DE102013012889B4

DE102013012889B4 - Ventiliertes Lautsprechergehäuse mit unterdrückten Raummoden

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Publication number: DE102013012889B4
Application number: DE102013012889.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2033-08-03
Also published as: DE102013012889A1

Abstract

Ein herkömmliches Bassreflex(BR)-System funktioniert als ein Helmholtz-Resonator unter der Annahme, dass die größte Abmessung seines Hohlraumes und seines beidseitig offenen BR-Rohrs (konstruktiv ist das ein λ/2-Resonator) klein gegen die Wellenlänge der Resonanzfrequenz sind. In dem Fall stellt das Volumen des Hohlraums eine reine mechanische Kapazität (Luft-Nachgiebigkeit) und das BR-Rohr eine reine mechanische Induktivität (Luftmasse) dar. Je kompakter aber ein BR-Gehäuse wird, desto fällt die erforderliche Länge des BR-Rohrs bei einer derselben Resonanzfrequenz länger aus, wobei das BR-System, das anfangs mit konzertierten Parameter beschrieben war, in ein neues System mit verteilten Parameter, genannt Quasi-BR-System, übergeht. Mit der Anwendung eines halbgeschlossenen Rohrs, das erfindungsgemäß als ein λ/4-Resonator dimensioniert ist, ist die Länge des Quasi-BR-Rohrs bei gleicher Resonanzfrequenz halbiert (im Vergleich zu einem λ/2-Resonator). Nichtsdestotrotz muss die störende Kammfilter-Wirkung des Quasi-BR-Rohrs abgeschwächt werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine akustische Anregung des Resonators, genannt „Multi Point Transmission Line Excitation”, gelöst, wie das in 5 dargestellt ist. Mit der Technik lassen sich extrem kompakte, ventilierte Einweg-Lautsprechersysteme realisieren. Die Erfindung erhält ihre Bedeutung bei flachen Panel-Lautsprechersystemen, welche in Verbindung mit dem HD-Flat-TV betrieben werden. Bisher sei die bescheidene Tiefbasswiedergabe auf die dünnen LS-Gehäuse zurückzuführen.

Description

Einleitung: Die Erfindung bezieht sich auf „nichtresonante”, ventilierte Lautsprechergehäuse, deren wenigstens ein Teil (Hohlraum oder Auslassöffnung) sich akustisch als ein System mit verteilten Parameter verhält. Unter dem Begriff „nichtresonant” ist hierbei ein Zustand ohne Ausprägung von Oberton-Gehäuseresonanzen gemeint; d. h. das Vorhandensein einer Grundton-Resonanz ist zulässig. Der Sachverhalt kann einfach am Beispiel eines „säulenförmigen” Gehäuses verdeutlicht werden. Die Geometrie hinterlässt optisch den Eindruck einer hohen, schlanken Standbox, da ihre Höhe z. B. zehnmal so groß ist, wie die Tiefe und die Breite, und liegt im Bereich der Lambdaviertel-Wellenlänge (welche einer Frequenz kleiner 300 Hz entspricht). Die Luftsäule kann in solchen Gehäusen zum Schwingen angeregt werden. Gleichartige Eigenresonanzen werden in Blasinstrumenten und Orgelpfeifen von stehenden Schallwellen im Inneren einer Tube erzeugt. Die Resonanzen, bekannt als Raummoden, treten in Interaktion mit elektrodynamischem Schallwandler, wie z. B. in einem Transmissionline-Gehäuse, und verursachen bekannte Welligkeit der Wiedergabekurve (Kammfilter-Effekt). Deswegen sind Oberton-Resonanzen generell in einem Lautsprechergehäuse unerwünscht, jedoch mit der Ausnahme: wenn die Grundton-Resonanz zur passiven Bassanhebung dienen sollte. Und das ist in der Regel fast immer der Fall bei den Kompaktlautsprechern, da die Amplitude der Membranauslenkung ohne Gehäuseresonanz bei gleicher akustischer Leistung zunimmt. Ein LS-Gehäuse mit unterdrückten Raummoden darf entweder eine Grundton-Resonanz mit stark abgeschwächten Oberton-Resonanzen aufweisen, oder gar keine Eigenresonanzmoden infolge von stehenden Schallwellen (in dem Fall spricht man von einem Helmholtz-Resonator, der als Bassreflex-Prinzip bekannt ist). Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, stehende Schallwellen in den Systemen mit verteilten Parametern zu unterbinden. Das heißt, ein System mit verteilten Parametern auf ein System mit konzentrierten Parameter zu „reduzieren”, indem die Anzahl von Eigenresonanzen begrenzt wird, wobei infolgedessen die mechanisch-akustische Impedanz vom LS-Gehäuse mit unterdrückten Raummoden sich also als eine Kombination von einem oder zwei verlustbehafteten Kondensatoren (Luftnachgiebigkeit in einem geschlossenen Gehäuse) und von einer verlustbehafteten Induktivität (bewegte Luft in einem ventilierten Gehäuse) darstellen lässt. Die Frequenz der Grundton-Resonanz infolge von stehenden Schallwellen ist abhängig von der Luftsäule-Länge und kann unter der Berücksichtigung folgender Regel bestimmt werden: An einem offenen Ende einer Transmissionline (Tube) befindet sich ein Schwingungsbauch der Luftbewegung, und an einem geschlossenen Ende ein Schwingungsknoten. Demnach sind zwischen zwei Resonator Typen zu unterscheiden: λ/2-Resonator (offene oder geschlossene Tube mit beiderseitig offenen oder geschlossenen Enden) und λ/4-Resonator (halbgeschlossene Tube mit einem offenen und einem geschlossenen Ende).
Stand der Technik: Eine der Möglichkeiten für Realisierung eines LS-Gehäuses mit unterdrückten Raummoden besteht darin, den Schallanteil von der Rückseite der Membran im Inneren des Gehäuses gleichermaßen (unabhängig von der Frequenz) zu absorbieren. Ein solches LS-Gehäuse ist in der Druckschrift [1]: A. R. Bailey, ”A Non-resonant Loudspeaker Enclosure Design”, Wireless Word, October 1965, als eine gefaltete und mit Dämpfwolle gefüllte Transmissionline beschrieben worden. Die Grundton-Resonanzfrequenz (entspricht der Wellenlänge von λ/4) kann, muss aber nicht, zur Bassanhebung genutzt werden. Für passive Bassanhebung soll die Dämmung des Schalls ausgehend vom Chassis bis zum TL-Mund immer schwacher sein, damit keine Grundton-Resonanz sondern nur die Obertöne abgeschwächt werden. Eine starke Dämmung im Inneren bewirkt aber eine Verringerung des Wirkungsgrades. Das ist offensichtlich wenn man Lautsprechersystem mit elektrodynamischem Chassis in einem Gehäuse mit einem Ersatzschaltbild unter Verwendung der elektromechanischen und elektroakustischen Analogien darstellt: Weil in dem Ersatzschaltbild das Chassis und das Gehäuse immer seriell geschaltet sind, kann das Gehäuse direkt die Membrangeschwindigkeit beeinflussen. Eine Alternative zum Design aus der DS [1], wobei stehende Schallwellen durch die Gehäuseform abgeschwächt werden, ist aus der Patentschrift [2]: US 8,205,712 bekannt. Dort geht eine Transmissionline geometrisch in einen verformten Konus über und nimmt funktionell zunehmend die Gestalt einer Bassreflexbox. Im Unterschied zu der ventilierten Varianten ist in der Patentschrift [3]: US 6,324,292 eine geschlossene Variante eines nichtresonanten Gehäuses beschrieben worden. Dort wird die Bildung von stehenden Schallwellen von mehreren λ/4-Resonatoren mit der Wirkung eines Saugkreises (serielle elektrische Resonanz) im Inneren des Gehäuses unterbunden. Die Erfindung knüpft an dieses Prinzip der akustischen Koppelung an, denn die λ/4-Resonatoren aus der DS [3] sind im Inneren des Gehäuses akustisch gekoppelt mit dem λ/2-Resonator (geschlossenes Gehäuse). Der Nachteil von den Designvorschlägen [2] und [3] liegt in einem aufwendig aufgebauten Gehäuse.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, Raummoden in einem einfachen ventilierten Lautsprecher-Gehäuse effizient zu unterdrücken, jedoch ohne Verringerung des Wirkungsgrades. Der Rückschallanteil im Inneren wird dabei möglichst wenig absorbiert, um die Effizienz zu steigern. Ventilierte Ausführungen des Gehäuses werden generell bevorzugt, und zwar wegen der folgenden Vorteile: a) reduzierte Kompression im Gehäuse, da der Rückschallanteil zum Teil nach außen abgestrahlt wird, b) eine tiefere Resonanzfrequenz des Chassis im Einbauvolumen, und c) bessere Dynamik im Tieftonbereich durch die Grundton-Resonanz des Gehäuses. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, zwei widersprüchliche Anforderungen, nämlich eine kompakte Konstruktion und eine ausreichende Basswiedergabe, in neuem Design zu erfüllen.
Diese Aufgaben werden durch die Anwendung der in den einzelnen Hauptansprüchen 1, 4, 5 und 6 angegebenen technischen Maßnahmen gelöst. Unteransprüche 2 und 3 beziehen sich auf detaillierte Ausführungen der im Hauptanspruch 1 vorgeschlagenen Lösung.
Beschreibung der Erfindung: Passive Bassanhebung in einem herkömmlichen Bassreflex-(kurz BR-), Lautsprechergehäuse (kurz LS-Gehäuse), beruht auf dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators, der aus einem Hohlraum und aus einem beiderseitig offenen BR-Rohr (auch wenn seine Länge gleich Null ist) besteht. In der Analyse des Systems geht man davon aus, dass der Gehäuse-Resonator nur eine Grundton-Resonanzfrequenz besitzt, also dass die größte Abmessung des Hohlraumes und des BR-Rohrs klein gegen die Wellenlänge ist (kleiner von λ/10). In dem Fall stellt der Hohlraum eine mechanische Kapazität (Luft-Nachgiebigkeit) und das BR-Rohr eine mechanische Induktivität (bewegte Luftmasse) dar. Die Erfindung bezieht sich nicht auf den Fall, sondern auf die Fälle, wenn der Gehäuse-Resonator aufgrund seiner Geometrie neben eine Grundton-Resonanz noch obere Raummoden besitzt. Folgende Kombinationen hiervon sind möglich. Design 1: Ein säulenförmiges Gehäuse mit verteilten Parametern und ein BR-Rohr mit konzentrierten Parametern; Hier handelt sich um eine klassische Transmission-Line. Design 2: Ein kompaktes Gehäuse mit konzentrierten Parametern und ein BR-Rohr mit verteilten Parametern; Hier handelt sich erfindungsgemäß um ein kompaktes Quasi-BR-Lautsprechersystem, das hervorragend für eine flache und kompakte Ausführung des Lautsprechers geeignet ist. Design 3: Sowohl ein säulenförmiges Gehäuse als auch ein BR-Rohr mit verteilten Parametern; Hier handelt sich um einen säulenförmigen, schlanken Vollbereichslautsprecher.
Nachstehend werden vier erfindungsgemäße Ausführungsformen eines ventilierten LS-Gehäuses mit unterdrückten Raummoden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
1a) zeigt ein herkömmliches Transmissionline-Gehäuse, das als ein λ/4-Resonator funktioniert.
1b) zeigt die Null-Druckstellen bei der Resonanzfrequenz f5 in zwei identischen aber antiparallel nebeneinander gestellten λ/4-Resonatoren.
1c)zeigt ein ventiliertes Lautsprechergehäuse mit unterdrückten Raummoden gemäß Hauptanspruch 1 aus zwei akustisch gekoppelten λ/4-Resonatoren.
2 zeigt ein ventiliertes Lautsprechergehäuse mit unterdrückten Raummoden gemäß Hauptanspruch 4 mit einem in mehreren Punkten akustisch angeregten λ/4-Resonator, der als ein quasi BR-Rohr angewandt ist.
3 zeigt ein ventiliertes Lautsprechergehäuse mit unterdrückten Raummoden gemäß Hauptanspruch 5 aus zwei akustisch gekoppelten λ/2-Resonatoren.
4 ein ventiliertes Lautsprechergehäuse mit unterdrückten Raummoden im Mittelton-Bereich aus zwei akustisch gekoppelten λ/2-Resonatoren zum Aufhängen an die Wand (Wandlautsprecher) gemäß Hauptanspruch 6.
Zu Design 1: Das hier zu lösende Problem wird anhand von 1a) näher erläutert. Ein einfaches Gehäuse G₁ mit viereckiger Querschnittsfläche S_TL bildet eine halbgeschlossene Resonanztube mit der Länge L_TL. Am geschlossenen Ende der Tube ist das Chassis C₁ angebracht. Da die Membrangeschwindigkeitwesentlich kleiner als die Schallgeschwindigkeit in der Tube ist, und die Membranamplitude wesentlich kleiner im Vergleich zu der Wellenlänge, kann angenommen werden, dass die Membran vom Chassis (C₁) eine schallharte Grenzfläche ist, sodass das Ende der Tube also geschlossen ist. Demnach bildet das LS-Gehäuse (G₁) einen λ/4-Resonator, weil das andere Ende der Tube mit einem Schallaustrittsmund M endet und offen bleibt. Das LS-Gehäuse (G₁) schließt ein Volumen V_TL (V_TL = S_TL·L_TL) ein. Der Schallaustrittsmund (M) weist eine Auslassfläche S_M auf und ist als ein Rohr mit der Länge L_M ausgeführt. Die Länge L_M ist im Vergleich zu der Länge L_TL kurz und darf fallweise auch gleich Null gewesen sein.Wenn man das System akustisch als einen Helmholtz-Resonator betrachten würde,müsste das Volumen V_TL mit konzentriertem Parameter dargestellt werden, also als eine reine mechanische Kapazität (Luftnachgiebigkeit). Die Annahme trifft nicht zu, weil das Volumen V_TL von Natur aus diverse Raummoden infolge von verteilten Parametern besitzt. Die Kurve D_V in 1a) zeigt den Druckverlauf entlang der Transmissionline bei der Grundton-Resonanzfrequenz f₀, f₀ = c/(4·L_TL), wobei c = Schallgeschwindigkeit und eine Korrektion am offenen Ende nicht berücksichtigt ist.
Weitere Oberton-Resonanzen treten bei den Frequenzen f₃ = 3·f₀, f₅= 5·f₀ usw.. 1b) zeigt den Druckverlauf bei der Resonanzfrequenz f₅, während 1c) zeigt, wie man gemäß Hauptanspruch 1 dem Raummode bei der Resonanz-Frequenz f₅ entgegen wirken kann. Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die gleichartigen Transmissionline-Resonatoren geometrisch so gegeneinander zu positionieren, dass entlang der Transmissionline ein möglichst großer Druckgradient zwischen den beiden Resonatoren zustande kommt, welcher dann durch eine akustische Koppelung ausgeglichen werden kann. Die Koppelung wirkt der Entstehung von Raummoden im Gehäuse entgegen.
Das gleiche Prinzip gilt für alle Oberton-Resonanzen: Zwei identische Gehäuse wie in 1a) abgebildet, werden erfindungsgemäß in der ganzen Länge L_TL antiparallel aufeinander gelegt, und konstruktiv derart verbunden, dass eine Trennwand TW als gemeinsame Grenzfläche zwischen den beiden Gehäusen dient. Durch entgegengesetzte Position von zwei identischen Resonatoren stellt sich eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen den Druckkurven in den beiden Transmissionline bei jeder Resonanzfrequenz, vergleiche die Druckverlaufkurven in 1b). Durch mehrere Öffnungen entlang der Transmissionline kommt generell eine akustische Koppelung AK zustande. Die Öffnungen (AK) befinden sich erfindungsgemäß an den Stellen an der Trennwand (TW), an denen der Druckgradient im Inneren zwischen den benachbarten Resonanztuben einen maximalen Wert hat. Die Öffnungen können z. B. in Form eines Loches (L₁, L₂), also diskontinuierlich, wobei alle Löcher gleichermaßen (in Bezug auf eine betrachtete Resonanz) an der Trennwand (TW) angeordnet werden. Je höhere die Frequenz eines Obertones, desto dichter werden die Öffnungen, sodass diese gedanklich kontinuierlich in einen Schlitz (S₁) entlang der Transmissionline übergehen können. Der Schlitz (S₁) kann entweder nur „benachbarte Löcher” miteinander verbinden, d. h. segmentsweise, oder in der ganzen Länge (L_TL) an der Trennwand (TW) vorhanden sein. In dem letzten Fall wird auch die Grundresonanz unterdrückt, so dass aus akustischer Sicht der λ4-Resonator in einen Helmholtz-Resonator umgewandelt wird.
Es wurde gefunden, dass ein guter Kompromiss zwischen der Unterdrückung von Oberton-Resonanzen in Bezug auf die Grundton-Resonanz zu erwarten ist, wenn der Schlitz eine Länge von 1/3 L_TL hat, und in der Mitte der Transmissionline positioniert ist (entlang der Tube ausgerichtet, mit gleicher Entfernung von den beiden Enden).
Eine ähnliche Methode zum „Druckabbau” bei einer Grundton-Resonanzfrequenz eines λ/2-Resonators in Form eines geschlossenen LS-Gehäuses findet man in der Patentschrift [4]: US 5,552,569 . Der Druck im Inneren des Gehäuses erreicht einen maximalen Wert an den beiden Enden. Am unteren Ende sind „multi-Port” Öffnungen angebracht, wobei die Dichte der Öffnungen mit der Druckintensität korreliert. Auf dieser Weise findet einen Druckausgleich statt, Raummoden werden schwächer und damit das Frequenzverhalten des Gehäuses breitbandiger.
Zu Design 2: 2 zeigt ein ventiliertes LS-Gehäuse mit einem Prinzip genannt „multi point excitation of a long pipe-shaped br-port” gemäß dem Hauptanspruch 4. Die Anordnung bietet eine kompakte Konstruktion, die für die Flachlautsprecher hervorragend geeignet ist. Zu dem Zweck ist ein minimales LS-System in 2 dargestellt, mit nur einem einzelnen Breitband- oder Koaxial-Chassis (C₁) in einem quasi Bassreflex-Gehäuse (FG). Das Gehäuse ist flach ausgeführt (für gemeinsame Nutzung mit einem Flat-Panel Fernsehgerät) und kann viereckig oder rund sein, wobei im Inneren die Rückseite der Membran vom Chassis (C₁) und eine Transmissionline als ein quasi Bassreflex-Rohr aus einem halbgeschlossenen Rohr (HGR) mit einer Länge (L_TL) eingeschlossen ist. Es wird angenommen, dass die größte Abmessung des Gehäuses (FG) klein genug ist (gegen die Wellenlänge im Tieftonbereich), sodass der Druck darin, erzeugt von der Rückseite der Membran vom Chassis C₁, homogen verteilt ist. Das halbgeschlossene Rohr (HGR) ist als ein λ/4-Resonator ausgelegt, mit einer Grundton-Resonanzfrequenz f₀ im Bereich der Freiluft-Resonanzfrequenz des Chassis (C₁). Das heißt, dass das quasi Bassreflexrohr (HGR) an einem Ende (GE) geschlossen sein muss, und nicht wie üblich bei herkömmlichen BR-Systemen an den beiden Enden offen! Mit einem an den beiden Enden offenen Rohr hätte man die doppelte Länge L_TL gebraucht für eine identische Grundton-Resonanzfrequenz (λ/2-Resonator). Wie üblich bei herkömmlichen BR-Gehäusen dient das offene Ende (OE) des Rohrs (HGR) als eine Auslassöffnung für Schallabstrahlung nach außen. Die notwendige Länge des Rohrs (L_TL) beträgt 2.15 m für eine Grundresonanz-Frequenz f₀ = 40 Hz, f₀ = c/(4·L_TL), wobei c = Schallgeschwindigkeit und eine Korrektion am offenen Ende vernachlässigt ist. (Temperatur = 20 Grad und c = 343.7 m/s). Für das relativ lange Rohr (HGR) kann vorzugsweise ein biegsames Flexrohr genutzt werden, welches in Form einer Spirale um das Magnetsystem des Chassis (C₁) gewickelt wird. So können zwei widersprüchliche Anforderungen, nämlich eine raumsparende Konstruktion und eine ausreichende Basswiedergabe-unterstützt durch Grundton-Resonanz des λ/4-Resonators, gleichzeitig erfüllt werden. Obertöne des TL-Resonators sind f₁ = 3·f₀ = 120 Hz, f₂ = 5·f₀ = 200 Hz, f₃ = 7·f₀ = 280 Hz, f₁₀ = 21·f₀ = 840 Hz usw.
Bei der Anordnung in 2 können bezüglich einer passiven Bassanhebung folgende zwei Designziele verfolgt werden: a) die Grundton-Resonanz der Transmissionline aus Rohr (HGR), f₀, für passive Bassanhebung auszunutzen und Oberton-Resonanzen, f₁, f₂ usw., zu unterdrücken, und b) alle Resonanzen der Transmissionline aus Rohr (HGR) zu unterdrücken und das HGR-Rohr als eine reine Induktivität zu behandeln (reines Bassreflex-Lautsprechersystem). Da das Volumen des Gehäuses (FG) klein ist, wird die Designvorgabe unter a) bevorzugt und als die Aufgabe der Erfindung definiert. Erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sieht zunächst eine Abschwächung von den Oberton-Resonanzen, z. B. im Bereich f₁ bis f₇, oder f₁ bis maximal f₁₀, indem eine „Multiple Point Excitation”, d. h. eine akustische Anregung des Transmissionline-Resonators (HGR) in mehreren Einzelpunkten, welche alle auf der Langsachse des Rohrs (HGR) angeordnet sind, folgenderweise stattfindet: An jeder Stelle entlang des Rohres (HGR), an welcher die Druckkurve bei der gewünschten Störresonanz (z. B. f₁ bis f₁₀) gleich Null ist, wird jeweils eine Öffnung in Form einer Gruppe von mehreren, identischen, runden Löchern (GL1, GL2, GL3, GL4 usw.), alle mit gleicher Längsposition (senkrecht auf Langsachse) auf der Transmissionline, angebohrt. Der λ/4-Resonator wird also „ortabhängig” durch mehrere Öffnungen angeregt. Die Öffnungen sind diskontinuierlich, d. h. bei einer ausgewählten Oberton-Resonanz gleichermaßen am Rohr (HGR) an den Nullstellen der zugehörigen Druckkurve entlang des Rohrs vorhanden. Je höhere die Frequenz eines Obertones, desto dichter werden die Öffnungen entlang des Rohrs (HGR). Das Prinzip der Anregung eines Resonator-Rohrs mit diversen Chassis an den Druck-Nullstellen ist in der Patentschrift [5]: US 2009/0084625 A1 beschrieben worden.
Die erfindungsgemäße Methode zur Aufrechterhaltung der Grundton-Resonanz fo sieht es vor, dass die Anzahl von den Löchern in jeder zugehörigen Gruppe, ausgehend vom geschlossenen Ende (GE) bis zum offenen Ende (OE)-d. h. in der Reihenfolge GL₁, GL₂ usw., abnimmt. Auf dieser Weise ist der ausgeübte Druck durch die gesamte Öffnungsfläche der Gruppe GL₁ größer als der ausgeübte Druck durch die gesamte Öffnungsfläche der Gruppe GL₂ usw. Die Anzahl von den Löchern jeder Gruppe ist so zu bestimmen, dass der gesamte Druckverlauf bei der Frequenz f₀ etwa dem Druckverlauf der Kurve DV entspricht, siehe 1a). Mit der Technik lassen sich extrem kompakte „full range” Lautsprechersysteme realisieren.
Zu Design 3: 3 zeigt ein säulenförmiges, geschlossenes Gehäuse (G₁) mit einer Länge L_GL und mit einem quaderförmigen Querschnitt mit der Fläche F₁. Die Anordnung bildet ein beiderseitig geschlossenes Rohr, das als ein λ/2-Resonator mit einer Grundton-Resonanz bei der Frequenz f₁, f₁ = c/(2·L_GL), wobei c = Schallgeschwindigkeit, angeregt wird. Der Druckverlauf bei der Grundton-Resonanz zeigt die Kurve DV₁. Oberton-Resonanzen entstehen bei den Frequenzen f₁ = 2·f₁, f₃ = 3·f₁, f₄ = 4·f₁ usw. Es wird angenommen, dass die Freiluft-Resonanzfrequenz vom Chassis C₁ 3–4 Mal tiefer liegt als die Grundtonresonanz f₁, weil das Gehäuse G₁ meisten nicht so hoch sein wird. Aus dem Grund und weil das Volumen vom Gehäuse G₁ groß genug ist, ist es sinnvoll, die Unterdrückung von allen Gehäuse-Resonanzen infolge von stehenden Schallwellen als Designvorgabe zu definieren und das LS-System als reines BR-System mit einer Resonanz im Bereich der Freiluft-Resonanzfrequenz des Chassis C₁ zu betreiben.
Zu dem Zweck ist erfindungsgemäß ein zweites Gehäuse (G₂) in Form eines beiderseitig offenen Rohrs mit der gleichen Länge wie das Gehäuse G₁ vorgesehen, welches als ein BR-Rohr funktioniert, und welches mit dem Gehäuse G₁ über eine gemeinsame Trennwand (TW) verbunden ist. Das Gehäuse G₂ hat eine identische Länge (L_GL) wie das Gehäuse G₁, aber die Fläche F₂ des Schallaustrittsmundes (M₁ und M₂) ist gleich oder kleiner als die Fläche F₁. Erfindungsgemäß bildet das Gehäuse G₂ einen BR-Kanal, der durch entsprechende Öffnungen in der gemeinsamen Trennwand (TW) mit dem Gehäuse G₁ akustisch gekoppelt ist. Die Öffnungen können in Form von einzelnen Löchern (L₁ und L₂) oder in Form eines Schlitzes (S₁) gewesen sein. Das Wirkungsprinzip von den Öffnungen und die Positionierung der Öffnungen kann an der Stelle der Beschreibung, die im Beschreibungsteil „Zu Design 1” mit Detail ausgeführt ist, entnommen werden. Der Kanal G₂ bildet ein beiderseitig offenes Rohr, das als ein λ/2-Resonator angeregt werden kann, und besitzt die Raummoden bei den gleichen Resonanz-Frequenzen wie das Gehäuse G₁. Der Druckverlauf im Kanal bei der Grundresonanz-Frequenz zeigt die Kurve DV₂. Die Abstimmung der BR-Resonanzfrequenz erfolgt ausschließlich mit der Dimensionierung der Fläche F₂.
Nach weiteren Überlegungen kann man sich vorstellen, dass die Länge L_GL immer kurzer wird, und dass gleichzeitig die Frontseite des LS-Gehäuses die Form eines Kreises annimmt, bis das Gehäuse G₁ gedanklich in Form eines flachen Zylinders „überführt” ist. Dem entsprechend bekommt auch das Gehäuse G₂ die Gestalt eines flachen Zylinders mit offenen Seiten, sodass das Gehäuse G₂ aus zwei parallelen kreisförmigen Platten besteht. Auf dem Gedankenweg entsteht ein kompaktes LS-Gehäuse für einen Wandlautsprecher mit dem BR-Prinzip dargestellt in 4, als eine Alternative zum Designvorschlag in 2 aber mit etwas größerem Volumen des Gehäuses G₁.
4 zeigt ein ventiliertes LS-Gehäuse mit unterdrückten Raummoden im Mittelton-Bereich aus zwei akustisch gekoppelten λ/2-Resonatoren, welche im Einzelnen das Gehäuse G₁ und ein Luftkanal G₂ ausbilden, analog der Darstellung in 3. Erfindungsgemäße Ausführung des BR-Gehäuses zum Aufhängen direkt an die Wand umfasst ein flaches, zylinderförmiges Gehäuse G₁ mit einer ringförmigen Auslassöffnung (M), und zwei Befestigungselemente (BE) mit einem Stützelement (SE) zum Aufhängen des Wandlautsprechers an die Wand. Das Gehäuse (G₁) besteht aus einer kreisförmigen Frontwand (WF) mit einem Breitband- oder einem Koaxialchassis (C₁) im Zentrum des Kreises und aus einer kreisförmigen Trennwand (TW) mit einer kreisförmigen Ausnehmung (A) im Zentrum. Eine Rückwand (WR) wird durch die Fläche einer Mauerwand (Wand) gebildet. Das Gehäuse G2 ist also ausgebildet zwischen der Trennwand (TW) und der Rückwand (W_R). Eine akustische Koppelung zwischen dem Gehäuse G₁ und dem Luftkanal G₂ erfolgt durch die ringförmige Öffnung (M). Um die Tiefe (T₁) des Gehäuses G₁ zu reduzieren, wird der Magnetring (MR) des Chassis (C₁) durch die Ausnehmung (A) in der Trennwand (TW) hinein geschoben, wie in 4. Die Position der Auslassöffnung (M) kann von der Darstellung in 4 abweichen. Der Abstand (T₂) der Trennwände (TW) von der Rückwand (W_R) beträgt einen Bruchteil der Tiefe (T₁). Vorteile des LS-Gehäuses sind einfache Konstruktion sowie seine extrem flache Ausführung, welche für die Wandlautsprecher geeignet sind.

Claims

Ventiliertes Lautsprechergehäuse bestehend aus zwei identisch aufgebauten, säulenförmigen Transmissionline-Gehäusen (G₁, G₂), wobei jedes eine Länge L_TL, einen quaderförmigen Querschnitt S_TL sowie eine Grundton-Resonanz f₀ und mehrere Oberton-Resonanzfrequenzen (f₃ = 3·f₀, f₅ = 5·f₀ usw.) infolge von stehenden Schallwellen aufweist, und mindestens ein Chassis (C₁, C₂) an einem geschlossenen Ende und einen in Bezug auf die f₀-Wellenlänge kurzen Schallaustrittsmund (M₁, M₂) an einem offenen Ende umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuse (G₁, G₂) in der ganzen Transmissionline-Länge T_TL antiparallel aufeinander gelegt und miteinander so verbunden sind, dass sie eine gemeinsame innere Trennwand (TW) besitzen, über welche eine akustische und pneumatische Koppelung zwischen den beiden Transmissionline-Lautsprechersystemen (G₁, C₁, M₁ und G₂, C₂, M₂) zustande kommt, indem in der Trennwand (TW) wenigstens eine Öffnung vorhanden ist.
Ventiliertes Lautsprechergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung für die Koppelung (AK) in Form eines runden Loches (L₁, L₂), einer Gruppe von mehreren Löchern; alle ausgerichtet senkrecht auf der Längsachse der Trennwand (TW), oder in Form eines Schlitzes (S₁) ist, und dass die Öffnungsfläche wenigstens einen Bereich auf der Trennwandfläche mit maximalem Druckgradient überdeckt, wobei der Druckgradient an der Position ein Differenzdruckwert zwischen den an den beiden Seiten der Trennwand (TW) herrschenden Drücken bei einer Resonanzfrequenz (f₀, f₃, f₅ usw.) ist, welche einer zu unterdrückenden Raummode entspricht, wenn die Trennwand (TW) geschlossen wäre.
Ventiliertes Lautsprechergehäuse nach Anspruch 2 mit einem Schlitz (S₁), dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzlänge sowie die Entfernung zwischen dem Schlitz und den beiden Enden der Trennwand genau L_TL/3 beträgt.
Ventiliertes Lautsprechergehäuse bestehend aus einem kompakten und flachen Gehäuse (FG) mit einer homogenen Druckverteilung im Inneren und mit einer Auslassöffnung zur Schallabstrahlung nach außen, welches im Inneren mindestens ein Chassis (C₁) sowie ein halbgeschlossenes Rohr (HGR) mit einer gesamten Länge L_TL, einem offenen Ende (OE) und einem geschlossenen Ende (GE) umfasst, mit folgenden Merkmalen: a) Das halbgeschlossene Rohr (HGR) ist als ein λ/4-Resonator dimensioniert, indem die Länge L_TL so gewählt ist, dass die Grundton-Resonanz des λ/4-Resonators im Bereich der Freiluft-Resonanzfrequenz des Chassis (C₁) liegt. b) Das offene Ende (OE) des halbgeschlossenen Rohrs (HGR) dient als die Auslassöffnung zur Schallabstrahlung nach außen. c) Für das halbgeschlossene Rohr wird ein Flexrohr verwendet, welches zum Zweck eines minimalen Raumbedarfes im Inneren des Gehäuses (FG) in Form einer Spirale einlagig oder mehrlagig um das Magnetsystem des Chassis (C₁) gewickelt ist. d) Entlang des halbgeschlossenen Rohrs (HGR) sind mehrere Öffnungen (GL₁, GL₂, GL₃ usw.) angeordnet, wobei jede Öffnung eine bestimmte Anzahl von identischen, runden Löcher, die alle an identischen Längsposition liegen, enthält. e) Die Öffnungen liegen an den Stellen, wo der Druck im Inneren des halbgeschlossenen Rohrs (HGR) bei jeder von folgenden zu unterdrückenden Oberton-Resonanzen, nämlich f₁, f₂ bis maximal f₁₀, Nullstellen aufweist, wenn gar keine Öffnungen vorhanden wären. f) Die Anzahl oder Dichte der Löcher der einzelnen Öffnungen nimmt ausgehend vom geschlossenen Ende (GE) bis zum offenen Ende (OE) ab.
Ventiliertes Lautsprechergehäuse bestehend aus einem säulenförmigen, geschlossenen Gehäuse (G₁) mit einem quaderförmigen Querschnitt (F₁) und wenigstens einem Chassis (C₁) und aus einem säulenförmigen, beidseitig offenen Gehäuse (G₂) mit einem quaderförmigen Querschnitt (F₂) und zwei Schallustrittsöffnungen (M₁, M₂), wobei die beiden Gehäuse (G₁, G₂) eine Länge L_GL sowie eine Grundton-Resonanz f₁ und mehrere Oberton-Resonanzen (f₂ = 2·f₁, f₃ = 3·f₁ usw.) infolge von stehenden Schallwellen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuse (G₁, G₂) in der ganzen Länge T_GL parallel aufeinander gelegt und miteinander so verbunden sind, dass sie eine gemeinsame innere Trennwand (TW) besitzen, über welche eine akustische und pneumatische Koppelung zwischen den beiden λ/2-Resonatoren (G₁, G₂) zustande kommt, indem in der Trennwand (TW) wenigstens eine Öffnung vorhanden ist.
Ventiliertes Lautsprechergehäuse bestehend aus einem flachen, runden Gehäuse (G₁) in Form eines Zylinders mit einer Tiefe T₁ und mit einer Auslassöffnung, wobei das Gehäuse (G₁) zur Montage an eine feste großflächige Rückwand (W_R), wie z. B. Mauer-, Steinwand oder Ähnliches, vorgesehen ist, und das Folgende umfasst: eine kreisförmige Frontwand (W_F) mit einem im Zentrum befestigten elektrodynamischen Breitband- oder Koaxial-Chassis (C₁) mit einem runden Magnetring (MR), eine kreisförmige Trennwand (TW) mit einer kreisförmigen, im Zentrum positionierten Ausnehmung (A), zwei Befestigungselemente (BE) und ein Stützelement (SE), mit folgenden Merkmalen: a) Der Durchmesser der Ausnehmung (A) ist so dimensioniert, dass der Magnetring (MR) des Chassis (C₁) teilweise oder mit ganzer Länge durch die Trennwand (TW) hinein geschoben werden kann, und ein kreisförmiger Spalt (M) um den Magnetring (MR) geformt ist, welcher als die Auslassöffnung des Gehäuses (G1) dient. b) Das Gehäuse (G₁) hängt mit den zwei Befestigungselementen (BE) an der Rückwand (W_R), wobei die Befestigungselemente (BE) an einem oberen Randbereich der Trennwand (TW) angebracht sind, während das Gehäuse (G₁) mit dem Magnetring (MR) mittels eines unterhalb der Befestigungselemente liegenden Stützelements (SE) an die Rückwand (WR) flexibel angelehnt ist. c) Das Gehäuse (G₁) ist parallel zu der Fläche der Rückwandes (WR) und mit einem Abstand T₂ davor ausgerichtet, wobei der Abstand T₂ ein Bruchteil der Tiefe T₁ ist.