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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprecherbox, mit einen Hohlkörper bildenden
Gehäusewänden und
wenigstens einem schallabstrahlenden Wandbereich, zur akustisch
naturgetreuen Wiedergabe, insbesondere für den Tieftonbereich, mit einem oder
mehreren elektro-akustischen Wandlern, vorzugsweise elektrodynamischen
Lautsprechern, die im Gehäuse
im schallabstrahlenden Wandbereich angeordnet sind, gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
der Wiedergabe der musikalischen Klänge mit hohem Grad an Wiedergabetreue,
genannt Hi Fidelity, kommen Lautsprecherboxen zum Einsatz. Eine
herkömmliche
Lautsprecherbox besteht in der Regel aus einem Gehäuse, das üblicherweise
aus den Materialen wie Holz, MDF-Platten (= mitteldichte Faserplatten
mit verdichteter glatter Oberfläche), Stein
oder Kunststoff hergestellt wird, und dem Schallwandler, auch Chassis
genannt. Physikalisch bedingt, hängt
die naturgetreue Musikwiedergabe von dem richtigen Frequenzgang
ab. Idealerweise wäre
ein Schall-wandler, der das ganze Frequenzspektrum wiedergibt von
Vorteil, ist aber in der Praxis schwer realisierbar. Anstelle von
einem einzigen breitbandigen Schallwandler werden mehrere Schallwandler
verwendet, in der Regel 2, 3 oder 4. Die Kombinationen mit 2 Schallwandlern
werden in der Fachliteratur als 2-Wege Kombinationen bezeichnet und
die mit 3 entsprechend als 3-Wege-Kombinationen.
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In
der letzten Zeit setzen sich die sogenannten Subwoofer für Betonung
und Verstärkung
der Basswiedergabe durch, die aus einem im Korpus geschlossenen
und eingebauten Tiefbasslautsprecher bestehen.
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Eine
3 Wege-Lautsprecherbox besitzt die Tief-, Mittel- und Hochtonchassis.
Bei der Musikwiedergabe werden den Chassis die von einem Verstärker ausgehenden
elektrischen Signale zugeführt.
Die Einspeisung der Lautsprecherspule mit wechselnder Spannung bewirkt,
dass die Spule, die in einem permanenten Magnet zwischen Nord- und
Südpol
befestigt ist, zu einem Elektromagnet wird, der entsprechend den
elektrischen Impulsen zu schwingen beginnt. Die Schwingungen der
Spule, die ihrerseits mit der Lautsprechermembran verbunden ist,
sind für
die schwingende Bewegung der Membran verantwortlich, die im Endeffekt
die Klänge
erzeugt.
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Wie
oben betont wurde, werden die Chassis in einem Gehäuse angeordnet,
das insbesondere aus harten MDF-Platten gefertigt wird. Dabei ist
mit einigen Problemen zu rechnen, die zu wesentlichen Klangeinbußen oder
sogar zur Klangverfälschungen führen. Bei
der Beurteilung der Klangqualität
einer fertigen Lautsprecherbox spielen solche Parameter wie Wirkungsgrad
und Klirrfaktor eine wichtige Rolle. Bei der Entwicklung der Lautsprecherbox
wird in der Regel angestrebt, dass die Musikwidergabe mit einem
hohen Wirkungsgrad und niedriger Verzerrung stattfindet. Dabei wird
der akustischen Wiedergabe von klaren Bässen, feinen und präzisen Höhen und geprägten Stimmen
eine große
Aufmerksamkeit geschenkt.
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Für die meisten
Probleme, die bei der akustischen Wiedergabe auftreten, ist die
Wiedergabe von Tieftönen
verantwortlich. Die unerwünschte
Vibration des Gehäuses,
stehende Wellen, niedriger Wirkungsgrad und Klangverzerrung sind
die Folgen einer nicht optimalen Aufbauweise. Im Laufe der letzten
20 Jahren haben sich einige typische Lautsprecherausführungen
wie Geschlossene- und Bassreflexgehäuse durchgesetzt, auf die im
folgenden eingegangen wird.
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Eine
geschlossene Lautsprecherbox ist relativ einfach aufgebaut und stellt
einen luftdichten Kasten dar, dessen Aufgabe es ist, das Zusammentreffen der
rückwärtig abgestrahlten
Wellenfront des Schallwandlers und der von der Membranfront abgestrahlten,
zu verhindern. Die Vor- und Rückwärtsbewegung
der Membran in einem geschlossen Gehäuse führt wegen des Effektes der
Komprimierung dazu, dass die eingeschlossene Luftmenge als eine
Federung wirkt, was die Lautsprecherresonanzen erhöht und die
Basswiedergabe schwächt.
Bei der Bewegung der Membran ändert
sich der Druck der im Box eingeschlossenen Luft, wird die Luft nämlich komprimiert
oder entspannt. Die komprimierte Luft wirkt weiterhin bremsend auf
die Membranbewegung. Im ungünstigen
Fall führt
dies zur Wirkungsgradverschlechterung und Klangverzerrung. Je kleiner
das Gehäusevolumen,
desto größer ist
die Federwirkung der Luft und die Abschwächung der Tiefbasswiedergabe.
Generell besitzen die geschlossenen Lautsprecherboxen einen niedrigeren
akustischen Wirkungsgrad. Ein niedriger Wirkungsgrad erfordert von einem
Verstärker
mehr elektrische Leistung, was in der Regel mit einer Verteuerung
der Musikanlage und einer unerwünschten
Erhöhung
der Stromkosten verbunden ist.
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Eine
Alternative zur geschlossenen Lautsprecherbox bietet ein sogenanntes
Bassreflexgehäuse.
Eine Reflexbox nutzt den rückwärtigen Schall eines
Schallwandlers. Dies wird dadurch erreicht, dass an einer Seite
des Gehäuses
ein- bzw. zwei Rohre installiert werden. Ein korrekt ausgelegtes
und mit der Konstruktion des Gehäuses
abgestimmtes Reflexrohr bringt einige Vorteile, die sich in einer
betonten Basswiedergabe und einem größeren Wirkungsgrad widerspiegeln.
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Trotz
dieser Vorteile sind im Falle eines solchen Aufbaus einige erhebliche
Probleme zu bekämpfen:
Die Baxreflexausführung
hat zwar weniger bremsendende Wirkung, sogar keine. Dies kann auch
negativ auffallen, wenn der Basslautsprecher einen kräftigen Impuls
erhält.
In diesem Fall kann die Spule die Magnetoberfläche berühren, was zu Klangverschlechterung
und Beschädigungen
des Lautsprechers führen
könnte.
Weitere Probleme sind die lästigen
Vibrationen der Box, die die Klangwiedergabe stark negativ beeinflussen,
die im Gehäuse
stehenden Wellen sowie auch die Strömungsverluste im Luftrohr,
die ihrerseits zu störenden,
manchmal donnernden Geräuschen
führen.
Die Gehäuseschwingungen
werden dadurch reduziert, dass das Gehäuse nicht aus Holz wie z.B.
Fichte, sondern aus teurerem und in der Regel wesentlich schwererem
Stoff wie MDF-Platten, Marmor etc. hergestellt wird.
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Der
Verzicht auf Holzmaterialien, die sich aber beim Bau der musikalischen
Instrumenten bewährt
haben, verschlechtert ihrerseits die Klangqualität. Um die Resonanzen weiter
zu verhindern, werden Reflexboxen mit einem Dämmmaterial gefüllt. Jedoch
unterdrücken
die herkömmlichen
Materialen wie Mineralwolle, Polyesterwatte und ähnliches auch die Hohlraumresonanz
und damit die Tiefe der Basswiedergabe sowie sind auch für einen
deutlich niedrigeren Wirkungsrad verantwortlich.
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Zum
Stand der Technik wird verwiesen auf die DE-A1-195 37 401, wonach
es bekannt ist, in der Wand des Gehäuses eines Lautsprechers ein
Druckausgleichsventil 23 vorzusehen. Dieses ist jedoch viel
zu klein als daß es
einen Effekt im Sinne des Erfindungsgegenstandes haben könnte (Durchmesser der
Ventilöffnung
von 6 μm
bis 100 μm)
Das Druckausgleichsventil dient lediglich dem Druck- und Temperaturausgleich
zur Umgebung, damit sich im Inneren des Hohlkörpers längerfristig zu hohe Druck-
und Temperaturwerte nicht aufbauen können.
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Bei
einem weiteren bekannten Lautsprecher nach der DE-A1-195 08 200
sind Fluid -Einlaßöffnungen 14 und
Fluid-Auslaßöffnungen 15 vorgesehen, die
mit Magnetventilen 20, 21 kombiniert sind. Diese Öffnungen/Ventile
sind Teil eines Systems zur modulierten Fluidbeaufschlagung der
Membrane 5. Demgegenüber
geht die Erfindung von einem (bekannten) elektrodynamischen Lautsprechersystem
aus, d.h. von einem elektroakustischen Wandler und nicht von einem
pneumatisch-akustischen Wandler nach (2), so daß sich die
Erfindung gattungsmäßig von dem
vorerwähnten
Lautsprecher unterscheidet.
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Bei
der Auslegung einer Lautsprecheranlage ist eine besonders getreue
Klangwiedergabe und ein hoher akustischer Wirkungsgrad ein übliches
Auslegungsziel.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lautsprecherbox mit wesentlich
höherem
Wirkungsgrad und natürlicher
Klangwiedergabe, besonders im Tiefbassbereich, zu schaffen, bei
der keine störende Resonanzen
und stehenden Schallwellen, die für deutliche Verschlechterung
der naturgetreuen Musikwiedergabe und sogar für Verfälschung verantwortlich sind,
auftreten können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einer Lautsprecherbox gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst,
nämlich
dadurch, daß das
Gehäuse
der Lausprecherbox wenigstens zwei Rückschlagventile aufweist, von
denen das eine als Auslaßöffnung bei
Druckerhöhung
und das andere als Einlaßöffnung bei
Druckerniedrigung im Hohlkörper öffnet. Diese
völlig
neuartige Gestaltung einer Lautsprecherbox bewirkt, dass durch die
Arbeit der Ventile während
der Signalwiedergabe, solche optimalen physikalischen Bedingungen
erfüllt
sind, bei denen keine unerwünschten
Gehäuseresonanzen und
brummende Geräusche
auftreten. Außerdem lässt sich
dadurch der Wirkungsgrad des Lautsprechers wesentlich verbessern
(bis 6-10 dB) und eine überragende
Klangqualität
erreichen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
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Durch
die abgestimmte Arbeit der Ventile wird ein optimaler Druck, der
etwas mehr als atmosphärischer
Druck ist, erreicht. Damit verbindet eine solche Konstruktion die
Vorteile sowohl einer geschlossenen, als auch einer Bassreflexbox,
was sich wiederum in viel besserer und verlustarmer Klangwiedergabe
widerspiegelt. Die mit der Erfindung erzielbaren weiteren Vorteile
bestehen insbesondere darin, dass durch die Arbeit der Ventile,
die entsprechend den von der Lautsprechermembran ausgehenden Druckimpulsen
abgestimmt wird, ein günstiges
Druckniveau für
die optimale, schonende und verzerrungsarmere Funktionsweise des
Chassis erreicht werden kann.
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Weiterhin
ist ein derartiges Konzept besonders bei dem Einsatz in den sogenannten
aktiven oder passiven Subwoofern vorteilhaft.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Darin
zeigt die einzige Figur in vereinfachter schematischer Darstellung
eine Lautsprecherbox 1, die aus einem Gehäuse 2 besteht,
das beispielweise aus Holz gefertigt ist. Die Lautsprecherbox 1 gemäß der Figur
ist zur Klangwiedergabe vorgesehen und umfasst dazu ein Gehäuse 2 mit
Frontwand 2a, Rückwand 2b und
Deck- sowie Bodenwand 2c, 2d.
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Die
beiden Seitenwände
sind zur Vereinfachung nicht dargestellt. In das Gehäuse 2 sind
ein bzw. mehrere Lautsprecher eingebaut. Im Ausführungsbeispiel umfasst die
Lautsprecherbox einen Basslautsprecher 3 und einen Hochtonlautsprecher 4,
die durch eine Gehäusetrennwand 8 räumlich voneinander
getrennt sind, so daß zwei
Gehäusekammern 2.1 (Baßbereich)
und 2.2 (Hochtonbereich) gebildet sind. Die Lautsprecherbox 1 ist
somit als 2-Wege-Lautsprecher-Box
ausgeführt.
Alternativ kann die Lautsprecherbox 1 auch lediglich einen
oder mehrere, insbesondere 3, Lautsprecher umfassen. Die Chassis 3 und 4 sind
beispielweise in der Frontplatte 2a des Gehäuses 2 angeordnet.
Der Basslautsprecher ist für
ca. 20 – 5000
Hz und der Hochtonlautsprecher für
ca. 2000 – 20000
Hz ausgelegt. Beim Anlegen eines elektrischen Impulses bewegt sich
die (im einzelnen nicht dargestellte) Membran des „Tieftöners" 3 in Richtung
der Vorderwand 2a oder Rückwand 2b. Bei der
Bewegung der Membran zur Rückwand 2b wird
die im Bassbereich 2.1 eingeschlossene Luftmenge komprimiert,
was zur Luftdruckerhöhung
führt.
Der höhere
Druck betätigt
die Steuerungseinheit 6b des Rückschlagventils 5b,
das – wie es
der Luftströmungspfeil
f1 verdeutlicht – als
druckabhängiges
Auslaßventil
dient und somit eine Luftmenge ausströmen läßt. Somit wird der Druck abgesenkt.
In dem anderen Fall bewegt sich die Membran von (3) in
Richtung der Vorderwand 2a und bewirkt die Luftausdehnung,
die für
die Absenkung des Luftdruckes verantwortlich ist. Der niedrigere
Druck wirkt auf die Steuerungseinheit 6a des Rückschlagventils 5a,
das – wie
es der Luftströmungspfeil
f2 verdeutlicht – als
druckabhängiges
Einlaßventil
dient und somit eine Luftmenge in den Baßbereich 2.1 einsrömen läßt. Der
Luftdruck wird somit erhöht.
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Wie
man erkennt, verfügt
die Lautsprecherbox 1 in ihrer Rückwand 2b über die
beiden Öffnungen
(9a, 9b) zum Einfügen der Rückschlagventil-Anordnungen 7a, 5a; 7b, 5b.
Es können
auch mehr als zwei Öffnungen
und Rückschlagventil-Anordnungen vorgesehen
sein.
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Die Öffnungen 9a, 9b sind
in einer der Außenwände 2a, 2b angeordnet,
im Beispiel in der Außenwand 2b.
Im einzelnen ist in die Öffnungen 9a, 9b jeweils
ein Rohrstück 7a, 7b eingesetzt,
und im Inneren der Rohrstücke 7a, 7b ist
jeweils ein Rückschlagventil 5a, 5b mit
diesen strömungstechnisch
verbunden.
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Die
Lautsprecherbox läßt sich
mit Vorteil als eine Subwoofer – Box
ausgestalten. Die Rückschlagventile
(5a, 5b) können
in ihrem Durchlaßquerschnitt auch
abhängig
von einer schalldruck-analogen Größe steuerbar sein.
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- 1
- Lautsprecherbox
- 2
- Gehäuse
- 2a
- Frontwand
- 2b
- Rückwand
- 2c,
2d
- Deck-
bzw. Bodenwand
- 3
- Basslautsprecher
- 4
- Hochtonlautsprecher
- 8
- Gehäusetrennwand
- 2.1,
2.2
- Gehäusekammern
- 5a,
5b
- Rückschlagventile
- 6a,
6b
- Steuerungseinheiten
- f1,
f2
- Luftströmungspfeile
- 7a,
7b
- Rohrstücke
- 9a,
9b
- Öffnungen