DE1084764B - Lautsprecheranordnung mit Hoch- und Tieftonstrahler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Breitbandlautsprecherkombination in einem starren Gehäuse, die aus einem Tiefton- und einem Hochtonstrahler besteht.

Die an eine Lautsprecherkombination mit guten akustischen Eigenschaften zu stellenden Forderungen sind vor allem die folgenden: Sie soll

1. den musikalisch interessierenden Frequenzbereich mit optimaler Leistung und geringen linearen und nichtlinearen, subjektiv nicht mehr störenden Verzerrungen abstrahlen,

2. so bedämpft werden, daß die Einschwingvorgänge subjektiv nicht störend wirken und

3. die Schallenergie zur Erzielung einer diffusen Schallverteilung möglichst ungerichtet in den Raum bzw. Halbraum strahlen, d. h., die von ihr ausgehende Wellenfront soll sich in fortschreitenden Kugelschalen ausbreiten.

Zur Erweiterung des Frequenzbereiches in Richtung der tiefen Frequenzen ist gemäß der Hauptpatentanmeldung B 39406 VIII a/21 a² eine Laut-Sprecheranordnung mit einem ersten antreibenden und einem zweiten schwingungsfähigen und vom ersten über ein koppelndes Luftvolumen angetriebenen System in einem starren Gehäuse vorgeschlagen worden, bei dem Reibung, Steife und Masse des zweiten Systems sowie das Koppelvolumen in bezug auf die entsprechenden Daten des ersten Systems durch Bedämpfungsmittel am ersten System und Ausbildung und Bemessung des zweiten Systems so abgestimmt sind, daß der untere Übertragungsbereich der Anordnung bei nicht mehr störenden Ausgleichsvorgängen erweitert wird. Von den drei Resonanzzuständen, die sich bei einer derartigen Anordnung allgemein im stationären Zustand einstellen, wird die obere konphase Resonanz so weit bedämpft, daß die in ihr abgestrahlte Leistung etwa gleich der in der mittleren, 90° phasenverschobenen Resonanz ist. Die unterste gegenphasige Resonanz liegt außerhalb des Übertragungsbereiches.

Ausgehend von dieser Lautsprecheranordnung hat sich die Erfindung das Ziel gesetzt, durch eine geeignete Vervollkommnung auch für die hohen Frequenzen gleichwertige Ergebnisse zu erzielen und damit eine Breitbandkombination hoher Güte zu schaffen, ohne durch die notwendigen Veränderungen die guten Eigenschaften des Tieftonstrahlers wieder zu verändern.

Es sind Breitbandkombinationen bekannt, die aus einem Antriebssystem und zwei Membranen bestehen, bei denen die zweite Membran auf die Membran des Hauptsystems so aufgeklebt ist, daß sie mit der Hauptmembran mitschwingt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß eine Frequenzmodulation der hohen Töne durch tiefe Töne auftritt.

Lautsprecheranordnung
mit Hoch- und Tief tonstrahier

Zusatz zur Patentanmeldung B 39406 VIII a/21 a²
(Auslegeschiift 1 074 651)

Anmelder:

Deutsche Post, Betriebslaboratorium

für Rundfunk und Fernsehen,

Berlin-Adlershof, Agastraße

Dr. Lothar Keibs, Berlin-Pankow,

und Joachim Ledwa, Nürnberg,

sind als Erfinder genannt worden

Man kennt auch Breitbandkombinationen mit mechanisch getrennten Hoch- und Tieftonsystemen, bei denen die Antriebsspulen in einem gemeinsamen Luftspalt schwingen. Auch hier erfährt das Hochtonsystem eine Beeinflussung durch das Hauptsystem, und zwar infolge der elektrischen Kopplung.

Es sind ferner Lautsprecherkombinationen bekannt, bei denen durch Anwendung von nicht mitschwingenden Zerstreuern die Richtwirkung des Schallstrahlers gemildert wird. Die Anordnung von Zerstreuern ist bei hohen Frequenzen mit Energieverlusten verbunden und führt zu linearen Verzerrungen.

Zur Erzielung einer breitbandigen Schallabstrahlung werden auch zwei oder mehr Systeme verschiedener Frequenzübertragungsbereiche in einer Ebene nebeneinander angeordnet. Hierdurch treten Wirkungen von Strahlergruppen und die damit verbundenen Richteigenschaften auf, die einer diffusen Schallverteilung entgegenwirken.

Üblich sind auch Anordnungen, die ein diffuses Schallfeld dadurch erreichen, daß in einem Lautsprechergehäüse mehrere, zum Teil verschiedene Systeme so montiert sind, daß sie in verschiedene Richtungen strahlen, wodurch eine Milderung der Gesamtrichtwirkung erzielt wird. Derartige Anordnungen werden besonders bei Rundfunkempfängern benutzt. Neben einem erheblichen Aufwand treten auch hierbei unerwünschte Effekte, wie z. B. Auslöschungen auf.

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Es sind auch koaxiale Anordnungen eines voll- Im Sinne dieser Ausführungen ist unter »System« ständig getrennten Hochtonsystems in einem Tiefton- der Lautsprecher ohne Berücksichtigung der die Absystem bekannt, die zwar nicht die Nachteile einer strahlung beeinflussenden Einbauverhältnisse zu ver-Strahlergruppenwirkung aufweisen, jedoch infolge stehen. Der Strahler ist dann jeweils das System bzw.

der mehr oder minder ausgeprägten Richtwirkung des 5 die Zusammenfassung mehrerer Einzelsysteme zu

Hochtonsystems ebenfalls keine ausreichend diffuse einer Gruppe im eingebauten Zustand.

Schallverteilung, vor allem im Bereich der höchsten In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der

Frequenzen erzeugen und subjektiv noch merkliche Erfindung schematisch dargestellt.

Ausgleichsvorgänge aufweisen. Außerdem entsteht Das Hauptsystem (Tieftonsystem) ist in einem

meist durch das Schallfeld des Tieftonsystems eine io Baßreflexgehäuse untergebracht, wie es insbesondere

Frequenzmodulation des Hochtonsystems. in der Hauptpatentanmeldung B 39406 Villa/21a²

Die aufgeführten Anordnungen haben gemeinsam im einzelnen dargelegt ist, wodurch ein optimal aus-

noch den Nachteil, daß sie die für das Tieftonsystem gelegter Strahler für den tiefen und mittleren Fre-

obengenannten Beziehungen erheblich stören und zum quenzbereich entsteht. Der Einbau ist in den Abbil-

Teil sogar durch die veränderliche Beeinflussung des 15 düngen nicht mit dargestellt und wird als bekannt

Schallfeldes des Tieftonsystems keine klaren Bezie- vorausgesetzt.

hungen geben und damit auch eine Berücksichtigung Gemäß den Abb. 1 und 2 werden als Hochton-

bei der Bemessung unmöglich machen. strahler ein oder mehrere koaxial an das Tiefton-

Weiterhin sind Breitbandkombinationen bekannt, system angebaute Kalottensysteme verwendet. Die in die aus einem Tief tonstrahl er und einem davon räum- ₂o Abb. 3 besonders dargestellte schwingende Membran lieh getrennten Hochtonkugelstrahler (einer Anord- des Kalottensystems besteht aus einer etwa 50 μ starnung mehrerer handelsüblicher Systeme auf einer k_en, konvex gezogenen Kalotte 1 aus einem Material, Kugelfläche) bestehen. Solche Kugelstrahler ermög- i_n dem zur Vermeidung von unterteilten Membranlichen eine weitgehend ungerichtete Raumstrahlung. schwingungen die Schallgeschwindigkeit etwa den Der Aufwand ist dabei jedoch sehr umfangreich, da 25 10- bis 20fachen Wert als in Luft hat. Der Hals 2 der mindestens sechs Einzelsysteme gleicher Type zuein- Kalotte, der mit der Kalotte 1 und der Zentrierung 3 ander passend ausgesucht werden müssen. Die aku- aus einem Stück gezogen ist, dient zur unmittelbaren stische Qualität der Einzelsysteme entspricht dabei Aufnahme der Antriebsspule 4. Diese Form der Kanicht immer den eingangs angegebenen Forderungen. lottenhaube hat den Vorteil, daß sich die Zentrierung Die entstehende räumliche Trennung der Frequenz- ₃₀ der Kalottenmembran in das Antriebs- (Magnet)-bereiche ist oft unerwünscht. System in einfacher Weise von außen vornehmen läßt

Schließlich sind auch Breitbandkombinationen be- _und daß ferner die durch den SchwingungsVorgang

kannt, die für die Abstrahlung der Höhen mit Hoch- auftretende elastische Verformung sich infolge der

tontrichtern arbeiten. Diese gestatten jedoch bei nor- Formgebung und der über der Zentrierung 3 sitzen-

malem Aufwand keine konphase Abstrahlung und 35 den Antriebsspule 4 nicht auf die Abstrahlfläche 1

bewirken richtungsbetonte, mehr oder weniger keulen- auswirken kann.

förmige Abstrahlcharakteristiken. Trichter für kon- Die Kalotte sitzt, wie in Abb. 4 dargestellt, über

phase Abstrahlung erfordern einen erheblichen Auf- einem pilzförmigen Polkern 5, der die gleiche WoI-

wand in der richtigen Dimensionierung der Druck- bung wie die Kalotte hat. Hierdurch wird eine gleich-

kammer, der richtigen Abtastung der Schwingungs- ₄₀ mäßige Verteilung der Luftzusatzsteife auf die Ka-

verhältnisse in der Kammer und der richtigen lottenfläche erreicht, was eine weitgehend gleichmäßige

Unterteilung des Trichters zur Erreichung gleicher elastische Beanspruchung der Kalottenstrahlfläche be-

Schallwege zur Trichteröffnung. wirkt. Die besonderen Abmessungen des Hochton-

Zusammenfassend ergibt sich bei dem derzeitigen systems, wie Luftspalt, Membranmasse, Spulendaten Stand der Technik, daß zur Erfüllung der eingangs 45 sowie Luftpolster und dessen Bedämpfung, sind so genannten Forderungen ein erheblicher technischer gewählt, daß im Zusammenwirken des Hochton-Aufwand erforderlich ist. Anderenfalls kommt man systems mit dem Tieftonsystem ein möglichst ausgezu den bekannten Kompromißlösungen, bei denen die glichener, weitgehend frequenz- und richtungsunabeine oder die andere Forderung zuungunsten der hängigen Verlauf der abgestrahlten Schalleistung übrigen bevorzugt erfüllt wird und die Hoch- und 50 erzielt wird. Durch die Verwendung eines Membran-Tieftonstrahler sich gegenseitig beeinflussen. materials mit hoher Schallgeschwindigkeit wird

Eine Lautsprecheranordnung, bei der die eingangs erreicht, daß die Membran erst außerhalb des angegebenen Hauptforderungen mit technisch vertret- Übertragungsbereiches unterteilt schwingt. Im Überbarem Aufwand erfüllt sind, bei der also ein weit- tragungsbereich folgt also die Kalotte den Schwingehend frequenzunabhängiger optimal ausgeglichener 55 gungsgesetzen für eine Kolbenmembran.
Leistungsverlauf im musikalisch interessierenden Der Grundresonanzbereich des Hochtonstrahlers ist Tonbereich, weitwinklige Schallabstrahlung und ge- unter die Überlappungsfrequenz der beiden Strahler ringe, subjektiv nicht mehr störende Verzerrungen gelegt. Zur Vermeidung von stehenden Wellen im und Ausgleichsvorgänge vorhanden sind, erhält man, Luftraum zwischen Polkern 5 und Membran, die zu wenn der Tieftonstrahler gemäß der Hauptpatent- 60 Resonanzerscheinungen im Luftraum führen, ist der anmeldung B 39406 Villa/21a² mit einem Hochton- Polkern mit einem Lochkranz 6 versehen, dessen strahler kombiniert wird, indem erfindungsgemäß durch den Polkern laufende Bohrungen mit porösem koaxial zu dem ersten System des Tieftonstrahlers Dämpfungsmaterial, z. B. mit einem Filzring 7, abge- und mindestens mit dem schwingenden Teil außerhalb schlossen bzw. teilweise oder ganz mit Dämpfungsdes von der Membran des ersten Tieftonsystems um- 65 material gefüllt sind.

schlossenen Luftraumes ein Hochtonstrahler aus ein Dadurch wird erreicht, daß mögliche Einwirkungen

oder mehreren Hochtonsystemen mit konvexen Ka- vom Luftraum hinter der Kalotte, die zu Singulari-

lottenmembranen angeordnet ist, deren Abstrahlung täten in der S chwingungs form der Kalotte führen,

nur oberhalb ihres Grundresonanzbereiches nutzbar vermieden werden, die Kalotte in ihrer kclbenförmi-

gemacht ist. 70 gen Schwingungsart nicht behindert und somit ein

ausgeglichener Verlauf der Frequenzkurve erreicht wird. Eine weitere Verbesserung in dieser Richtung läßt sich durch eine zusätzliche Stopfung des konvexen Luftraumes mit porösem Dämpfungsmaterial erreichen. Durch die Verwendung einer konvexen Kalotte ergibt sich in Übereinstimmung mit der Theorie über die Ausbildung von Richtcharakteristiken geometrisch verschieden geformter Kolbenschwinger gegenüber einem trichterförmigen bzw. ebenflächigen Strahler eine ausgeglichenere Richtcharakteristik, d. h. eine weitwinkligere Schallabstrahlung. Die starke Bedämpfung der Membran im hinter ihr liegenden Luftraum verhindert auch restliche Klirrerscheinungen, die durch bei der Fertigung mögliche Unstetigkeiten der Kalottenwölbung hervorgerufen werden könnten.

Eine Frequenzmodulation des Hochtonstrahlers durch den Tieftonstrahler ist infolge der Verwendung mechanisch und elektrisch getrennter Systeme nicht möglich. Die angegebenen Bedämpfungsmaßnahmen bewirken weiterhin eine aperiodische Bedämpfung des Hochtonsystems. Die Stärke der Bedämpfung kann durch das Dämpfungsmaterial am Lochkranz reguliert werden. Dies gilt insbesondere für die Grundresonanz des Hochtonsystems, die zwar unterhalb der Überlappungsfrequenz der Kombination liegt, jedoch akustisch durch den Tieftonstrahler erregt werden kann. Damit das nicht erfolgt, sind die angegebenen Maßnahmen getroffen worden.

Der Tieftonstrahler ist nach Abb. 1 mit dem Hochtonstrahier derart zusammengesetzt, daß der Hochtonstrahler koaxial zum Tieftonsystem mittels eines eisernen Gewindebolzens 8 in den Polkern des Tieftonsystems eingeschraubt ist. Um eine Beeinflussung der Schallabstrahlung des Hochtonstrahlers durch die Membran des Tieftonstrahlers, die sich in einer Einengung des Abstrahlwinkels und im Auftreten unerwünschter Reflexionen an der Konusmembran des Tieftonsystems auswirkt, zu verhindern, ist der Gewindebolzen 8 so lang, daß sich die Kalotte des Hochtonteiles außerhalb des von der Membran des Tieftonteiles umfaßten Raumes befindet.

Der Frequenzgang der Schallabstrahlung beider Systeme ist in Abb. 5 dargestellt. Der Tieftonstrahler ist von etwa 30 Hz wirksam, der Hochtonstrahler ab etwa 4,5 kHz bis etwa 16 kHz. Die elektrische Zusammenschaltung beider Strahler erfolgt über eine elektrische Weiche mit weitgehend ohmschem Eingangsscheinwiderstand, deren Frequenzcharakteristik so bemessen ist, daß die Abstrahlung des Tiefton- j₀ Strahlers möglichst kontinuierlich in die des Hochtonstrahlers übergeht. Die Überlappungsfrequenz liegt bei 5 kHz und ist so gewählt, daß sie oberhalb des Grundresonanzbereiches des Hochtonstrahlers liegt und der musikalische Grundtonbereich vollständig vom Tieftonstrahler abgestrahlt wird.

Die Magnetsysteme der einzelnen Lautsprechersysteme sind gemäß Abb. 1 so gepolt, daß bei dem Zusammenbau mittels des eisernen Gewindebolzens 8 gleichnamige Magnetpole der Einzelsysteme verbunden werden, damit eine Verstärkung der Luftspaltinduktion jedes einzelnen Systems durch Verminderung der magnetischen Streuung erzielt wird.

Die Auslegung der oben beschriebenen Lautsprecherkombination hängt hinsichtlich Leistung und Zahl der benötigten Einzelsysteme von der Größe des zu beschallenden Raumes ab. Für den am häufigsten in der Praxis auftretenden Anwendungsfall, einen Raum von maximal 100 cbm, z. B. Wohnzimmer, Abhörräume für Funk, Fernsehen und Film, kleine Versammlungsräume usw., beschallen zu müssen, ist in der oben beschriebenen Zusammenstellung ein Tieftonstrahler von etwa 8 W elektrischer Leistungsaufnahme bei der unteren Grenzfrequenz und nur ein Hochtonstrahler von etwa 4 W elektrischer Leistungsaufnahme erforderlich.

Ein wesentlicher Vorzug der erfmdungsgemäßen Lautsprecherkombination ist darin zu sehen, daß sie eine geschlossene akustische Einheit darstellt, die in jedem Raum beliebig aufgestellt werden kann, ohne daß sie von den Zufälligkeiten der näheren Umgebung wesentlich beeinflußt wird, wie das z. B. bei Kombinationen, die auf einer Schallwand oder in einem offenen Kasten, z. B. Rundfunkgehäuse, angebracht sind, der Fall ist. Bei der Anwendung für größere Räume, insbesondere Säle, richtet sich die Anzahl der zu verwendenden Einzelsysteme nach dem Raumvolumen und den Halligkeitseigenschaften des Raumes. Grundsätzlich können für diesen Zweck Kombinationen der angegebenen Art aufgebaut werden, jedoch muß die Zahl der zu verwendenden Hochtonsysteme mit Rücksicht auf die durch die nach hohen Frequenzen hin abfallende Halligkeit bedingten Energieverluste in dem Raum vergrößert werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Lautsprecheranordnung mit Hoch- und Tieftonstrahler in einem starren Gehäuse, bei deren Tieftonstrahler ein erstes antreibendes System ein zweites schwingungsfähiges System über ein Luftvolumen antreibt und die physikalischen Daten Reibung, Steife und Masse des zweiten Systems sowie das Koppelvolumen in bezug auf die entsprechenden Daten des ersten Systems durch Bedämpfungsmittel am ersten System und Bemessung und Ausbildung des zweiten Systems so abgestimmt sind, daß der untere Übertragungsbereich der Anordnung bei ausreichend kleinen, nicht mehr störenden Ausschwingvorgängen erweitert wird, gemäß Patentanmeldung B 39406 VIII a/21a², dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zu dem ersten System des Tieftonstrahlers und mindestens mit dem schwingenden Teil außerhalb des von der Membran des ersten Tieftonsystems umschlossenen Luftraumes ein Hochtonstrahler aus einem oder mehreren Hochtonsystemen mit konvexen Kalottenmembranen angeordnet ist, deren Abstrahlung nur oberhalb ihres Grundresonanzbereiches nutzbar gemacht ist.

2. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daJß die Magnete von Hochton- und Tieftonsystem so gepolt sind, daß über magnetisch leitende Verbindungsstücke, wie z. B. eiserne Gewindebolzen, gleichnamige Pole mechanisch und magnetisch miteinander verbunden sind.

3. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsfrequenz von Hoch- und Tieftonstrahler so gewählt ist, daß der Tieftonstrahler den gesamten musikalischen Grundtonbereich abstrahlt.

4. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern des Hochtonsystems mit Bohrungen versehen ist, die mit porösem Dämpfungsmaterial entweder abgeschlossen oder ganz oder teilweise gefüllt sind.

5. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern des Hochtonsystems entsprechend der Kalotte gewölbt ist.

6. Lautsprecheranordming nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum im Hochtonsystem zwischen Polkern und Kalotte durch Ausfüllen mit porösem Material bedämpft ist.

7. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtonkalotte mit Spulenträger und Zentrierung aus einem Stück besteht und die Zentrierung an dem der Abstrahlfläche abgewendeten Ende des Spulenträgers anschließt.

8. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Hochtonkalotte aus einem Material mit hoher Schallgeschwindigkeit besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 211 139; französische Patentschrift Nr. 1 114 371; USA.-Patentschriften Nr. 2 143 175, 2 259 907; »Funkschau«, 1955, H. 19', S. 428.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©I 009 549/301 6.60