DE1762237C3

DE1762237C3 - Lautsprecheranlage, insbesondere für die Niederfrequenz-Tonwiedergabe

Info

Publication number: DE1762237C3
Application number: DE19681762237
Authority: DE
Inventors: Krister Lars Anders Farsta Amneus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-05-04
Filing date: 1968-05-04
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE1762237B2; FR1572648A; CH480769A; DE1762237A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranlage, insbesondere für die Niederfrequenz-Tonwiedergabe, mit mindestens einem in einer Öffnung des Lautsprechergehäuses angebrachten Lautsprecher sowie mindestens einer weiteren Gehäuseöffnung, die das Innere des Gehäuses mit der Umgebung verbindet und in der eine akustisch resistive Materialschicht angebracht ist.

Es ist bekannt, in den Außenwandungen des Lautsprechergehäuses eine Anzahl sogenannter Schallöffnungen unterschiedlicher Größe' anzuordnen. In Anwendung eines bestimmten Prinzips ordnet man z. B. in einer der Gehäusewandungen mindestens eine verhältnismäßig große Schallöffnung an, damit man sogenannte verstärkte akustische Resonanzsysteme erhält. Diese Systeme sind auf eine bestimmte Frequenz,, nämlich die Resonanzfrequenz, abgestimmt, bei der sich die Abstrahlung aus der Schallöffnung in Phase mit der Bewegung des Lautsprecherkonus befindet (Impedanzminimum). An jeder Seite der Resonanzfrequenz gibt es einen Frequenzpunkt, bei dem der Phasenwinkel einen negativen Wert von 120° hat (Impedanzmaximum). Die Abstrahlung aus der Schallöffnung bei Resonanzfrequenz verstärkt daher die gesamte Abstrahlung aus dem Lautsprechergehäuse. An den beiden anderen Frequenzpunkten und jenseits derselben verringert die Abstrahlung aus der Schallöffnung den Wert der Gesamtabstrahlung aus dem Lautsprechergehäuse. Die Nettoausbeute, die man bei in dieser Weise abgestimmten Systemen erhält, ist daher eine unregelmäßige Impedanzfunktion mit ziemlich großen Abweichungen an den drei erwähnten Frequenzpunkten; die Frequenzdaten des Systems sind ebenfalls unregelmäßig.

Es ist bekannt, derartige Abweichungen in gewissem Umfang zu verringern, indem man an der Schallöffnung enge Bandspiralen anbringt oder unmittelbar übereinander eine Anzahl Schlitze od. dgL vorsieht Auf diese Weise erzielt man einen gewissen zusätzlichen akustischen Widerstand. Der akustische Widerstand ist jedoch noch zu klein, um die Bewegung des Lautsprecherkonus so weit zu steuern, wie es zur Erzielung einer geringen

ίο Verzerrung bei den tiefsten Frequenzen erforderlich ist Gleichzeitig damit ist die Abstrahlung aus der Schallöffnung, noch ausreichend, um die Tonwiedergabe des Systems zu beeinträchtigen; dies liegt daran, daß an der Schallöffnung noch immer eine verhältnismäßig hohe Reaktanz (schwingende Luftmasse) vorhanden ist Um die Bedämpfung im Bereich des Resonanzpunktes und bei niedrigen Frequenzen und Impulsen zu erhöhen, ist die Einsetzung einer akustisch resistiven Materialschicht bekannt

Bei einem Druckkammersystem wird durch den Einsatz von Dämpfungsmaterial die Schallgeschwindigkeit ebenso wie die Resonanzfrequenz kleiner. Die Schallaussirahlung ist aber auch bedämpft und wird bei wachsendem Volumen des Dämpfungsmaterials geringer. Der Lautsprecher erfährt also einen Bewegungswiderstand in Abhängigkeit von der Größe des Gehäusevolumens. Infolge des luftdichten Systems bei einer Druckkammerkonstruktion steigt der Bewegungswiderstand mit von der Resonanzfrequenz abnehmender Frequenz sehr schnell an, so daß es zu einer zunehmenden »Blockierung« des Schwingkreises kommt, und zwar wegen der frequenzabhängigen Reaktanz des Kammervolumens; bei Frequenzen gegen Null Hz tendiert der Widerstand gegen unendlich, was ein zunehmendes Klirren und eine zunehmende Ausschwingbegrenzung zur Folge hat Es wird jedoch auch die akustische Energie reduziert, wodurch die Schallausstrahlung geringer wird.

Bei Baßreflexsystemen ist die Resonanzfrequenz niedriger als bei Druckkammersystemen. Die Bedämpfung des Gehäusevolumens soll geringer sein als für Druckkammersysteme. Die Bedämpfung soll etwa 20% des Gehäusenettovolumens betragen. Wenn die Konstruktion korrekt ist, soll kein Strömungswiderstand in der Portöffnung benutzt werden. Ein Strömungswiderstand kann jedoch zur Verminderung des Dröhnens (Boom) verwendet werden, wobei ein solcher Strömungswiderstand als Serienwiderstand eine geringe Resistanz haben muß und beispielsweise als dünner Stoff über die Öffnung (Port) gezogen sein kann. Die Charakteristik bewegt sich derart, daß der Impedanzverlauf eine geringere Impedanzvariation hat. Die Resonanzfrequenz soll aber immer auf einem Minimum der Impedanz bleiben, damit das System korrekt funktioniert.

Bei der Resonanzfrequenz /o wird der Bewegungswiderstand maximal und die Impedanz minimal, und zwar wegen der Kupplung zwischen der Öffnung (Port) und dem Lautsprecher mit etwa übereinstimmender Phase. Deshalb ist die Bewegsamplitude bei k minimal und wieder maximal bei den Frequenzen f\ bzw. /j. Bei der Resonanzfrequenz /o ist die magnetische Bedämpfung am geringsten und bei f\ und tieferen Frequenzen ist die Bewegungsbedämpfung nur -von der Laut-Sprecherlenkung und dessen Widerstand anhängig. Für Null Hz stellt also das Gehäusevolumen keinen Bewegungswiderstand dar.
Die Systemresonanz wird bei offenen Baffelsystemen

auf etwa die Resonanzfrequenz f, für den Lautsprecher ohne Baffel oder niedriger fallen und mit einem b.ipedanzmaximuni auftreten. Die Senkung von /j rührt von der Baffelbelastung her. Die Schallabstrahlung solcher Systeme ist gegen niedrigere Frequenzen von den Baffeldimensionen abhängig.

Zur Verbesserung der Schallabstrahlung wurde bereits empfohlen, das Lautsprechergehäuse auf der Rückseite mit einem Strömungswiderstand zu versehen, der die Membranauslenkung im unteren Frequenzbereich hauptsächlich bestimmt Der Strömungswiderstand verändert das System von einem Baffelsystem bis zu einem speziellen Konstruktionstyp, bei dem eine bestimmte Art von Volumenparameter durch den zugeordneten Strömungswiderstand, ein gegenarbeitender Bewegungswiderstand, hergestellt ist Damit werden die Impedanzeigenschaften so beeinflußt, daß einem schwachen Maximum im Anschluß an f_s ein Minimum folgt mit danach zunehmender Impedanz gegen Null. Aus diesem Grund muß dem Lautsprecher eine steigende Spannung zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Impulswiedergabe und der Frequenzcharakteristik zu erreichen und eine zunehmende Blockierung des Schwingkreises zu vermeiden und damit ein zunehmendes Klirren und eine zunehmende Ausschwingbegrenzung auszuschalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse im wesentlichen akustisch geschlossen ist, indem durch die Größe und Form der zusätzlichen öffnung und die akustisch resistive Materialschicht, die diese öffnung abdeckt, ein derartig großer Strömungswiderstand hergestellt ist, daß die Ausstrahlung aus der zusätzlichen öffnung so viel gedämpft ist, daß die reaktive Komponente der durch die öffnung und die die öffnung abdeckenden Materialschicht bestimmten akustischen Impedanz über den gesamten wirksamen Frequenzbereich der Öffnung im wesentlichen vernachlässigbar ist gegenüber der resistiven Komponente dieser akustischen Impedanz. Zweckmäßigerweise kann die akustisch resistive Materialschicht aus einem mechanisch stabilisierten, porösen Material, z. B. Glaswolle od. dgl. bestehen, das sich auf einem Geflecht abstützt. Im Gehäuse können mehrere, in mindestens einer Reihe angeordnete Öffnungen vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in der Vorderansicht ein Lautsprechersystem gemäß Erfindung und

F i g. 2 einen Schnitt durch das Lautsprechersystem nach F ig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Lautsprecher 10, z. B. einen Niederfrequenz-Lautsprecher, der in dem Gehäuse 11 untergebracht ist. Das Gehäuse besteht aus der Vorderwand 12, der Rückwand 13, den beiden Seitenwänden 14, 15, der Deckwand 16 und der Bodenwand 17. Der Lautsprecher 10 ist in eine öffnung der Vorderwand 12 eingesetzt.

In der Vorderwand 12 befindet sich außerdem die öffnung 18. Die öffnung 18 ist so ausgebildet, daß sie dem Gehäuse eine akustische Impedanz verleiht, deren resistiver Teil so groß ist, daß die Bewegung des Lautsprecherkonus in der Weise gesteuert wird, daß das Ausmaß, bis zu dem die vorherrschende Impedanz des Lautsprechers innerhalb des akustischen Systems von der Nennimpedanz desselben abweicht, beträchtlich reduziert wird. Gleichzeitig ist der reaktive Teil der akustischen Impedanz so gering, daß der Schall nur in sehr geringem Umfang aus der öffnung abstrahlt

Obgleich die öffnung 18 als rechteckiger Schlitz dargestellt ist kann man auch eine Anzahl öffnungen vorsehen und unterschiedliche Formen wählen, z.B. eine Reihe äbereinandergesetzter Löcher usw.; Voraussetzuns ist nur, daß die öffnungen zu dem erwähnten Widerstand führen, der gemäß Erfindung zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses notwendig ist Es sei darauf hingewiesen, daß die öffnung mit der in der Gehäusewand vorgesehenen öffnung für den Lautsprecher zusammengefaßt sein kann, z.B. in Form eines Ringraumes zwischen Lautsprecher und Gehäusewandung.

In die öffnung 18 ist ein besonderer Widerstand in Form einer akustisch resistiven Materialschicht 19 eingesetzt, bei der es sich um ein mechanisch stabilisiertes Material, z. B. Glaswolle usw. handeln kann, das sich an einem Geflecht 20 abstützt oder von diesem eingeschlossen ist

Das Gehäuse ist vorzugsweise mit einem für den Zweck geeigneten schallschluckenden Material ausgekleidet, so daß die Umgebung des Lautsprechers in gewissem Umfang schalldämpfend wirkt

Bei einem vollständig geschlossenen Gehäuse ist die Steifheit der eingeschlossenen Luft bei der Resonanzfrequenz des Gehäuses am geringsten. Von diesem Punkt aus nimmt auf der Seite der höheren Frequenzen das Ausmaß der Steifheit zu, ist aber auch bei allen Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz sehr groß. Das Ergebnis ist eine Impedanzfunktion, die bei der Resonanzfrequenz ihr Maximum erreicht und die bei höheren und niedrigeren Frequenzen eine fallende Charakteristik hat. Die akustische Verzerrung in diesem System ist insbesondere bei großen Amplituden hoch; bei niedrigen Frequenzen fällt die Frequenzcharakteristik rasch ab.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten System wird jedoch in dessen Kreis eine akustische Impedanz eingegeben. Diese akustische Impedanz wird dadurch erzeugt, daß in der Gehäusewandung mindestens eine Schallöffnung angeordnet ist. Der resistive Teil der akustischen Impedanz setzt dem Luftdurchtritt durch die öffnung bei sehr niedrigen Frequenzen einen sehr hohen, jedoch keinen unendlichen Widerstand entgegen. Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch die Steifheit der eingeschlossenen Luft stets geringer als in einem geschlossenen, kastenartigen System. Der sehr hohe, jedoch nicht unendliche Widerstand gegen den Durchtritt von Luft bei einer theoretischen Frequenz von Null führt dazu, daß der Schwingungsausschlag des Lautsprecherkonus stark reduziert, der Konus jedoch nicht blockiert wird. Die Verringerung der elektrischen Impedanz ist bei sehr niedrigen Frequenzen daher weitgehend ausgeschaltet. Hierbei ist der Bereich der öffnung so klein, daß die Reaktanz der Induktanz, die in Beziehung zur Durchtrittsöffnung steht (abstrahlende Masse), ein Ausmaß der Abstrahlung annimmt, welches im Vergleich zur Lautsprecher-Abstrahlung vernachlässigt werden kann.

Bei der Gehäuseresonanz ist infolge des erhöhten Wertes der Reaktanz bei dieser höheren Frequenz (X — w L) der relative Widerstand der öffnung kleiner. Bei ausreichend kleinem Öffnungsbereich ist die Dämpfung der Bewegung des Lautsprecherkonus bei der Resonanzfrequenz größer als bei dem geschlossenen Gehäuse; das Impedanzmaximum ist daher verringert. Die Resonanzfrequenz ist niedriger als die eines geschlossenen, kastenartigen Aufbaues.

Bei mittleren Frequenzen (in Nähe der Gehäuseresonanz) ist das Ausmaß, in welchem der Schall aus der öffnung abstrahlt, im Vergleich zur Lautsprecher-Abstrahlung im wesentlichen vernachlässigbar; dies liegt an dem kleinen Öffnungsbereich, welcher zusammen mit seinem hohen.Widerstand zu einem kleinen Q-Wert für das akustische System insgesamt führt Durch eine genau dimensionierte öffnung kann daher die Bewegung des Lautsprecherkonus bei allen Frequenzen und Amplituden in optimaler Weise gesteuert werden; das Ergebnis sind eine verringerte Verzerrung und eine im wesentlichen lineare Impedanzkurve.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten System erhält man folglich eine geringere Verzerrung, einen flacheren Frequenzgang sowie eine verbesserte Sprungkennlinie zusammen mit einer gegenüber geschlossenen, kastenartigen System erhöhten Impulsleistung. Das akustische System kann aber beispielsweise auch als komplettes Tonwiedergabesystem ausgebildet sein, welches ein Lautsprechergehäuse aufweist, in dem ein oder mehrere Lautsprecher für hohe, mittlere und niedrige Frequenzen angeordnet sind und in welchem jeder Lautsprecher in einer akustisch gedämpften Kammer untergebracht ist. Falls mehr als ein Lautsprecher für niedrige Frequenzen vorhanden ist, so können die beiden Niederfrequenz-Lautsprecher durch eine Zwischenwand voneinander getrennt sein, die mit einem begrenzten Durchtritt versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Lautsprecheranlage, insbesondere für die Niederfrequenz-Tonwiedergabe, mit mindestens einem in einer Öffnung des Lautsprechergehäuses angebrachten Lautsprecher sowie mindestens einer weiteren Gehäuseöffnung, die das Innere des Gehäuses mit der Umgebung verbindet und in der eine akustisch resistive Materialschicht angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (ll)'im wesentlichen akustisch geschlossen ist, indem durch die Größe und Form der zusätzlichen Öffnung (18) und die akustisch resistive Materialschicht (19), die diese Öffnung abdeckt, ein derartig großer Strömungswiderstand hergestellt ist, daß die Ausstrahlung aus der zusätzlichen Öffnung (18) so viel gedämpft ist, daß die reaktive Komponente der durch die Öffnung und die die Öffnung abdeckenden Materialschicht (19) bestimmten akustischen Impedanz über den gesamten wirksamen Frequenzbereich der Öffnung im wesentlichen vernachlässigbar ist gegenüber der resistiven Komponente dieser akustischen Impedanz.

2. Lautsprecheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustisch resistive Materialschicht (19) aus einem mechanisch stabilisierten, porösen Material, z. B. Glaswolle od. dgl. besteht, das sich auf einem Geflecht abstützt

3. Lautsprecheranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (11) mehrere, in mindestens einer Reihe angeordnete Öffnungen vorgesehen sind.