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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Lautsprecherarray mit einer gekapselten Schallwand und einer Mehrzahl an Schallwandlern sowie auf ein Herstellungsverfahren desselben.
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Lautsprecherarrays können z. B. als Linien- bzw. Flächenarrays angeordnet werden.
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Lautsprecherarrays nehmen eine immer wichtigere Rolle in verschiedenen Beschallungsszenarien ein. Ein bedeutender Vorteil gegenüber konventionellen Lautsprechern liegt in der Möglichkeit, durch eine individuelle Ansteuerung jedes einzelnen Schallwandlers, die Abstrahlcharakteristik des Lautsprecherarrays zu beeinflussen.
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Die Herstellung von Lautsprecherarrays nach dem Stand der Technik ist aufwendig und häufig nur mit großem Material- und Montageaufwand zu realisieren. Um den akustischen Kurzschluss zu vermeiden, muss der rückwärtige Schall des Arrays von dem nach vorne abgestrahlten Schall isoliert werden. Dies erfolgt durch den Einbau des Lautsprecherarrays in ein, z. B. geschlossenes, Gehäuse. Die individuelle Ansteuerung der Einzellautsprecher im Array erfordert anwendungsabhängig je ein separates, z. B. luftdicht abgetrenntes, Einzelgehäuse pro Schallwandler, um eine Beeinflussung benachbarter Wandler durch den rückwärtigen Schalldruck im Gehäuseinneren zu vermeiden. Das Gehäuse eines Lautsprecherarrays muss deshalb aufwendig in sogenannte Kammern unterteilt werden, um jedem Einzelwandler ein eigenes, geschlossenes Gehäusevolumen zu ermöglichen.
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Wie in der Patentschrift
US 7,201,251 offenbart, kann alternativ hierzu auch ein Arrayaufbau durch Aneinanderreihung einzelner geschlossener Lautsprechergehäuse realisiert werden. Der Material- und Montageaufwand beider oben vorgestellter Konzepte ist je nach Größe des Arrays allerdings entsprechend hoch. Somit besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Konstruktion eines Lautsprechergehäuses für ein Lautsprecherarray sowie ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für ein Lautsprecherarray zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel schafft ein Lautsprecherarray mit einer gekapselten Schallwand und einer Vielzahl an Schallwandlern. Die gekapselte Schallwand weist eine Vielzahl an nebeneinander, auf einer ersten Hauptoberfläche angeordneten Ausnehmungen auf. Jeder Schallwandler der Vielzahl der Schallwandler ist so in der zugehörigen Ausnehmung der Vielzahl der Ausnehmungen angeordnet, dass durch jede Ausnehmung ein gekapseltes Rückvolumen für den jeweiligen Schallwandler geformt wird.
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Kern der Erfindung liegt also darin, dass anstelle eines Lautsprechergehäuses mit einer Vielzahl an Kammern eine gekapselte Schallwand mit einer Vielzahl an Ausnehmungen eingesetzt wird. Die gekapselte Schallwand ist im Prinzip ein flächiges Element mit einer erhöhten Dicke, so dass in dieser direkt Ausnehmungen bzw. Kammern geformt werden können, die nach Einsetzen der Schallwandler in die Ausnehmungen die Rückvolumina formen. Somit ist also eine einfache Lautsprecherkonstruktion herstellbar, die sowohl als Linienarray als auch Flächenarray beliebig skalierbar ist.
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Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Ausnehmungen als Sacklöcher, z. B. als gebohrte oder gefräste Sacklöcher geformt, die dann z. B. eine runde, aber auch eine ovale oder sogar eckige Form aufweisen können. Das Verhältnis zwischen Breite und Tiefe der Ausnehmung liegt im Bereich von 5:1 bis 1:5, 3:1 bis 1:3 oder im Bereich von 2:1 bis 1:2.
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Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die gekapselte Schallwand als Sandwichkonstruktion mit einer Mehrzahl an (verklebten bzw. allgemein verbundenen) Schichten ausgebildet ist. Hierbei ist es entsprechend einem Ausführungsbeispiel auch möglich, dass die eine oder mehreren Front-Schichten (vgl. erste Hauptoberflache) eine Vielzahl an Durchgangsbohrungen für die Ausnehmungen umfasst, während die letzte Schicht eine Rückwand bildet, die die Ausnehmungen so abschließt, dass wiederum Sacklöcher gebildet sind.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die gekapselte Schallwand mindestens eine Schallführung, z. B. in Form eines Hornes, eines Bassreflexkanals oder eines Transmissionskanals.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die gekapselte Schallwand auch eine Leiterschicht mit Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der Schallwandler aufweisen. Die Anordnung derselben variiert je nach Wahl des Materials für die Schallwand.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Lautsprecherarrays. Das Verfahren umfasst die zwei Basisschritte, Bereitstellen einer Vielzahl an nebeneinander angeordneten Ausnehmungen in einer ersten Hauptoberfläche einer gekapselten Schallwand und das Anordnen einer Vielzahl an Schallwandlern in den zugehörigen Ausnehmungen, so dass durch dieselben die Rückvolumina für die Schallwandler geformt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, dass der Lautsprecher insgesamt sehr einfach und deshalb kostengünstig herstellbar ist.
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Bei der Herstellung kann der Schritt des Bereitstellens der Vielzahl an nebeneinander angeordneten Ausnehmungen entweder durch Einbringen der Ausnehmungen mittels Fräsens oder Bohren in eine Trägerplatte erfolgen oder durch direktes Urformen, also z. B. durch Gießen oder Spritzgießen, in einem Verfahrensschritt hergestellt werden. Alle genannten Fertigungsmethoden bieten den Vorteil, dass eine einfache und schnelle Fertigung sowohl aus einem Teil als auch aus mehreren Teilen möglich ist, wobei aufgrund der geringen Komplexität die Fertigung oder zumindest die Gehäusefertigung auch vollautomatisch erfolgen kann.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1a eine schematische 3D-Darstellung eines linienförmigen Lautsprecherarrays gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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1b eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren linienförmigen Lautsprecherarrays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische 3D-Darstellung eines Flächenlautsprecherarrays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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3a eine schematische Schnittdarstellung eines Lautsprecherarrays mit einer gekapselten Schallwand als Sandwich-Konstruktion gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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3b eine schematische Schnittdarstellung eines Lautsprecherarrays mit einer gekapselten Schallwand als Sandwich-Konstruktion und aufgesetzter Rückwand gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
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3c eine schematische Schnittdarstellung eines Lautsprecherarrays mit zusätzlicher Ansteuerelektronik gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel.
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer austauschbar bzw. aufeinander anwendbar ist.
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1a zeigt ein linienförmiges Lautsprecherarray 10. Das linienförmige Lautsprecherarray umfasst eine längliche, gekapselte Schallwand 12 mit insgesamt sechs in Reihe angeordneter Schallwandler 16a bis 16f. Die gekapselte Schallwand 12 ist z. B. aus Holz oder Aluminium oder einem anderen Gehäusematerial mit einer ausreichenden Wandstärke ausgeführt, so dass 1×6 Ausnehmungen 14a bis 14f in diese eingebracht sein können. Die Ausnehmungen 14a bis 14f sind als nebeneinander angeordnete Sacklöcher vorgesehen und entsprechend den Schallwandlern 16a bis 16f ebenfalls in Reihe angeordnet. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass alle Ausnehmungen 14a bis 14f auf derselben Hauptoberfläche 12a der gekapselten Schallwand 12 angeordnet sind. Auf eben dieser Hauptoberfläche 12a sind auch die Vielzahl von Schallwandlern 16a bis 16f vorgesehen, die in den entsprechenden Ausnehmungen 14a bis 14f angeordnet sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Ausnehmung 14a bis 14f beispielsweise durch Fräsen oder Bohren von Sacklöchern in die Trägerplatte 12 oder direkt mittels Spritzgießen herstellbar sind.
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Durch diese Anordnung der Schallwandler 16a bis 16f in den Ausnehmungen 14a bis 14f wird durch die Ausnehmung 14a bis 14f jeweils ein gekapseltes Rückvolumen für den entsprechenden Schallwandler 16a bis 16f gebildet, welches hier zu Zwecken der Übersichtlichkeit ebenfalls mit den Bezugszeichen 14a bis 14f bezeichnet wird. Die Vielzahl der Rückvolumina 14a bis 14f für die Vielzahl der Schallwandler 16a bis 16f sind voneinander getrennt und können auch als akustisch entkoppelt bezeichnet werden. Also bilden die Rückvolumina 14a bis 14f sogenannte Einzelgehäuse direkt im Gehäusematerial 12 aus, wobei die Einzelgehäuse so voneinander getrennt sind, dass sie sich nicht gegenseitig durch den rückwärtigen Schall beeinflussen können. Im Vergleich zu herkömmlichen Kammern eines Lautsprechers kann es auch nicht zu Imperfektionen der luftdichten Abtrennung beispielsweise aufgrund von Löchern oder Montagetoleranzen kommen. Die Volumina 14a bis 14f sind annäherungsweise gleich groß. Ein weiterer Vorteil liegt in der hohen Festigkeit eines so hergestellten Gehäuses 12 und der hohen inneren Dämpfung infolge der durchlochten Platte bzw. Plattenstruktur, die beispielsweise einem Wabenkern ähnelt.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Vielzahl der Schallwandler 16a bis 16f bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, als typgleiche Schallwandler ausgeführt sind, so dass durch die Anordnung ein Array gebildet wird. Durch die unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Schallwandler 16a bis 16f kann der Schall von dem Array 10 gerichtet abgestrahlt werden, wobei die Richtung über die Ansteuerung der Schallwandler 16a bis 16f variiert werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel mit variablem Gehäusevolumen ist in 1b gezeigt. 1b zeigt ein Lautsprecherarray 10' mit den sechs Schallwandlern 16a bis 16f, die in der gekapselten Schallwand 12' angeordnet sind. Die Ausnehmungen 14a bis 14e entsprechen den Ausnehmungen 14a bis 14e aus 1a, während die Ausnehmung 14f in ihrer Größe reduziert ist.
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Anhand dieser Schnittdarstellung ist zu erkennen, dass die Ausnehmungen 14a bis 14e sich fast über die gesamte Dicke der gekapselten Schallwand 12' erstrecken. Hierbei ist das Verhältnis von Tiefe zu Breite ca. 1:1,5. Die Ausnehmung 14f' hat eine reduzierte Tiefe und damit ein reduziertes gekapseltes Rückvolumen, wobei das Verhältnis zwischen Tiefe zu Breite ca. 1:2 ist. Auch wenn für den Schallwandler 16f der gleiche Schallwandlertyp wie die Schallwandler 16a bis 16e eingesetzt wird, weist der Schallwandler 16f aufgrund des reduzierten gekapselten Rückvolumens 14f' eine veränderte Charakteristik auf. Wie hier ferner zu erkennen ist, ist der Bohrungsabstand zwischen den 1×n Ausnehmungen 14a bis 14f in etwa gleichbleibend.
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Alternativ wäre es auch denkbar, dass anstelle bzw. zusätzlich zu der Variation die Tiefe des Sackloches 14f' auch die Durchmesser bzw. Breite der Ausnehmung 14f' variiert wird, um eine veränderte Charakteristik herzustellen. Bei einer Variation des Durchmessers bzw. Verbreiterung der Ausnehmung 14f' wird typischerweise ein anderer Schallwandler 16f aufgrund der veränderten Dimensionen eingesetzt. Alternativ kann auch eine konische Bohrung eingesetzt werden, so dass die Wandleröffnung weiterhin zum Schallwandler 16f passt.
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2 zeigt ein flächiges Lautsprecherarray 10''. Dieses umfasst eine flächige, gekapselte Schallwand 12'', in welcher 4×4 Ausnehmungen 14a bis 14p eingebracht sind, die als Rückvolumina 14a bis 14p für die Schallwandler 16a bis 16p dienen. Wie zu erkennen ist, sind sowohl die Ausnehmung 14a bis 14p als auch die Schallwandler 16a bis 16p als 4×4 Matrix bzw. allgemeines m×m Matrix angeordnet, wobei hier optional der Bohrungsabstand zwischen den einzelnen Ausnehmungen 14a bis 14p sowohl in X- als auch in Y-Richtung gleich ist.
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Bezug nehmend auf 3a bis 3c werden die Teilvarianten für das flächige Lautsprecherarray 10'' aus 2 und das linienförmige Lautsprecherarray 10 bzw. 10' aus 1a und 1b erläutert.
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3a zeigt eine gekapselte Schallwand 12''', die als Sandwich-Konstruktion ausgeführt ist. Hierzu umfasst die gekapselte Schallwand eine erste Front-Schicht 12a''', die die Hauptoberfläche zur Anordnung der Lautsprecher 16a bis 16c bildet, und eine zweite Rück-Schicht 12b'''. Optional kann eine Zwischenschicht 12c''' zwischen den Schichten 12a''' und 12b''' vorgesehen sein. Die Ausnehmungen 14a bis 14c sind in eben diesem Sandwich, umfassend die drei Schichten 12a''', 12b''' und 12c''', geformt.
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Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Zwischenschicht 12c''' ein oder mehrere Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der Lautsprecher 16a bis 16c umfassen. Diese elektrische Kontaktierung ist exemplarisch anhand der Kontakte 18 für den Lautsprecher 16a angedeutet, die die Schwingspule für die Membran des Lautsprechers kontaktieren. Abhängig von der Materialwahl der Schichten 12a''' und 12b''' kann das Lautsprechersignal oder ein Teil desselben auch über diese Schichten realisiert werden. So wäre es denkbar, dass eine leitende Schicht 12a''' und 12b''' den Massekontakt für die Wandler 16a bis 16c bildet.
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3b zeigt eine weitere gekapselte Schallwand 12'''', die ebenfalls als Sandwich-Konstruktion ausgeführt ist. Hier umfasst die Sandwich-Konstruktion eine Front-Schicht 12a'''' mit einer Vielzahl an Durchgangsbohrungen (auch als Lochplatte bezeichnet) sowie eine Rück-Schicht 12b''', die die Rückwand bildet und somit keine Aussparung aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel ist vorteilhaft, dass in der Lochplatte 12a'''' durch die Vielzahl der Durchgangsbohrungen nach Zusammenfügen mit der Rückwand 12b''' dann die Gehäusevolumina 14a bis 14c ausgebildet werden. Eine derartige Konstruktion ist hinsichtlich Fertigungsaufwand verbessert, da Durchgangsbohrungen im Vergleich zur Sacklochbohrungen sehr einfach herzustellen sind.
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3c zeigt eine weitere gekapselte Schallwand 12''''' mit den als Sackloch ausgeführten Ausnehmungen 14a und 14b. Auf die gekapselte Schallwand 12''''' ist hier an der ersten Hauptoberfläche eine Ansteuerungselektronik 20 für die Lautsprecher 16a und 16b vorgesehen. Die Ansteuerelektronik 20 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um die individuelle Ansteuerung der Vielzahl der Schallwandler des Arrays zu koordinieren. Hier kann zusätzlich die Schallwand eine sogenannte Kühlschicht umfassen bzw. integriert habe, die stellenweise die evtl. erforderliche Wärmeabfuhr (Kühloberfläche) realisiert.
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Die Ansteuerungselektronik 20 ist über Drähte, hier exemplarisch anhand der Kontaktdrähte 18 für den Lautsprecher 16a illustriert, mit den Wandlern 16a und 16b verbunden. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Verbindung mittels Leiterbahnen, wie anhand von 3a erläutert, ausgeführt ist. Hierbei sei angemerkt, dass es für diese Ausführungsbeispiel unabhängig ist, ob die gekapselte Schallwand 12''''' als Sandwich-Konstruktion oder einteilig ausgeführt ist.
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Bezug nehmend auf die oben genannten Ausführungsbeispiele sei darauf hingewiesen, dass die eingesetzten Schallwandler 16a bis 16e klassische Hubkolbenschallwandler mit Membran und Schwingspule, aber auch elektrostatische Schallwandler oder Miniaturlautsprecher, wie z. B. MEMS-Lautsprecher sein können.
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Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können in das Trägermaterial der gekapselten Schallwand auch sogenannte Schallführungen, wie z. B. Hörner, Bassreflexkanäle oder Transmissionslinienkanäle eingearbeitet sein.
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Bezug nehmend auf die obigen Ausführungsbeispiele sei weiter angemerkt, dass die gekapselte Schallwand Einfräsungen für die Verkabelung der Einzellautsprecher anstelle von Leiterbahnschichten oder zusätzlich zu Leiterbahnschichten aufweisen kann.
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Bezug nehmend auf 3a sei darauf hingewiesen, dass die Leiterbahnschicht 12c''' nicht zwingendermaßen als Zwischenschicht ausgeführt sein muss, sondern auch auf der ersten Hauptoberfläche oder einer weiteren Hauptoberfläche angeordnet sein kann. Insofern ist es für den Fachmann offenkundig, dass die Leiterbahnschicht 12c''' nicht nur in Verbindung mit Sandwich-Konstruktionen zum Einsatz kommt.
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Bezug nehmend auf 3c sei angemerkt, dass die Ansteuerungselektronik 20 ebenso auf der zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche (also auf der Rückseite) angeordnet sein kann oder auch in eine weitere Ausnehmung flächenbündig eingesetzt sein kann.
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Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Herstellungsverfahren für das Lautsprecherarray. Dieses umfasst in der Basisvariante die Schritte „Bereitstellen einer Vielzahl an nebeneinander angeordneter Ausnehmungen in eine erste Hauptoberfläche der Schallwand” und das „Anordnen einer Vielzahl an Schallwandlern in den zugehörigen Ausnehmungen der Vielzahl der Ausnehmungen”, so dass durch die Ausnehmungen die Rückvolumina für die gekapselte Schallwand geformt werden. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann der erste Schritt des Bereitstellens der Vielzahl an Ausnehmungen entweder durch Fräsen, durch Bohren oder allgemein spanend erfolgen. Alternativ könnten die Ausnehmungen auch mit anderen Materialabtragverfahren (z. B. durch Energiestrahlen) oder chemisch in das Vollmaterial eingebracht werden. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die gekapselte Schallwand direkt mit den Ausnehmungen umformend z. B. als Tiefziehprodukt oder urformend als Gussprodukt oder Spritzgussprodukt hergestellt wird.
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Bezug nehmend auf oben genannte Ausführungsbeispiele sei darauf hingewiesen, dass die Lautsprecheraufbauten auf Platine (Lautsprechergehäuse direkt in Multilayer-Platine eingefräst) nur zur Illustration dienen, während der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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