DE102019000623A1

DE102019000623A1 - Schallführung mit variablem Austrittswinkel

Info

Publication number: DE102019000623A1
Application number: DE102019000623.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Es werden um eine Längsachse verdrehbare Schallführungselemente beansprucht, welche auf mechanischem Wege die kontinuierliche Variation der Abstrahlrichtung in einer Ebene ermöglichen. Die Schallführungselemente sind zwischen einem Schallwandler und einem Wellenformer angeordnet. Die Schallführungselemente enthalten asymmetrische Schallleitungsquerschnitte, welche durch Verdrehen von jeweils zwei Schallführungselementen zu einem Laufzeitunterschied (Phasenverschiebung) des Schalldrucks in der Ausgangsebene führt, wodurch der Abstrahlwinkel kontinuierlich variiert werden kann. Durch die Erweiterung mit weiteren Schallführungselementen kann zusätzlich die Krümmung der Wellenfront kontinuierlich variiert werden. Das Verdrehen der Schallführungselemente kann per Hand oder motorisch erfolgen. Den Schallführungselementen werden Wellenformer nach dem Stand der Technik nachgeschaltet um einen linienförmigen Schallstrahler zu erhalten. Die komplexe Form der Schallführungselemente kann vorteilhaft im 3D- Druckverfahren hergestellt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprechersysteme, deren Abstrahlcharakteristik in Form und Richtung durch mechanisch verstellbare Schallführungselemente den Erfordernissen angepasst werden kann.
Stand der Technik
In der Beschallungstechnik ist es üblich, meist vertikal angeordnete Schallzeilen zu verwenden, um eine Richtwirkung zu erlangen. Durch sogenanntes Beam-Steering kann die Abstrahlcharakteristik elektronisch variiert werden, sofern das System dazu vorbereitet ist. Zur Ausbildung solcher Schallzeilen werden im Wesentlichen zwei Prinzipien angewandt.
Nach einem ersten Prinzip werden einzelne Treiber aneinandergereiht, wie beispielsweise in der 40 Jahre alten Patentschrift DE000002832116A1 beschrieben.
Nachteilig ist hierbei, dass zur Wiedergabe hoher Frequenzen die einzelnen Schallwandler in ihrer Abmessung zu groß sind, denn die Ausbreitung der Schallwellen kann nur dann kohärent sein, wenn der Abstand der einzelnen Schallwandler nicht mehr als die Hälfte der Wellenlänge der wiederzugebenden Frequenz beträgt. Andernfalls kommt es zu Interferenzen, die zu unerwünschter, ungleichförmiger Schalldruckverteilung führen.
Zur Veränderung der Abstrahlcharakteristik benötigt jeder einzelne Schallwandler einer solchen Linienanordnung seinen eigenen Verstärker, und jedes einzelne Signal muss durch einen Signalprozessor bearbeitet werden (siehe beispielsweise US 2008/0212805 , „Loudspeaker line array configurations and related sound processing“). Erst dadurch wird es möglich, den Schallöffnungswinkel sowie die Hauptabstrahlrichtung gezielt einzustellen. Nachteilig an einem derartigen Beam Steering - System ist weiterhin, dass es für hohe Frequenzen erst dann mit ausreichender Genauigkeit und hohem Schalldruck arbeitet, wenn die Anzahl der individuell angesteuerten (und dann sehr kleinen) Lautsprecher sehr groß ist.
Ein zweites Prinzip besteht darin, Schallwandler, meist Hochton-Kompressionstreiber, mit vorgesetzter Schallführung wie in Patentschrift DE000068915582T2 beschrieben. Diese Anordnung weist einen schmalen, hohen (linienförmigen) Schallaustrittsquerschnitt auf, wodurch eine kohärente Schallwellenfront mit entsprechendem Querschnitt abgestrahlt wird.
Die Anpassung der Schallwelle von der Membran ausgehend zum schlitzförmigen Schallaustrittsende erfolgt mit der Hilfe von im Schallaustrittskanal innenliegenden, fest eingebauten Schallführungskörpern. Dies hat zum Nachteil, dass für die Änderung der Abstrahlrichtung die komplette Anordnung mechanisch geneigt werden müsste. Des Weiteren ist eine Variation des Öffnungswinkels nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, Beam Steering von Schallwellen kleiner Wellenlänge (Hochtonbereich) ohne Interferenzprobleme mit hoher Energie und mit nur einem einzigen Schallwandler und ohne Signalprozessor zu ermöglichen.
Erfinderische Lösung
Die erfinderische Lösung wird mit den 1 bis 4 schematisch dargestellt.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass einem Schallwandler (8) (mit vorzugsweise ringförmiger Membran oder Schallaustrittsöffnung) mindestens zwei Schallführungselemente (1) und (2) mit ringförmigem Schallleitungsquerschnitt nachgeschaltet werden, die - jedes für sich betrachtet - den Schall in einem festen Winkel geneigt austreten lassen, und somit in Kombination die Richtung der Schallabstrahlung variiert werden kann.
1 stellt zwei aneinandergereihte Schallführungselemente (1) und (2) schematisch in einem waagrechten und senkrechten Längsschnitt dar.
Das Schallführungselement (1) ist um seine Längsachse drehbar gelagert, und direkt oder mittels eines Adapters am Schallwandler angebaut. Das Schallführungselement (2) ist ebenfalls drehbar an das Schallführungselement (1), sowie drehbar an einen nachgeschalteten Wellenformer (3) angebaut.
Die ringförmigen Schallleitungsquerschnitte sind so ausgebildet, dass auf einer Seite der Mittellinie der zurückgelegte Weg für den Schall kurz ist, der Weg sich aber bis zur gegenüberliegenden Seite der Mittellinie stetig verlängert. Solch eine Geometrie lässt sich wie mit den 2, 3 und 4 dargestellt, durch die Aneinanderreihung unterschiedlich großer Kreisringe konstruieren, bei denen jeweils ein Punkt ihres Umfangs auf einer gedachten Gerade angeordnet ist. So sind die Wege (4) und (5) in 1 kürzer als die Wege (6) und (7).
Jeweils der erste und der letzte Kreisring (Eingang und Ausgang jedes Schallführungselements) sind konzentrisch zur Mittelachse angeordnet, so dass die Ein- und Ausgänge der einzelnen Elemente in jeder denkbaren Position übergangslos zusammen passen.
Die Länge der aneinandergereihten Schallführungselemente, sowie deren effektiver Durchmesser kann zwecks linearer oder exponentieller Vergrößerung des Querschnitts entlang der Mittelachse zueinander verschieden sein. Jedoch ist der Betrag der einseitigen Wegverlängerung in beiden Schallführungselementen gleich.
Befindet sich der längste Weg (6) des ersten Schallführungselements (1) genau 180° verdreht zur Mittelachse gegenüber dem längsten Weg (7) des zweiten Schallführungselements (2), so heben sich die Wirkungen der beiden Schallführungselemente gegeneinander auf. Dies ist die Neutralstellung, in der der Schall ohne Richtungsänderung die beiden Schallführungselemente verlässt, dargestellt in 2.
Werden aus der Neutralstellung heraus beide Schallführungselemente um den gleichen Winkelbetrag, aber in entgegengesetzte Richtung verdreht, stellt sich in der Ebene des Schallaustritts ein stetiges Laufzeitgefälle ein. Der resultierende Phasenunterschied bewirkt, dass sich der Schall zur Mittelachse der Anordnung geneigt ausbreitet. Dies ist in 3 dargestellt.
Der maximal große Winkel stellt sich ein, wenn beide Schallführungselemente je um 90° aus der Neutralstellung verdreht wurden. Dies ist in 4 dargestellt.
Durch die Anreihung zweier weiterer drehbarer Schallführungselemente kann zusätzlich die Krümmung der Schallwellen, und damit der Öffnungswinkel in einer Ebene variiert werden. Entgegen der oben beschriebenen einseitig vergrößerten Weglänge ist hier die Weglänge symmetrisch in einer Ebene länger als in der dazu senkrechten anderen Ebene (elliptischer anstatt kreisförmiger Querschnitt).
Für die Anwendung als Linienstrahler werden die beiden Schallführungselemente einem Wellenformer nach dem Stand der Technik (3) (siehe beispielsweise DE68915582T2 ) vorgeschaltet, welcher aus dem ringförmigen Querschnitt des Schallkanals den linienförmigen Querschnitt formt.
Die Schallführungselemente sind um die Mittellinie des Schallwandlers drehbar gelagert, sie werden entweder von Hand oder motorisch verstellt.
Die Schallführungselemente nach der Erfindung weisen eine geometrisch komplexe Struktur auf, welche sich vorteilhaft durch die Verwendung additiver Fertigungstechniken realisieren lässt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000002832116 A1 [0003]
US 2008/0212805 [0003]
DE 000068915582 T2 [0004]
DE 68915582 T2 [0007]

Claims

Schallführungselemente, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Ebene asymmetrisch geformte, ringförmige Schallleitungskanäle enthalten, welche bewirken, dass der zurückgelegte Weg der Schallwellen auf einer Seite kurz ist, sich jedoch in Richtung der anderen Seite stetig verlängert, wodurch die austretende Wellenfront in einem bestimmten Winkel geneigt wird.
Anordnungen von Schallführungselementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Schallführungselemente einem Schallwandler nachgeschaltet sind und dass die Schallführungselemente in Richtung ihrer Längsachse, gegeneinander drehbar gelagert sind, wodurch der gewünschte Phasenunterschied und damit die Richtung der austretenden Schallwellen kontinuierlich variierbar ist.
Schallführungselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte von Eingang und Ausgang kreisförmig oder kreisringförmig, jedenfalls rotationssymmetrisch sind, damit sie in jeder Drehstellung übergangslos aneinandergereiht werden können.
Schallführungselemente nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie händisch oder motorisch in eine bestimmte Stellung gedreht werden.
Anordnung von Schallführungselementen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man mehr als zwei der Schallführungselemente nacheinander anordnet und damit erreicht, dass die Form der Wellenfront variiert werden kann.
Anordnungen von Schallführungselementen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen einem Schallwandler und einem Wellenformer eingebaut werden.
Schallführungselement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es durch additive Fertigung wirtschaftlich hergestellt werden kann.