Lautsprecher, wobei auch mehrere Resonanzhohlkörper als eine Gruppe von Schallabstrahlungsvorrichtungen akustisch gekoppelt durch einen Luftsammelraum von einem gemeinsamen Lautsprecher angesprochen werden können.
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Eine Weiterentwicklung dieses Konzepts einer Schallabstrahlung mittels Resonatorgrundkörper ist in der
DE 19506909 A1 offenbart. Hierbei wird vorgeschlagen, dass unter einem Fuß wenigstens einer Orgelpfeife ein elektroakustischer Wandler angeordnet ist, wobei die Orgelpfeife als Labialpfeife mit für Schallwellen durchgängig offenem Innendurchmesser ohne Kern ausgebildet ist. Die Orgelpfeifen weisen in der Regel eine Ausnehmung auf, die von einem Ober- und einem Unterlabium begrenzt sind.
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Schließlich geht aus der
EP 1718 101 A2 ein Schallabstrahlungssystem bzw. ein Lautsprecher hervor, in dem eine Mehrzahl von Resonatoren in Resonatorgruppen zusammengefasst ist und zur Abstrahlung von Schallwellen in einem breitbandigen Frequenzspektrum vorgesehen ist. Jede Gruppe wird von einem elektroakustischen Wandler angeregt.
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Den vorgenannten Resonator-Schallabstrahlungssystemen ist zu eigen, dass ihre Schallabstrahlungsvorrichtungen den Schall omnidirektional abstrahlen und dass diese Abstrahlung resonanzbedingt mit hoher Verstärkung sehr schmalbandig erfolgt. Für die Wiedergabe eines breitbandigen und gleichmäßigen Frequenzspektrums, wie für eine Lautsprecheranwendung erforderlich, muss daher eine hohe Anzahl derartiger Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen vorgesehen werden. Dies hat den Nachteil eines großen technischen Aufwands und entsprechend großvolumiger Schallabstrahlungssysteme, da sehr viele Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen für die Erzeugung einer hohen Anzahl von Frequenzen im gesamten wahrnehmbaren Frequenzbereich bereitgestellt werden müssen. Allerdings kann das menschliche Ohr aufgrund der anatomischen Beschaffenheit nur einzelne Gruppen von Frequenzen gemeinsam auswerten, wobei man davon ausgeht, dass das menschliche Gehör die hörbaren Frequenzen etwa in 24 Frequenzgruppen unterteilt. Diese Frequenzgruppen werden nach der sogenannten Bark-Skala eingeteilt.
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Die endliche Anzahl von auswertbaren Frequenzgruppen bzw. Frequenzbereichen des menschlichen Gehörs resultieren aus der Eigenschaft der Basilarmembran der Hörschnecke, die durch verschiedene Schallfrequenzen an unterschiedlichen örtlichen Stellen zur Auslenkung gebracht wird. Ein akustisches Signal, das auf das Trommelfell trifft, wird durch die Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel durch eine mechanische Impedanzwandlung als mechanische Wanderwelle auf die Basilarmembran übertragen, wobei diejenigen Stellen auf der Basilarmembran zu Schwingungen angeregt werden, deren spezifische Resonanzfrequenzen mit Frequenzanteilen der mechanischen Wanderwellen übereinstimmen. Die an der Basilarmembran befindlichen Nervenzellen werten die an diesen Anregungsstellen zugeordneten Frequenzbereiche aus und leiten diese als Schallsignal an das Gehirn weiter. Die Einteilung der Bark-Skala entspricht Längensegmenten auf der Basilarmembran, in denen die Nervenimpulse des Abschnitts gemeinsam ausgewertet werden. Dabei entspricht jede Frequenzgruppe etwa 1.3 mm Abstand auf der Basilarmembran. Im Hinblick auf die physioakustische Signalverarbeitung im Gehirn können Frequenzen, die innerhalb eines Basilarsegmentes liegen, in einer relativ kurzen Zeit von etwa 10 ms ausgewertet werden. Feinere Frequenzunterteilungen bedürfen einer längeren Zeit, so dass diese zumeist nicht wahrgenommen werden. Die in der Bark-Skala vorgeschlagene Unterteilung der Frequenzgruppen erfolgt für Frequenzen unterhalb von 500 Hz in absolut konstanten Bandbreiten von etwa 100 Hz und für Frequenzen oberhalb von 500 Hz in relativ konstante Bandbreiten von Terzen, also einem Frequenzverhältnis von ca. 1.2 von oberer Grenzfrequenz zu unterer Grenzfrequenz. Diese Einteilung ermöglicht dem Gehör eine schnelle Auswertung von Schallsignalen und eine leichte Analyse von Signalphasen und Hüllkurven.
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Zudem können Maskierungseffekte des menschlichen Ohrs genutzt werden, um die Anzahl von abzustrahlenden Frequenzen, die von dem Ohr aufgenommen werden können, zu beschränken. So kann das menschliche Gehör bestimmte Frequenzanteile, die benachbart zu Frequenzanteilen mit hohen Amplituden liegen, nicht oder nur mit geringer Sensitivität wahrnehmen. Diese unvollständige Aufnahme von Audiosignalen durch das Ohr wird beispielsweise beim digitalen, verlustbehafteten MP3-Kompressionsformat dadurch ausgenutzt, dass Frequenzanteile, die wegen einer Maskierung nicht wahrnehmbar sind, aus dem Audiosignal entfernt werden, und somit das Audiosignal mit einer geringeren Datenmenge bereitgestellt werden kann.
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Die bisher bekannten aus Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen beruhenden Abstrahlungssysteme beruhen auf dem Prinzip eine möglichst hohe Anzahl von Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen bereitzustellen, so dass ein breitbandiges und durchgängiges Spektrum an Audiofrequenzen zur Verfügung gestellt werden kann. Dies hat den Nachteil eines großen technischen Aufwands und entsprechend großvolumiger Schallabstrahlungssysteme, da möglichst viele Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen für die Erzeugung einer hohen Anzahl von Frequenzen im gesamten wahrnehmbaren Frequenzbereich bereitgestellt werden müssen.
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Ausgehend von den oben aufgeführten Nachteilen der bekannten Schallabstrahlungssysteme ist es Aufgabe der Erfindung, ein Resonator-Schallabstrahlungssystem vorzustellen, das mit einer kleinstmöglichen Anzahl von Schallabstrahlungsvorrichtungen bzw. einem kleinen Bauvolumen eine möglichst hohe Qualität des abzustrahlenden Schallspektrums bereitstellen kann, oder bei gleicher Baugröße eine verbesserte Klangqualität des Schallsignals subjektiv für das menschliche Ohr zur Verfügung stellen kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Resonator-Schallabstrahlungssystem vorzuschlagen, dass bei subjektiv gleicher klanglicher Qualität eine geringere Baugröße als bisher aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schallabstrahlungssystem nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die Unteransprüche schlagen vorteilhafte Weiterbildungen des Schallabstrahlungssystems vor.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Schallabstrahlungssystem zumindest eine Gruppe von Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen umfasst, der ein elektroakustischer Schallwandler zugeordnet ist, wobei jede Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung zumindest einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Resonatorgrundkörper umfasst, der zumindest eine Einlassöffnung aufweist, an der zumindest mittelbar der elektroakustische Schallwandler zur Resonanzschallwellenanregung akustisch gekoppelt ist. Die Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen einer oder mehrerer Gruppen des Schallabstrahlungssystems weisen effektive Resonatorlängen auf, die eine Schallabstrahlung in Frequenzgruppen ermöglicht, die den Frequenzgruppen des menschlichen Gehörs angepasst sind, wobei jeder Frequenzgruppe zumindest eine Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung zugeordnet ist.
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Eine effektive Resonatorlänge entspricht einer halben Wellenlänge der abzustrahlenden Resonanzfrequenz. Bei einem lang gestreckten Hohlzylinder bzw. Hohlrohr entspricht die effektive Resonatorlänge der Länge des Resonatorkörpers. Allerdings kann die effektive Resonatorlänge durch eine komplexe Geometrie verändert, insbesondere im Gegensatz zur räumlichen Ausdehnung des Resonators verkleinert werden. Die effektive Resonatorlänge ist somit ein Maß für die Grundwelle der abzustrahlenden Resonanzfrequenz und bestimmt auch die Lage, Anzahl und Amplitude von eventuell anzuregenden Oberwellen. Das Auftreten bestimmter Oberwellen kann zusätzlich durch das Einbringen von einer oder mehreren Ausnehmungen in den Zylindermantel des Resonatorhohlkörpers beeinflusst werden.
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Durch eine geeignete Festlegung von Anzahl und effektiven Resonatorlängen der Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen kann erreicht werden, dass jeweils eine Gruppe von Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen jeweils eine Frequenzgruppe des menschlichen Gehörs mit einem subjektiv durchgängigen Frequenzspektrum wiedergeben kann. Wie weiter unten ausgeführt, kann eine derartige Gruppe von Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen in den meisten Fällen aus einer einzigen Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung bestehen, die aus einem einzigen Resonatorgrundkörper besteht. Durch die minimale Anzahl an benötigten Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen kann der Hardwareaufwand des Schallabstrahlungssystems wesentlich reduziert oder bei gleichem Aufwand eine verbesserte Klangqualität als bei den bisher bekannten Resonator-Schallabstrahlungssystemen, die sich in der Regel an eine Registereinteilung einer Orgel orientiert haben, erreicht werden. Demzufolge wird die Klangabstrahlung an die Eigenschaften des menschlichen Gehörs angepasst, wobei die Schallabstrahlungsvorrichtungen Frequenzen in Frequenzgruppen liefern, die dem menschlichen Gehör von Natur aus zugeordnet sind. Somit können, im Gegensatz zu bekannten Schallabstrahlungsvorrichtungen, die psychoakustischen Merkmale des Ohrs bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schallabstrahlungssystems einbezogen werden. Das Resonator-Klangabstrahlungssystem wird vom Ohr als angenehm empfunden, da es die natürlichen Eigenschaften des Ohrs berücksichtigt und die jeweiligen Frequenzen gezielt durch einzelne Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen anregt, wobei einzelne Abschnitte der Basilarmembran des Ohrs beaufschlagt werden. Eine geeignete räumliche Verteilung der Schallabstrahlungsvorrichtungen kann zudem genutzt werden, um ähnlich wie bei Orgelpfeifen einen polyphonen Klangeindruck mit omnidirektionaler Abstrahlwirkung zu bewirken, die das Gehirn positiv anregt und als entsprechend angenehmer Höreindruck empfunden wird.
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Das Schallabstrahlungssystem umfasst zumindest eine Gruppe von Schallabstrahlungsvorrichtungen, wobei jede Gruppe einen oder mehrere Abstrahlungsvorrichtungen umfasst, und jede Vorrichtung ein oder mehrere Resonatorgrundkörper aufweist. Jede Gruppe ist einem einzigen elektroakustischen Schallwandler, beispielsweise einem elektromagnetischen oder piezoelektrischen Lautsprecher zugeordnet. Der Schallwandler kann die Schallabstrahlungsvorrichtungen einer Gruppe zu Schwingungen in ihrem Grundfrequenzbereich anregen. Die benötigten Abmessungen, insbesondere die effektiven Resonanzlängen und die Bandbreiten der jeweiligen Frequenzbereiche können vom Fachmann individuell eingestellt und beispielweise individuell an ein Gehör angepasst werden. Durch die individuelle Anpassung der effektiven Resonatorlängen kann eine kompakte Bauform des Systems erreicht und mit einem minimalen hardwaretechnischen Einsatz ein optimales Frequenzspektrum bereitgestellt werden. Durch Einteilung der Schallabstrahlungsvorrichtungen entsprechend den Frequenzgruppen, die vom menschlichen Gehör aufgelöst werden können, kann letztlich ein hardwareorientierter MP3-Ansatz umgesetzt werden, wodurch nur Frequenzen wiedergegeben werden, die vom menschlichen Gehör optimal und in kurzer Zeit aufgelöst werden können. Folglich wird eine Reduktion der Komplexität, Optimierung des Bauraums, Senkung der Anzahl der Schallabstrahlungsvorrichtungen und somit Senkung der Herstellungskosten erreicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können die effektiven Resonatorlängen 24 Frequenzgruppen entsprechen, die durch die Frequenzgruppen 0–100 Hz, 100–200 Hz, 200–300 Hz, 300–400 Hz, 400–510 Hz, 510–630 Hz, 630–770 Hz, 770–920 Hz, 920–1080 Hz, 1080–1270 Hz, 1270–1480 Hz, 1480–1720 Hz, 1720–2000 Hz, 2000–2320 Hz, 2320–2700 Hz, 2700–3150 Hz, 3150–3700 Hz, 3700–4400 Hz, 4400–5300 Hz, 5300–6400 Hz, 6400–7700 Hz, 7700–9500 Hz, 9500–12000 Hz, 12000–15500 Hz definiert sind.
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Alternativ können die effektiven Resonatorlängen Frequenzgruppen entsprechen, die durch septimale Terzen mit Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 7:6 definiert sind.
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Des Weiteren können alternativ die effektiven Resonatorlängen Frequenzgruppen entsprechen, die kleinen Terzen im Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 6:5 entsprechen.
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Darüber hinaus können alternativ die effektiven Resonatorlängen Frequenzgruppen entsprechen, die in große Terzen mit Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 5:4 definiert sind.
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Alternativ können die effektiven Resonatorlängen Frequenzgruppen entsprechen, die in Quarten mit Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 4:3 oder die effektiven Resonatorlängen Frequenzgruppen entsprechen, die in Quinten mit Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 3:2 definiert sind.
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Denkbar sind darüber hinaus und alternativ zu den vorherigen Zuordnungen effektive Resonatorlängen, die Frequenzgruppen entsprechen, durch Oktaven mit Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz 2:1 definieren.
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Somit kann die vorteilhafte Ausbildung des Resonator-Schallabstrahlungssystem zur Klangabstrahlung 24 Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen umfassen, die in einer einzigen Gruppe oder in mehreren Gruppen aufgeteilt sein können und deren jeweilige Frequenzbereiche bzw. deren Grundfrequenz einer Mittenfrequenz der Frequenzbereiche nach der vorgenannten Bark-Skala vorgegeben sind; bzw. aus einer Anzahl von Schallabstrahlungsvorrichtungen bestehen, die in ihren Frequenzeinteilungen jeweils Mittenfrequenzen der oben genannten Frequenzbereiche entsprechen. Somit stellen die hierdurch definierten Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen die minimale Anzahl zur optimierten akustischen Darstellung eines Audiosignals dar, mit dem alle Frequenzgruppen, für die das Ohr besonders empfindlich ist, angeregt werden können. Die über die 24-Frequenzgruppen hinausgehend und alternativ genannten Frequenzeinteilungen ergeben sich aus der Überlegung, dass man aus fertigungstechnischen Gründen nicht exakt die unregelmäßige Frequenzeinteilung verwenden kann, sondern eine davon abweichende gleichmäßige Einteilung verwenden möchte, wobei auch optisch eine augenfällige Abstufung der effektiven Resonatorlängen erreicht werden kann. Die Verhältnisse von oberer zu unterer Grenzfrequenz entsprechen den Verhältnissen von septimalen Terzen, kleinen Terzen, großen Terzen, Quarten, Quinten oder Oktaven, wie sie zwischen 100 Hz und 15500 Hz auch bei den oben genannten Frequenzgruppen des menschlichen Gehörs auftreten.
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Soll beispielsweise der Hörbereich des Menschen mit großen Terzen bei einer Basisfrequenz von 1000 Hz (d.h. ein Verhältnis 5:4 – somit Frequenzbereiche von 640–800 Hz, 800–1.000 Hz, 1.000–1.250 Hz usw.) wiedergegeben werden und die vorteilhafte Ausführungsform soll u.a. den Frequenzbereich 1000–1250 Hz ansprechen, so kann der Fachmann für diesen Frequenzbereich eine Schallabstrahlungsvorrichtung mit nur einem Resonatorgrundkörper vorsehen, dessen effektive Resonatorlänge so gewählt wird, dass die Mittenfrequenz bei 1118 Hz liegt, sowie die erforderliche Bandbreite des Frequenzbereichs von 250 Hz durch geeignete konstruktive Maßnahmen, z.B. Dämpfungsmaßnahmen, festlegen. Um die Effizienz zu erhöhen, kann die vorteilhafte Ausführungsform der Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung beispielsweise auch mit drei Grundkörpern ausgeführt werden, deren Eigenschaften so gewählt werden, dass die Mittenfrequenzen bei 1038 Hz, 1118 Hz und 1204 Hz und die Bandbreiten bei 77 Hz, 83 Hz und 90 Hz liegen, wodurch der Frequenzbereich von 1000–1250 Hz ebenfalls wiedergegeben wird. Es bietet sich des Weiteren an, die Grundwelle der einzelnen Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen als Mittenfrequenz, beispielsweise für den Frequenzbereich von 800–1.000 Hz bei 894 Hz bereitzustellen, allerdings sind als Bezugsfrequenz auch die untere oder obere Grenzfrequenz denkbar.
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Die oben genannte Einteilung ermöglicht dem Fachmann eine eindeutige Anleitung zur Herstellung eines Schallabstrahlungssystems, das die psychoakustischen Eigenschaften des Ohres nutzt, um ein optimales Klangbild darzustellen. Natürlich bleibt es für den Fachmann ungehindert, weitere Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtungen vorzusehen, und insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen konventionelle elektromagnetische Lautsprechersysteme einzusetzen, um sehr große Resonatorgrundlängen zu vermeiden. Es ist des Weiteren denkbar, dass ein digitales oder analoges Audiodatensignal zur Wiedergabe in einem Schallabstrahlungssystem bereitgestellt wird, das lediglich die notwendig wiederzugebende Frequenzinformation der Grund- und Oberwellen beinhaltet. Somit kann ein entsprechend dem MP3-Format verlustbehaftetes Datensignal mit geringer Größe verwendet werden, dass den hardwaretechnischen Gegebenheiten des Resonatorabstrahlungssystems angepasst ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Schallabstrahlungssystems kann die effektive Resonatorlänge zumindest einer Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung durch einen komplexen, mehrteiligen Aufbau des Resonatorgrundkörpers oder durch einen nicht geradlinigen Verlauf der Längsachse des Resonatorgrundkörpers bestimmt werden. So kann abweichend von einer entlang einer Linie ausgerichteten Längsachse des Resonatorgrundkörpers ein gekrümmter oder abgewinkelter Verlauf der Längsachse, oder ein mehrteiliger Aufbau der Schallabstrahlungsvorrichtung aus einem oder mehreren (Teil-)Resonatorgrundkörpern eine Grundfrequenz mit verringertem Bauvolumen erreichbar sein, sodass das Schallabstrahlungssystem insbesondere bei tiefen Frequenzen, insbesondere unter 500Hz, deutlich kompakter als bisher bekannt hergestellt werden kann.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zumindest eine Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung mehrere ineinander angeordnete oder aneinander gesteckte und akustisch gekoppelte Resonatorgrundkörper umfassen. Somit ergibt sich die effektive Resonatorlänge als Summe der Längen der ineinander gesteckten oder akustisch gekoppelten Resonatorgrundkörper, wobei diese beliebig beispielsweise abgewinkelt oder gekrümmt zueinander verlaufen oder ineinander gesteckt sein können, um ein möglichst kleines Bauvolumen bereitzustellen und bevorzugte Abstrahlungsrichtungen auszubilden. Durch eine vorteilhafte Ausführungsform mit Schachtelung der Resonatorgrundkörper können die Schallwellen in geeigneter Weise mehrfach umgelenkt werden, wobei die Längenabmessung der Resonatorgrundkörper erheblich reduziert werden kann, insbesondere für eine Schallerzeugung im Bereich tiefer Frequenzen.
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Als Weiterentwicklung der vorgenannten Ausführungsform kann der Zylindermantel jedes Resonatorgrundkörpers verschiedenartig ausgebildet sein, insbesondere die Mantelwandverläufe der Resonatorgrundkörper nicht parallel zueinander ausgebildet sein. Somit können aneinander oder ineinander gesteckte Resonatorgrundkörper verschiedenartig aufgebaut sein und verschiedenartige Konturen des Zylindermantels aufweisen, um unterschiedliche Klangeigenschaften bereitstellen zu können. Derartige Resonatoren, die insbesondere ineinander gestaffelt sind, können insbesondere für die Erzeugung tiefer Frequenzen eingesetzt werden. In diesen Frequenzbereichen liegt die notwendige effektive Resonatorlänge bei mehreren Metern, was für Wohnräume mit geradlinig ausgeführten Rohren nicht sinnvoll ist. Somit können ineinander gesteckte oder akustisch gekoppelte Resonatorgrundkörper eingesetzt werden, um ein möglichst geringes Bauvolumen zur Abstrahlung tiefer Resonanzfrequenzen erreichen zu können.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Längsachse zumindest eines, insbesondere mehrerer Resonatorgrundkörper zumindest einer Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung gekrümmt oder geknickt verlaufen, insbesondere, spiral-, helix- oder labyrinthartig ausgeformt sein. Durch eine Abwinkelung oder Krümmung der Längsachse des Resonatorgrundkörpers kann dieser in einen kleinen Bauraum mit einer großen effektiven Resonatorlänge ausgebildet sein. Somit kann insbesondere bei tiefen Frequenzen eine kompakte Bauweise erreicht werden. Die Längenabmessung des Resonatorrohrs kann durch einen spiral-, helix- oder labyrinthartigen Verlauf der Längsachse des Resonatorgrundkörpers deutlich reduziert werden. Durch die kompakte Bauweise und die Krümmung der Wände können zudem unerwünschte Vibrationen verringert werden. Um die Anzahl der abstrahlenden Öffnung zu erhöhen, können auch zwei oder mehrere Spiralen beispielsweise gegenläufige Spiralen miteinander kombiniert werden, um in einer Vorrichtung zwei oder mehrere getrennte Resonatorgrundkörper zu integrieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zumindest eine Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung einen oder mehrere sich verzweigende Resonatorgrundkörper umfassen. In dieser Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Resonatorgrundkörper sich verzweigt und somit zum einen geringe Querschnitte, und/oder mehrere effektive Resonatorlängen aufweist, und beispielsweise baumartig verzweigend mit verschiedenen Längen jedes Astes verschiedene Grundwellen anregen kann. Somit lässt sich zum einen eine optisch gefällige dreidimensionale Resonatorstruktur bereitstellen, zum anderen können verschiedene Grundwellen parallel abgestrahlt und/oder deren Abstrahlung in verschiedene Richtungen gelenkt werden. Durch die mehrfache, beispielsweise baumartige Verzweigung des Resonatorgrundkörpers können am Resonatorende mehrere Abstrahlpunkte im Raum gebildet werden, die den Schall im Raum gleichmäßig oder gerichtet verteilen können. Dabei kann man die Verzweigungen so auffassen, dass man zunächst in Rohrleitungsrichtung Doppelwände in das Resonatorrohr einfügt und diese dann trennt. Fertigungstechnisch können die Verzweigungen durch Zusammenstecken oder Zusammenschrauben von bereits gefertigten Verzweigungstücken ausgeführt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zumindest eine Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung einen Resonatorgrundkörper umfassen, der eine Einlassöffnung aufweist, die bezogen auf die Längsachse des Resonatorgrundkörpers abgewinkelt, insbesondere rechtwinklig angeordnet ist, und die zumindest mittelbar mit dem elektroakustischen Schallwandler akustisch gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der elektroakustische Schallwandler nicht wie üblich am Fuß bzw. an einer Grundöffnung des Resonatorgrundkörpers angeordnet ist, sondern seitlich hierzu an einer beliebigen Stelle abgewinkelt in den Resonatorgrundkörper akustische Schallwellen eindringen lässt, so dass durch die entsprechend der Längsachse definierten beiden Endöffnungen des Grundkörpers der Schall austreten und somit zwei verschiedene Grundwellen erzeugt werden können. Somit lässt sich durch einen Resonatorgrundkörper zwei oder mehrere Resonatorgrundfrequenzen erzeugen, so dass die Anzahl der Schallabstrahlungsvorrichtungen verringert werden kann. Zum anderen werden die Frequenzen in unterschiedliche Richtungen ausgegeben oder können derart angeordnet werden, dass eine hohe Frequenz nach oben und eine tiefe Frequenz nach unten abgegeben werden kann, wodurch die Schallabstrahlrichtung beeinflusst werden kann. Hierdurch wird die Anzahl der benötigten Schallabstrahlungsvorrichtungen deutlich verringert. Durch eine oder mehrere seitliche Zuleitungen, mit denen der Schallwandler mittelbar oder unmittelbar an den Resonatorgrundkörper einer Abstrahlungsvorrichtung gekoppelt ist, kann eine gleichmäßigere Klangabstrahlung an den Rohrenden erreicht werden, da der elektroakustische Wandler nicht mittelbar an einen der Rohrenden angeordnet werden muss, sondern in einem Bereich untergebracht werden kann, wo er auch optisch nicht stört, wodurch sich eine Vielzahl neuer Designmöglichkeiten ergeben. Des Weiteren können in der Zuleitung zwischen der Schalleinlassöffnung und dem Resonatorgrundkörper Dämpfungsmaßnahmen ergriffen werden, um das ungewollte Anregen von hochfrequenten Störungen, z.B. Rauschen zu verringern oder es können in der Zuleitung Stellschrauben eingebracht werden, um die durchzulassende Schallmenge mechanisch zu regulieren. Bei Verwendung von zwei oder mehreren Zuleitungen können auch Phasenverschiebungen durch Laufzeitverzögerungen für Dämpfungsmaßnahmen genutzt werden.
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Sofern der Resonatorgrundkörper nicht entlang seiner Längsachse, sondern seitlich angeregt wird, kann die Anregung von zwei verschiedenen Seiten und an verschiedenen Positionen der Längsachse erfolgen. Man kann einen einzigen elektroakustischen Wandler verwenden, wobei das Resonatorrohr z.B. U-förmig oder spiralartig gekrümmt werden kann. Führt man dabei die Krümmung derart aus, dass die Rohrenden nach unten Richtung Erdboden weisen, und ist der elektroakustische Wandler in einem wasserdichten Behälter untergebracht, so kann die Anordnung insbesondere im Freien verwendet werden und ist vor Umwelteinflüssen, beispielsweise Regen oder Schnee, geschützt.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung können ein oder mehrere Leuchtmittel zur Illumination der Gruppe von Resonatorvorrichtungen umfasst sein. Aufgrund des omnidirektionalen Charakters der Schallabstrahlung des Schallabstrahlungssystems wird das System vorzugsweise nicht an einer Seitenwand oder Ecke eines Raumes, sondern frei im Raum positioniert werden. Aufgrund des augenfälligen Designs dient es dabei nicht nur zur Schallabstrahlung, sondern kann auch als Kunstobjekt bzw. als Einrichtungsgegenstand dienen, der entsprechend illuminativ beleuchtet sein kann. Werden in einem Raum-, Wand- oder Deckenfluter eingesetzt, die vom Boden in Richtung Wand oder Decke strahlen, so ist diese Position grundsätzlich auch für das Abstrahlungssystem geeignet, und die integrierten Leuchtmittel können die Aufgabe einer Wand- oder Bodenbeleuchtung ausführen. Alternativ kann das Schallabstrahlungssystem auch in der Raumbeleuchtung an der Wand oder an der Decke integriert sein, wobei sich diese Position bevorzugt eignet, da somit am Boden kein Einbauraum benötigt wird und das System die Doppelfunktion einer akustischen Beschallung, wie auch einer Raumbeleuchtung übernehmen kann.
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Entsprechend einer Weiterbildung des Schallabstrahlungssystems kann der elektroakustische Schallwandler jeder Gruppe mit zwei oder mehreren Schallabstrahlungsvorrichtungen akustisch gekoppelt sein, insbesondere durch einen Luftverteilerkasten mit den Schallabstrahlungsvorrichtungen gekoppelt sein, wobei bevorzugt die Schallabstrahlungsvorrichtungen akustisch gegeneinander isoliert sind. Werden zwei oder mehrere Abstrahlungsvorrichtungen einem einzigen Schallwandler zugeordnet, so kann zum einen der Schallwandler derart groß ausgelegt sein, dass er direkt den Schall in das erste axiale Ende der zugeordneten Resonanzgrundkörper hinein emittieren kann, oder durch einen Luftverteilerkasten, der in sich abgeschlossen ist, die darin befindliche Luft derart anregen kann, dass diese großvolumig in die einzelnen ersten axialen Enden der darin eingesteckten Resonanzgrundkörper eindringen kann. Um insbesondere akustische Resonanzwirkungen zwischen zwei oder mehreren benachbarten Abstrahlvorrichtungen einer Gruppe zu eliminieren, kann es vorteilhaft sein, dass die Schallabstrahlungsvorrichtungen akustisch gegeneinander isoliert sind, beispielsweise indem Trennelemente unterhalb der axialen Enden vorgesehen sind, die eine Schalltrennung und damit einen Luftübergang zwischen den Luftsäulen benachbarter Resonanzgrundkörpern verhindern. Somit kann eine weitergreifende Resonanz, die zwischen zwei oder mehreren Resonanzgrundkörpern auftreten kann, verhindert werden, so dass ungewollte Schwingungen unterdrückt werden können. Zur Verteilung des Schalls auf mehrere Abstrahlungsvorrichtungen kann ein Diffusorelement vorgesehen sein.
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Wie bereits weiter oben angedeutet, sind zur Erzeugung tiefer Töne innerhalb eines derartigen Schallabstrahlungssystems sehr lange Grundkörper bzw. Schallabstrahlungsvorrichtungen erforderlich. Um innerhalb eines kompakten Bauraums dennoch tiefe Töne darstellen zu können, kann es vorteilhaft sein, einen elektroakustischen Tiefton-Schallwandler zur Abstrahlung tieffrequenter Audiosignale in das Schallabstrahlungssystem zu integrieren, der bevorzugt in einem eigenen Lautsprechergehäuse akustisch gekoppelt mit einem Bassreflexkanal oder einer Transmissionline aufgenommen sein kann. Der Tiefton-Schallwandler ist dafür vorgesehen, tiefe Töne, die unterhalb der Anregungsfrequenz der ersten Grundwelle der akustisch längsten Schallabstrahlungsvorrichtung liegen, abzustrahlen. Dementsprechend kann ein Frequenzfilter die abzustrahlenden tiefen Töne dem Tiefton-Schallwandler zuleiten. Zum Aufgreifen des Resonanzkonzeptes kann es vorteilhaft sein, dass der Tiefton-Schallwandler in einem expliziten Basslautsprechergehäuse integriert ist, der über einen Bassreflexkanal oder eine Transmissionline ebenfalls durch Resonanz eine verstärkte Abstrahlwirkung des Basses hervorbringt. Hierdurch kann eine dreidimensionale Ausbreitung des Bassklangs erreicht werden, so dass das System nicht nur hohe, sondern auch tiefe Töne in alle drei Dimensionen omnidirektional abstrahlen kann.
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Schließlich kann es in dem Schallabstrahlungssystem vorteilhaft sein, dass die elektroakustischen Schallwandler in einem Grundgehäuse umfasst sind, in dem die einzelnen Schallabstrahlungsvorrichtungen abnehmbar einsteckbar sind, wobei bevorzugt eine Spannungsversorgungsquelle, insbesondere ein elektrochemischer Akkumulator zur Stromversorgung einer oder mehrerer Verstärkereinrichtungen zum Betrieb der Schallwandler umfasst ist. Insbesondere für transportable Systeme kann es vorteilhaft sein, wenn die Schallabstrahlungsvorrichtungen des Schallabstrahlungssystems in einem einzigen Grundgehäuse lösbar und insbesondere werkzeugfrei einsteckbar befestigt werden können, so dass sie für den Transport aus dem Gehäuse herausgezogen bzw. hineingesteckt werden können. Damit kann für den Transport eine sehr kleine Packungsgröße des Abstrahlsystems erreicht werden. Aufgrund des bereits vorgenannten Resonanzeffektes genügen geringe elektrische Leistungen zur Anregung einer hohen akustischen Ausgangsleistung. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, den Lautsprecher als Aktivlautsprecher vorzusehen, der mit einer eigenen Spannungsquelle beispielweise einer Batterie oder einem Akkumulator die Leistung einer batteriegetriebenen Audioquelle beispielsweise eines MP3-Players oder ähnlichem verstärkt wiedergeben kann. Dementsprechend eignet sich insbesondere für transportable Audiowiedergaben ein derartiges Lautsprechersystem, das im Open-Air Betrieb oder bei nicht stationär eingerichteten Konzerten, Audio- oder Multimediaveranstaltungen ein außergewöhnliches, dreidimensionales Klangerlebnis schaffen kann.
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Die vorgenannten Ausführungsformen betreffend die konstruktive Auslegung der Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung und des Abstrahlungssystems, beginnend bei dem komplexen mehrteiligen Aufbau des Resonatorgrundkörpers über die Illuminationsmöglichkeit durch Leuchtmittel bis zum Schallabstrahlungssystem mit Tiefton-Schallwandler, können auch ohne die psychoakustische Einteilung der effektiven Resonatorlängen vorteilhaft eingesetzt werden. Die vorab dargestellten detaillierten konstruktiven Auslegungsmerkmale können somit auch in Schallabstrahlungssystemen eingesetzt werden, deren Abstrahlungsvorrichtungen nicht entsprechend den Frequenzgruppen des menschlichen Gehörs unterteilt sind.
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ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Resonator-Schallabstrahlungssystems in einer Seiten- und in einer Querschnittsansicht,
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2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer labyrinthartig ausgeformten Schallabstrahlungsvorrichtung zum Einsatz in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schallabstrahlungssystems in Quer- und in Seitenschnittdarstellung;
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3 schematisch zwei Ausführungsbeispiele von Schallabstrahlungsvorrichtungen mit spiralartig gekrümmtem Resonatorgrundkörper mit einer bzw. zwei Auslassöffnungen in Seiten- und Querschnittsdarstellung;
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4 ein schematischer Vergleich von mehreren Ausführungsformen von Schallabstrahlungsvorrichtungen mit Schallanregung seitlich zur Längsachse;
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5 in einer schematischen Schnittdarstellung eine baumartig verzweigte Schallabstrahlungsvorrichtung zum Einsatz in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schallabstrahlungssystems;
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6 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer U-förmig gebogenen Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung;
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7 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines ineinander geschachtelten Grundkörpers einer Resonator-Schallabstrahlungsvorrichtung;
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8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schallabstrahlungssystems nach der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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In der 1 ist in einem Querschnitt A-A und einem Längsschnitt B-B ein Ausführungsbeispiel eines Schallabstrahlungssystem 10 dargestellt, das eine einzelne Gruppe 14 von röhrenförmigen Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 umfasst, die als rohrförmige Schallabstrahlungsvorrichtungen 70 ausgestaltet sind. Die Gruppe 14 von Schallabstrahlungsvorrichtungen 70 wird von einem elektroakustischen Schallwandler 16 an einer ersten Öffnungsseite 22 mit Schallwellen beaufschlagt, so dass die darin befindlichen Luftsäulen in Resonanz zu schwingen beginnen, wobei sich eine Halbwelle einer Resonatorgrundfrequenz in den jeweiligen Röhren 20 ausbreitet. Die Gruppe 14 umfasst 25 röhrenförmige Schallabstrahlungsvorrichtungen 70, wobei deren effektive Resonatorlängen derart ausgestaltet sind, dass die Mittenfrequenzen der jeweiligen Bark-Frequenzbereiche angeregt werden können. Der Schall des Schallwandlers 16 dringt in die Einlassöffnung 22 ein, wobei der Wandler 16 eine entsprechend große Membran aufweist oder durch ein Diffusorelement 40 den Schall auf alle Einlassöffnungen 22 verteilen kann. Die in den Grundkörpern 20 befindlichen Luftsäulen beginnen durch die Anregung des Wandlers 16 entsprechend einem zugeführten Audiosignal in Resonanz zu schwingen. Der Schall tritt an den Auslassöffnungen 28 aus den einzelnen Röhren aus, wobei Resonanzfrequenzen im Inneren der Grundkörper 20 angeregt und verstärkt werden. Der Zylindermantel 24 jedes Resonatorgrundkörpers 20 kann eine oder mehrere Ausnehmungen (nicht dargestellt) umfassen, wodurch gezielt Oberfrequenzen angeregt werden können und somit das Frequenzspektrum deutlich erweitert werden kann. Alternativ kann jede der Schallabstrahlungsvorrichtungen Resonatorlängen aufweisen, die Grundwellen im Terzbereiche wiedergeben und somit Frequenzbereiche beispielsweise 1000–1260 Hz, 1260–1590 Hz, 1590–2000 Hz etc. bedienen, so dass das System 10 einen aus Terzstrahlern zusammengesetzten Lautsprecher darstellt. Des Weiteren ermöglicht die Menge von Schallabstrahlungsvorrichtungen 70 eine Fülle optisch ansprechender Designmöglichkeiten – im vorliegenden Fall können die Abstrahlvorrichtungen 70 eine wendeltreppenförmige Gestalt aufweisen. In der Praxis können für jede Frequenzgruppe zur Erzeugung einer höheren Amplitude bzw. Lautstärke mehrere Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 parallel angeordnet sein, bzw. in jedem Frequenzbereich mit gleichen bzw. innerhalb des Frequenzbereichs unterschiedlichen effektiven Resonatorlängen vorgesehen sein. Insbesondere für tiefe Frequenzen kleiner als 500Hz empfiehlt sich eine Parallelschaltung mehrerer Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 mit identischer bzw. ähnlicher effektiver Resonatorlänge zur Erzeugung eines höheren Schalldrucks.
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In der 2 ist schematisch in einem Querschnitt A-A und in einem Längsquerschnitt B-B eine labyrinthartig verschachtelte Schallabstrahlungsvorrichtung 12, 72 dargestellt, bei der drei einzelne Grundkörper 20a, 20b und 20c labyrinthartig den Schall mehrfach umlenken, und somit die effektive Resonatorlänge erhöhen. Die Schallabstrahlungsvorrichtung 72 besteht aus drei ineinander geschachtelten Resonatorgrundkörpern 20a bis 20c, die als Rohr- oder Topfsegmente ausgebildet sind, wobei in dem innersten Rohr 20c eine Einlassöffnung 22 bereitgestellt wird, die akustisch einem elektroakustischen Schallwandler 16 zugeordnet ist. Die sich ausbildende Schallwelle wird im oberen Bereich des inneren Resonatorgrundkörpers 20c umgelenkt, schwingt zwischen der Außenwand 24c des inneren Grundkörpers 20c und der Innenwand 24b des mittleren Grundkörpers 20b entlang und wird dort wiederum am unteren Ende umgelenkt, um zwischen der inneren Zylinderwand 24a des äußeren Grundkörpers 20a und der äußeren Zylinderwand 24b des mittleren Grundkörpers 20b nach oben zu der Auslassöffnung 28 zu gelangen. Durch den labyrinthartigen Aufbau der Resonatorgrundkörper 20a bis 20c kann die effektive Resonatorlänge deutlich erhöht werden, um beispielsweise tiefe Töne erzeugen zu können, ohne die Längsabmessung der Schallabstrahlungsvorrichtung 72 entsprechend der Wellenlänge der Resonanzfrequenz vergrößern zu müssen.
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In den 3a und 3b sind zwei Ausführungsformen 74, 76 einer spiralartig verlaufenden Schallabstrahlungsvorrichtung 12 in einem Querschnitt A-A und einem Seitenschnitt B-B dargestellt. Der Resonatorgrundkörper 20 der spiralförmigen Schallabstrahlungsvorrichtung 74 in 3a ist im Wesentlichen aus einer spiralartigen Längswand 24 definiert, die zwischen zwei Kreisscheiben 46, 48 verläuft. Der Schall wird von einem elektroakustischen Schallwandler 16 erzeugt und wird durch eine Ausnehmung 22 in der unteren Kreisscheibe 48 eingeleitet, um 90° abgelenkt, wobei fakultativ ein nicht dargestellter Schallumlenkungskegel zur Umrichtung der Schallwellen im Mittelpunkt der oberen Kreisscheibe 46 angeordnet werden kann. Die Schallwelle schwingt entlang des gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden, spiralartigen Hohlraums in Richtung der Auslassöffnung 28, wo der Schall durch Resonanz verstärkt austritt. Hierdurch wird eine sehr lange effektive Resonatorlänge auf sehr geringem Bauvolumen geschaffen, wodurch eine flache, runde Schallabstrahlungsvorrichtung mit kompakter Bauweise zur Abstrahlung insbesondere tiefer Töne ausgebildet werden kann.
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In der 3b werden zwei ineinander geschachtelte labyrinthartige Trennwände 24a und 24b, die die Resonatorgrundkörper 20a und 20b definieren, zwischen den beiden Kreisscheiben 46, 48 angeordnet, so dass zwei Resonatorgrundkörper 20a, 20b durch einen einzigen elektroakustischen Schallwandler 16 in Schwingung versetzt werden können. In dem dargestellten Beispiel sind die effektiven Resonatorlängen beider Resonatorgrundkörper 20a, 20b gleich groß, jedoch strahlen sie durch zwei verschiedene Auslassöffnungen 28a und 28b in verschiedene Richtungen aus. Denkbar ist, dass die effektive Resonatorlänge eines der beiden Grundkörper 20a länger als die des anderen 20b ausgebildeten sein kann. Es können auch mehr als zwei Grundkörper 20a und 20b ineinander geschachtelt werden.
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In der 4 sind schematisch in einer Gegenüberstellung fünf Ausführungsformen von Schallabstrahlungsvorrichtungen 70a bis 70e dargestellt, die aus einem rohrförmigen Grundkörper 20 bestehen, an deren Ende bzw. seitlich an einer Einkoppelstelle ein Schallwandler 16 Schall in eine Einlassöffnung 22 abgeben kann.
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Die Vorrichtung 70a entspricht einer herkömmlichen rohrförmigen Schallabstrahlungsvorrichtung, und weist darüber hinaus eine Ausnehmung 44 in der Rohrwandung auf, aus der Schall austreten kann. In der Vorrichtung 70a ist der Schallwandler 16 des Weiteren in einem Luftverteilerkasten 32 gekapselt, wobei der gesamte Schall in die Einlassöffnung 22 gelangen kann.
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In den weiteren vier Ausführungsbeispielen von Schallabstrahlungsvorrichtungen 70b, 70c, 70d und 70e sind jeweils im Resonatorgrundkörper 20 eine seitliche Schallwellenanregung vorgesehen, wobei beispielsweise in der Ausführungsform 70b der Schallwandler 16 durch ein Rohrsegment als Einlassöffnung 22 Schall senkrecht zur Längsachse 26 des Grundkörpers 20 zuführen kann. Somit wird eine Doppelresonatoranordnung geschaffen, wobei zwei gleiche oder verschiedene Grundfrequenzen angeregt werden können. Somit wird eine Doppelresonatoranordnung geschaffen, wobei zwei gleiche oder verschiedene Grundfrequenzen angeregt werden können. Zur Erhöhung der anregbaren Resonanzfrequenzen steht es dem Fachmann frei, auch die Zuleitung für Resonanzzwecke zu nutzen, d.h. er kann nicht nur die Luftsäule zwischen den Öffnungen 28a und 28b zur Resonanz anregen, sondern auch zwischen 22 und 28a bzw. zwischen 22 und 28b. Ausführungsbeispiel 70c zeigt eine seitliche Schalleinkopplung durch einen Schallwandler 16, bei der Schall durch einen kegelförmigen Schallteiler 90 in das Innere des Grundkörpers in Richtung der beiden Auslassöffnungen 28a, 28b verteilt werden kann. Das Ausführungsbeispiel 70d zeigt eine Schallzufuhr über zwei Einlassöffnungen 22a und 22b. Durch eine geeignete Wahl der Abmessungen der beiden Zuleitungen kann der Fachmann beispielsweise auf konstruktivem Wege Dämpfungseffekte erzeugen, wodurch die Bandbreite der Resonanzkurve im gewünschten Maße verbreitert wird.
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Das Ausführungsbeispiel 70e ähnelt dem Aufbau einer Transmissionline, unterscheidet sich davon aber grundsätzlich dadurch, dass nur die Öffnung 28 Schall abstrahlen kann, während der Lautsprecher 16 in einem Luftverteilerkasten 32 gekapselt ist. Die Grundfrequenz des Resonators ergibt sich aus der bekannten Viertelwellen-Resonanz, wodurch die Länge des Resonators nur halb so groß ist wie bei der Ausführungsform 70b.
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In der 5 ist in einer Längsschnittdarstellung eine baumartig verzweigte Schallabstrahlungsvorrichtung 80 dargestellt, wobei an einen Resonatorgrundkörper 20a, der röhrenförmig ausgebildet ist, ein zweiter Resonatorgrundkörper 20b in einem Einsteck-Verschraubungsbereich 86 luftdicht eingesteckt, eingeschraubt oder andersartig befestigt ist. Der Resonatorgrundkörper 20b weist zwei v-förmige Verzweigungsarme auf, wobei in die beiden Verzweigungsarme wiederum zwei vförmige Resonatorgrundkörper 20c eingesteckt, eingeschraubt oder andersartig befestigt sind, und somit vier Auslassöffnungen 28 ausgebildet sind, die den Schall in verschiedene Richtungen ausstrahlen können. Es ist grundsätzlich denkbar, dass einzelne Arme länger als andere ausgebildet sind, so dass mehrere Grundfrequenzen angeregt werden können.
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In der 6 ist eine weitere U-förmig gebogene Schallabstrahlungsvorrichtung 92 dargestellt, bei der die beiden Auslassenden 28a und 28b des U-förmigen Rohres durch eine Luftverteilerröhre 94 miteinander akustisch gekoppelt sind, wobei in der Mitte der Luftverteilerröhre 94 ein elektroakustischer Schallwandler 16 durch eine Einlassöffnung 22 Schall in die Luftverteilerröhre 94 einbringen und damit die Luftsäule in dem Resonatorgrundkörper 20 in Resonanz versetzen kann. Der Schall wird durch die beiden offenen Rohrenden 28a und 28b ausgestrahlt. Befindet sich der Schallwandler 16 in einem wasserdichten Luftverteilerkasten 32, so kann diese Anordnung vorteilhafter Weise in einer rauen Umweltumgebung, beispielsweise im Freien verwendet werden, da sie wind- und wassergeschützt ist, da in keine der Öffnungen 22, 28a, 28b Feuchtigkeit eindringen kann.
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In der 7 ist eine kaskadierte Schallabstrahlungsvorrichtung 96 dargestellt, die aus einem ersten Resonatorgrundkörper 20a, der einen rohrförmigen Zylindermantel 24a aufweist, einen zweiten Resonatorgrundkörper 20b, der einen trichterförmig ausgebildeten Zylindermantel 24b aufweist und einem dritten Resonatorgrundkörper 20c, der einen elliptisch ausgeformten Zylindermantel 24c besitzt. Somit sind die Zylindermäntel 24a bis 24c nicht parallel zueinander ausgebildet. Die drei Grundkörper 20c, 20b und 20a sind entlang der Längsachse 26 teilweise ineinander geschoben, wobei an der Einlassöffnung 22 des ersten Resonatorgrundkörpers 20a ein elektroakustischer Schallwandler 16 angeordnet ist, um die Luftsäule in den drei Grundkörpern 20a bis 20c in Resonanz zu versetzen. Da die Verbindungsbereiche der drei Resonatorgrundkörper 20 nicht luftdicht abgeschlossen sind, kann aus allen drei Verbindungsbereichen Schall austreten, wobei drei Schallauslassöffnungen 28a, 28b und 28c ausgebildet sind, um neben der Grundfrequenz, die durch ein Zusammenwirken aller drei Grundkörper 20a bis 20c bewirkt wird, eine größere Anzahl von Oberfrequenzen erzeugen zu können. Somit kann eine derartige Schallabstrahlungsvorrichtung 96 eine Grundfrequenz und eine Anzahl von Oberfrequenzen erzeugen, so dass die Gesamtzahl der Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 innerhalb eines Schallabstrahlungssystems 10 deutlich reduziert werden kann.
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Schließlich zeigt 8 schematisch ein Schallabstrahlungssystem 10, das drei Gruppen von Schallabstrahlungsvorrichtungen 14a, 14b und 14c umfasst. Jede Gruppe 14 von Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 ist einem elektroakustischen Schallwandler 16 zugeordnet und ist auswechselbar in einem Luftverteilerkasten 32 eingesteckt. Der von dem elektroakustischen Schallwandler 16 erzeugte Schalldruck kann sich in dem Luftverteilerkasten 32 ausbreiten und in das erste axiale Ende jedes Resonatorgrundkörpers 20 der Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 eindringen. Die effektiven Längen der Resonatorgrundkörper 20 sind so zueinander abgestimmt, dass jede Frequenzgruppe der Bark-Skala angeregt wird, allerdings sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht die 24 erforderlichen Gruppen 14 von Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 dargestellt. Zwischen den einzelnen Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 sind akustische Trennelemente 42 angeordnet, beispielsweise Halbwände oder Rohrstücke aus akustisch isolierendem Material, die verhindern, dass die Luftsäulen von zwei benachbarten Grundkörpern 20 der Resonanzabstrahlvorrichtungen 12 ungewollt akustisch gekoppelt in Resonanz zu schwingen beginnen. Bei einer Vielzahl von Grundkörpern 20 innerhalb einer einzelnen Gruppe 14 kann eine Verteilung des durch den Schallwandler 16 erzeugten Schalls mittels eines Diffusorelements 40 sinnvoll sein. Das Diffusorelement 40 wirkt als Beugungselement oder wie eine vergrößerte Membran des Schallwandlers 16, um den Schall gleichmäßig in die Einlassöffnung 22 der jeweilig zugeordneten Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 einzukoppeln. Ein elektrisches Audiosignal kann über einen Anschlussstecker 60 an eine Audioquelle, beispielsweise CD-, DVD-, MP3-Player, FM-Receiver, TV-Tuner, Mikrofon-Vorverstärker oder ähnliches angeschlossen werden. Mittels einer Audiosignalleitung 58 wird das Audiosignal durch Frequenzfiltereinrichtungen 30 der jeweiligen Gruppe 14 zugeleitet, die die an die Resonanzeigenschaft der Gruppe 14 angepassten Frequenzbereiche aus dem elektrischen Signal ausfiltern und diese einer aktiven Verstärkereinrichtung 52 zuleiten. Es ist auch denkbar, einen digitalen Datenstrom dem System 10 zuzuleiten, wobei die Frequenzfilterung digital erfolgen kann. Die Verstärkereinrichtung 52 kann ausgelegt sein, entsprechend dem gefilterten Audiosignal dieses selektiv zu verstärken und den Schallwandler 16 anzutreiben. Zur elektrischen Versorgung der Verstärkereinrichtungen 52 können diese an eine Spannungsversorgungsquelle 54, beispielsweise an einen Akkumulator oder an eine Batterie angeschlossen sein, so dass das Schallabstrahlungssystem 10 transportabel und ohne Netzenergie betrieben werden kann. Aufgrund der Resonanzwirkung kann bei einer geringen elektrischen Leistung eine hohe akustische Leistung erzeugt werden. Zur Abstrahlung tiefer Töne, insbesondere Bässe, ist eine große effektive Resonanzlänge der Schallabstrahlungsvorrichtung 12 notwendig. Somit kann zur Erzeugung tiefer Töne auch auf eine herkömmliche Basslautsprechervorrichtung zurückgegriffen werden, beispielsweise einem Tiefton-Schallwandler 34, der in einem Lautsprechergehäuse 36 gekapselt ist, wobei das Lautsprechergehäuse 36 einen Bassreflexkanal 38 aufweist, um in Resonanz den Bass zu verstärken, wobei der Bass in diesem Fall nach unten gegen den schallharten Fußboden abgestrahlt werden kann, und somit nicht sichtbar den Bass zusätzlich zu den höheren Frequenzen, die über die Schallabstrahlungsvorrichtung 12 in Resonanz erzeugt werden, abzustrahlen. Das Abstrahlungssystem 10 ist in einem Grundgehäuse 50 gekapselt, das auf Füßen steht, so dass der Tiefton-Schallwandler 34 seinen Bass in Richtung Boden abstrahlen kann. Die einzelnen röhrenförmigen Grundkörper 20 der Schallabstrahlungsvorrichtung 12 können in das Gehäuse 50 und somit in die Gruppe von Luftverteilerkästen 32 eingesteckt werden, um beim Transport ein verkleinertes Volumen zu bilden. Zum verwechslungssicheren Ein- und Ausstecken können die einzelnen Öffnungen des Grundkörper 50 und die Grundkörper 20 farbig markiert, mechanisch kodiert oder durch verschiedene Umfänge derart ausgebildet sein, dass nur die zueinander passenden Schallabstrahlungsvorrichtungen 12 in die Gehäuseöffnungen gesteckt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2924473 A [0004]
- DE 19506909 A1 [0005]
- EP 1718101 A2 [0006]
