DE1109736B - Elektroakustische Einrichtung zur Wiedergabe tiefer Toene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektroakustische Einrichtungen, insbesondere Lautsprecher zur Wiedergabe von tiefen Tönen.

Bekanntlich sind die gewöhnlichen Lautsprecher nicht geeignet, für sich allein tiefe Töne, d. h. solche Töne, deren Wellenlänge größer ist als die Lautsprecherabmessungen, wiederzugeben.

Dies hat seinen Grund darin, daß die beiden Flächen des Lautsprecherkegels wie Tonerzeuger in Gegenphase wirken. Bewegt sich der Kegel beispielsweise nach vorn, dann wirkt die vordere Fläche luftverdichtend, während die rückwärtige Fläche luftverdünnend wirkt. Die so hervorgerufenen Druckunterschiede haben jedoch das Bestreben, sich aufzuheben und einen Luftstrom um den Lautsprecherkegel herum zu bilden, ohne daß sich dabei eine merkbare akustische Ausstrahlung ausbildet.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurden bereits verschiedene Lösungen und Anordnungen der verschiedenen, diese Art von Einrichtungen bildenden Teile vorgeschlagen. So wurde beispielsweise der Vorschlag gemacht, die beiden Tonerzeuger zu trennen, indem man zwischen ihnen einen genügend ausgebreiteten akustischen Schirm anordnete. Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, den Lautsprecher in einer geschlossenen Kassette anzuordnen, so daß bloß die vordere Fläche des Lautsprecherkegels gegen außen frei bleibt. Auf diese Weise wird die Schallausstrahlung der rückwärtigen Fläche vollständig unterdrückt, was jedoch einen erheblichen Nachteil mit sich bringt: der Lautsprecherkegel muß bei seiner Bewegung die von der Kassette eingeschlossene Luft entweder zusammendrücken oder ausdehnen. Diese Luft wirkt wie eine Feder, die die Bewegung des Kegels, insbesondere bei niederen Frequenzen, zu verhindern sucht. Durch diese Anordnung kann man somit nur dann annehmbare Ergebnisse erzielen, wenn das Volumen der besagten Kassette groß ist.

Eine weitere bekannte Anordnung besteht darin, daß man eine Kassette verwendet, die mit zweckentsprechenden Öffnungen von geeigneten Abmessungen versehen ist, so daß die Luft, wenn sie vom Lautsprecherkegel zusammengedrückt wird, austreten kann bzw. in die Kassette eintreten kann, wenn der Luftdruck im Inneren vermindert wird. Die durch die Öffnungen hindurchtretende Luft widersetzt sich der Bewegung zufolge der Trägheit ihrer Masse und bildet, zusammen mit der Luft im Inneren der Kassette, welche dem Druck wie eine Feder entgegenwirkt, ein Resonanzsystem. Für gewöhnlich wird die Frequenz dieses Systems gleich der Resonanzfrequenz

Elektroakustische Einrichtung
zur Wiedergabe tiefer Töne

Anmelder:

Fabbrica Italiana Magneti Marelli S. p. A., Mailand (Italien)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Leithäuser, Patentanwalt, Essen, Bertoldstr. 9

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 24. Juli 1956

des Lautsprechers selbst gemacht. In einer derartigen Einrichtung ergibt sich für Frequenzen, die höher sind als die Resonanzfrequenz, in den Öffnungen der Kassette eine größere Gegenwirkung der Luft als im Inneren der Kassette, so daß im Inneren der Kassette ein hoher Druck entsteht, während nur wenig Luft durch die Öffnungen hindurchtritt. Die Luftbewegung durch die Öffnungen erfolgt in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung der Innenfläche des Kegels, welcher sie hervorruft; wenn sich der Lauisprecherkegel nach innen bewegt, dann wird die Luft durch die Öffnungen der Kassette ebenfalls nach innen gesaugt und umgekehrt. Die Öffnungen verhalten sich, somit wie eine zweite Schallquelle, die den Lautsprecher verstärkt. Bei Frequenzen, die unter der Resonanzfrequenz liegen, kehrt die Luft in den Öffnungen hingegen ihre Bewegungsrichtung in bezug auf jene des Lautsprecherkegels um, so daß sie der akustischen Wirkung des Lautsprechers entgegenwirkt. Demzufolge ist die Schallaussendung bei Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz eher schwach, jedoch immer noch stärker als jene des Lautsprechers für sich allein.

Im nützlichen Frequenzbereich, d. h. ungefähr von der Resonanzfrequenz an aufwärts, hat man somit zwei sich verstärkende Schallquellen, von denen die eine durch die Innenfläche des Lautsprecherkegels und die andere durch die aus den Öffnungen der

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Kassette austretende Luft gebildet wird, welche ihrerseits ihren Ursprung an der Innenfläche des Lautsprecherkegels hat.

Der wesentliche Mangel dieser Vorrichtung besteht in dem beträchtlichen Abstand zwischen den Öffnungen der Kassette und dem Lautsprecherkegel, demzufolge die Luftbewegung in den Öffnungen nicht mehr mit der Außenfläche des Kegels in Phase ist. Weiter wird der Schall teilweise von den Öffnungen und teilweise vom Lautsprecher ausgesendet, und diese beiden Teilsendungen müssen sich im Raum zusammensetzen, um den vollständigen Schall zu ergeben. Die in Wirklichkeit erhaltene Schallwiedergabe ist somit bei weitem schlechter, als sie theoretisch möglich wäre.

Schließlich ist es auch noch bekanntgeworden, in der schwingenden Membran einer elektroakustischen Einrichtung Öffnungen vorzusehen. Die Anordnung derartiger Öffnungen bezweckt, entweder eine Änderung der elastischen Eigenschaften der Membran oder eine Dämpfung der erzeugten Schwingungen. Die Öffnungen sind deshalb in diesen Fällen so ausgebildet, daß entweder fast keine Luft hindurchtreten kann oder aber so, daß ihr akustischer Widerstand im wesentlichen auf Luftreibung beruht, z. B. dadurch, daß die Öffnungen mit feinmaschigen Stoffen bedeckt sind.

Die Erfindung bezweckt, die aufgezeigten Nachteile durch eine besonders einfache Einrichtung zu beseitigen und eine ausgezeichnete akustische Tonwiedergabe ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Mitteln zu erreichen. Sie geht dabei aus von einer elektroakustischen Einrichtung mit einem oder mehreren in einer Kassette montierten Lautsprecher, der als schallaussendende Elemente mindestens eines Lautsprechers mit einer oder mehreren Öffnungen versehen ist und erreicht das erfindungsgemäße Ziel dadurch, daß die Öffnung bzw. Öffnungen im schallaussendenden Element so ausgebildet sind, daß ihr akustischer Widerstand im wesentlichen einer Masse entspricht, welche zusammen mit der Elastizität der in der Kassette eingeschlossenen Luft, die von der Rückseite der Membran ausgesandten Schallwellen unter Phasenumkehr durch die besagten Öffnungen nach außen leitet. Vorteilhaft sind die Abmessungen, Form und Anzahl der Öffnungen in solcher Weise gewählt, daß die Resonanzfrequenz der Kassette annähernd der des Lautsprechers gleicht. Schließlich kann sowohl das ausstrahlende Element als auch die Kassette mit Öffnungen versehen sein.

Die Wirkungweise und näheren Merkmale der Vorrichtung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehender erläutert, welche ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Fig. 1 und 2 sind ein Schnitt und eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt mit einem magnetodynamischen Lautsprecher, und

Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante der vorhergehenden Ausführungsform.

In Fig. 1 stellt 1 die geschlossene Kassette des Lautsprechers dar, 2 ist der Lautsprecherkegel, und 3 sind die in diesem angebrachten Öffnungen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Für Frequenzen, die oberhalb der Resonanzfrequenz der Kassette liegen, ist der mechanische Widerstand zufolge der Trägheit der Luft in den Öffnungen größer als jener zufolge der Steifigkeit der Luft in der Kassette. Daraus ergibt sich, daß die Luft in der Kassette, wenn sich der Lautsprecherkegel nach innen bewegt, stark zusammengedrückt wird. Dieser Druck wirkt auf die Wände der Kassette einschließlich dem Lautsprecherkegel und somit auch auf die Luft in den Öffnungen, mit dem Bestreben, sie aus diesen auszutreiben.

Zufolge der Trägheit der Luft in den Öffnungen nimmt diese jedoch eine Bewegung an, deren Beschleunigung nach außen gerichtet ist. Dies entspricht

ίο bei einer Schwingungsbewegung, wie sie in der Akustik gerade auftritt, einer Bewegung, deren Richtung der Beschleunigung entgegengesetzt ist, d. h. nach innen verläuft. Es ergibt sich auf diese Weise, daß die Luft bei einer Einwärtsbewegung des Lautsprecherkegeis ebenfalls nach innen gesaugt wird, während sie bei einer Bewegung des Lautsprecherkegels nach außen, durch die Löcher desselben nach außen geblasen wird. Die durch die Löcher hindurchtretende Luft verstärkt auf diese Weise die Schallwirkung des

ao Lautsprechers. Bei Resonanzfrequenz sind die Widerstände der Luft in den Öffnungen und der Luft im Inneren der Kassette gleich groß, was bedeutet, daß auch die kleinste Bewegung des Lautsprecherkegels einen erheblichen Luftstrom in den Öffnungen und einen starken Druck auf den Kegel hervorruft, der sich den Bewegungen des Kegels widersetzt. Das Ergebnis ist, daß der Kegel fast in Ruhe bleibt, während die Luft in den Öffnungen die Aufgabe der Schallquelle übernimmt. Wenn man die Resonanzfrequenz der Kassette gleich groß wie jene des Lautsprechers macht, dann erzielt man somit die nützliche Wirkung, daß die sonst sehr starken Schwingungen des Kegels bei dieser Frequenz abgedämpft werden und ihre Amplitude begrenzt wird, so daß Verzerrungen vermindert werden. Für Frequenzen, die unter der Resonanzfrequenz liegen, ist der Widerstand der Luft in den Öffnungen kleiner als jener der Luft innerhalb der Kassette. Demzufolge wird die Luft in der Kassette bei einer Einwärtsbewegung des Lautsprecherkegels nur wenig zusammengepreßt, tritt aber aus den Öffnungen aus, d. h., ihre Bewegung ist entgegengesetzt zur Bewegung der vom Kegel verschobenen Luft.

Zufolge des restlichen Druckes im Inneren ist das Volumen der aus den Öffnungen austretenden Luft größer als jenes der vom Kegel verschobenen Luft. Die Öffnungen sind daher als Schallquelle wirksamer als der Lautsprecherkegel.

Insgesamt erzielt man somit in den Öffnungen eine zweite Schallquelle, welche für höhere Frequenzen als die Resonanzfrequenz die Wirkung des Lautsprecherkegels verstärkt und auch bei niedrigeren Frequenzen als die Resonanzfrequenz wirksam die Schallaussendung unterstützt. Bei der Resonanzfrequenz selbst ergibt sich eine äußerst nützliche Abdämpfung der Schwingungen des Lautsprecherkegels. Die besondere Wirksamkeit der erfindungsgemäß im Lautsprecherkegel vorgesehenen Öffnungen beruht darauf, daß sich die beiden Schallquellen, d. h. der Kegel und die Öffnungen, physikalisch durchdringen, so daß sich die aus den Öffnungen austretende Luft unmittelbar mit der vom Kegel verschobenen Luft vereinigt und, was die Schallaussendung anbelangt, praktisch eine einzige Schallquelle bilden. Es werden damit sämtliche schädlichen Wirkungen vermieden, die sich zufolge einer Ungleichmäßigkeit des Schallfeldes ergeben, so wie sie bei Mehrfachschallquellen auftreten.

Es versteht sich, daß die in den Zeichnungen angegebenen Formen und baulichen Einzelheiten ver-

ändert werden können, ohne damit den Erfindungsgedanken zu verlassen. So können die Öffnungen vorteilhafterweise in annähernd gleichem Abstand von der Kegelspitze und dem Kegelrand angebracht werden, gemessen längs einer Kegelerzeugenden. Fallweise kann es nützlich sein, die in Fig. 3 gezeigte Ausführung zu wählen, in der die Öffnungen mit 3 bezeichnet sind. Diese Öffnungen sind hier am faltig ausgebildeten Rand des Kegels angebracht, wodurch eine beträchtliche Verminderung der Steifheit der elastischen Aufhängung erzielt wird, obwohl stets die gleichen Vorteile der Öffnungen, wie oben erläutert, erreicht werden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektroakustische Einrichtung mit einem oder mehreren in einer Kassette montierten Lautsprechern, deren schallaussendende Elemente mindestens eines Lautsprechers mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die Öffnung bzw. Öffnungen im schallaussendenden Element so ausgebildet sind, daß ihr akustischer Widerstand im wesentlichen einer Masse entspricht, welche zusammen mit der Elastizität der in der Kassette eingeschlossenen Luft die von der Rückseite der Membran ausgesandten Schallwellen unter Phasenumkehr durch die besagten Öffnungen nach außen leitet.

2. Elektroakustische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen, Form und Anzahl der Öffnungen in solcher Weise gewählt sind, daß die Resonanzfrequenz der Kassette annähernd der des Lautsprechers gleicht.

3. Elektroakustische Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das ausstrahlende Element als auch die Kassette mit Öffnungen versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 463 900, 667 495, 557 850, 593 202;

britische Patentschriften Nr. 248 497, 301 638;
USA.-Patentschrift Nr. 2 022 060.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen