DE19546898A1 - Lautsprecher - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befaßt sich mit Lautsprechern, insbesondere mit akustischen Linsen, welche dem Lautsprecher vorgesetzt sind.

Stand der Technik

Gemäß dem Stand der Technik sind Lautsprecher und ihre Funktionsweise gut bekannt, so daß an dieser Stelle keine weiteren Erläuterungen notwendig sind. Für den Fall, daß weitere Erklärungen erforderlich sein sollten, wird der das hierzu geläufige Wissen zusammenfassende Aufsatz "Funkschau 1983, S. 99 ff" zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.

Lautsprecher gemäß dem Stand der Technik dienen dem Zweck, die von einer Tonsignalquelle zur Verfügung gestellten elektrischen Signale in einem Antriebssystem zu wandeln und die gewandelten Signale in Form von Schallwellen in den Abhörraum abzustrahlen. Allgemein erfolgt die Abstrahlung der gewandelten Signale über eine Membran, die zu diesem Zweck vom Antriebssystem in Schwingungen versetzt wird. Je nach Ausbildung kann dabei die Membran kegelförmig, kalottenförmig oder flach ausgebildet sein. Kegelförmige Membranen sind hauptsächlich dort anzutreffen, wo tieffrequente Tonsignale abgestrahlt werden sollen, während kalottenförmige Membranen eher im Hochtonbereich vorbehalten sind. Dies heißt aber nicht, daß nicht auch konisch- bzw. trichterförmige Membranen zur Hochtonwiedergabe eingesetzt werden.

Ferner ist es bekannt, daß die Richtcharakteristik von Lautsprechern frequenzabhängig ist. Bei tiefen Frequenzen werden die Schallwellen kugelförmig abgestrahlt, d. h. der Lautsprecher besitzt kein Richtwirkung. Erst bei Wellenlängen λ, welche gemäß Gleichung 1 kleiner sind als der Umfang eines gedachten Kreises mit einem Radius r_B, der dem maximalen Abstand zwischen Lautsprechermitte und Kante der Box, in welche der Lautsprecher eingebaut ist, entspricht, tritt eine Bündelung der Schallwellen ein, die mit steigender Frequenz zunimmt. Bei einer nicht eingebauten Hochtonkalotte mit 30 mm Durchmesser ist dies also bereits ab etwa 3,6 kHz der Fall, im eingebauten Zustand erfolgt die Bündelung bei entsprechend tieferen Frequenzen.

2 π r_B < λ (1)

Die Richtungsabhängigkeit der Schallabstrahlung wird in Polarkoordinaten gemessen und als Radiusvektor in Form des winkel- und frequenzabhängigen Richtungsfaktors Γ(α,ω) gemäß Gleichung 2 dargestellt. Durch den Bezug auf den maximalen Schalldruck erstreckt sich der Wertebereich zwischen 0 und 1.

Γ(α,ω) = p(α,ω)/p_max (2)

Aus Gründen der Darstellung wird jedoch der logarithmierte Wert, das Richtungsmaß D(α,ω) gemäß Gleichung 3 verwendet.

D(α,ω) = 20 log Γ(α,ω)dB (3)

Es entstehen dadurch Keulen mit ausgeprägten Maxima und Minima. Das Richtungsmaß kann damit per Definition Werte von "-∝" bis 0 dB annehmen. Der dargestellte Dynamikbereich umfaßt in der Regel jedoch nur 50 dB. Bei den nachfolgenden Messungen wird im Richtdiagramm der absolute Pegel angegeben, d. h. es wird nach Fig. 5 ein Meßbereich zwischen 50 dB (innerer Kreis) und 100 dB (äußerer Kreis) dargestellt.

Um die Richtwirkung der Schallabstrahlung mit einem Wert auszudrücken, wird der Bündelungsgrad bzw. das Bündelungsmaß verwendet. Nach Gleichung 4 erhält man den Bündelungsgrad γ durch Integration des quadrierten Richtungsfaktors Γ(α,ω) über alle Winkel α und mit Bezug auf eine entsprechende Oberfläche (Kugel, Halbkugel).

γ(ω) = S/∫Γ²(α,ω)dS (4)

Das Bündelungsmaß d(ω) wird gemäß Gleichung 5 durch entsprechendes Logarithmieren bestimmt.

d(ω) = 10 log γ(ω) dB (5)

Das frequenzabhängige Bündelungsmaß d(ω) kann auch mit Gleichung 6 über die Differenz zwischen dem Schalldruckpegel L_H(ω) in Hauptstrahlrichtung und dem am gleichen Meßpunkt herrschenden Schalldruckpegel L_K(ω) eines gedachten Kugelstrahlers gleicher abstrahlender Schalleistung berechnet werden. Diese Methode wurde im Zusammenhang mit dieser Anmeldung stets angewandt, da damit das Bündelungsmaß d(ω) sehr einfach ermittelt werden kann.

d(ω) = L_H(ω)-L_K(ω)dB (6)

Eine weitere Größe zur Kennzeichnung der Richtwirkung ist der Abstrahlwinkel Θ(ω), der denjenigen Winkelbereich im Richtdiagramm kennzeichnet, innerhalb den das Richtungsmaß D(α,ω) um 6 dB abgefallen ist. Je höher die Richtwirkung, desto kleiner wird der Abstrahlwinkel Θ(ω).

Die im folgenden verwendeten Kenngrößen d(ω) und Θ(ω) sind im Richtdiagramm in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der innere und der äußere Kreis deuten den Dynamikbereich des Absolutpegels zwischen 50 und 100 dB an. Der mit dickerer Strichstärke dargestellte Kreis symbolisiert die Kugelstrahlcharakteristik einer Kalotte bei einer tiefen Frequenz mit einem angenommen Pegel von 85 dB, während die skizzierte Keulendarstellung die Richtwirkung bei einer hohen Frequenz wiedergibt. Da das Richtdiagramm stets von der betrachteten Frequenz abhängt, beinhalten die nachfolgend dargestellten Messungen der Richtcharakteristik jeweils zwei für das Klangbild relevante Frequenzen. Als für Hochtöner verhältnismäßig tiefe und damit näherungsweise das Rundabstrahlverhalten kennzeichnende Frequenz wurde 5 kHz gewählt, zur Darstellung der Richtcharakteristik wurde 12 kHz verwendet.

Nachdem nun die Grundlagen festliegen, werden bekannte Anordnungen zur Bündelung von Schallwellen untersucht.

Gemäß einer bekannten Anordnung zur Bündelung von Schallwellen ist dem Hochtonkalottenlautsprecher ein Trichter vorgesetzt (vergl. Zwicker und Zollner, Elektroakustik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1987, S. 84 ff).

Dieser Trichter bewirkt infolge einer besseren Impedanzanpassung nicht nur eine Pegelanhebung, sondern auch eine Bündelung der Schallwellen. Allerdings ist zu beachten, daß der Trichter erst bei höheren Frequenzen wirksam wird. Die Gleichungen 7 und 8 geben die notwendigen Beziehungen zwischen Wellenlänge λ, Trichterhalsradius a, Trichtermündungsradius A sowie Trichterlänge l an. Sie berechnen sich aus der Tatsache, daß der Realteil der Strahlungsimpedanz des Trichters sowohl am Hals, als auch an der Trichtermündung möglichst groß wird, um viel Wirkleistung abstrahlen zu können.

A < λ/π (7)

l < λ/π(A/a-1) (8)

Als Faustformel kann angenommen werden, daß der Mündungsdurchmesser mindestens der tiefsten abgestrahlten Wellenlänge entsprechen muß. Bei einer Frequenz von 5 kHz ergeben sich somit Durchmesser von fast 7 cm. Die entsprechende Höhe (a = 12,5 mm) beträgt 3,8 cm. Die Verwendung beispielsweise im Autoinnenraum wird bei tieferen Frequenzen daher an der Größe der Trichter scheitern, während für hohe Frequenzen ein kleiner Trichter Einsatzmöglichkeiten bietet, wenn genügend Platz zu Verfügung steht. Zusätzlich besteht jedoch die Gefahr, daß durch Schallreflexionen an der Trichtermündung stehende Wellen im Trichter und damit resonanzartige Verfälschungen des Frequenzganges entstehen.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Beeinflussung der Richtcharakteristik besteht in der Erzwingung von unterschiedlichen Schall-Laufzeiten durch Vorsatz einer entsprechenden Blende vor der Hochtonkalotte. Derartige Blenden werden manchmal zur Zerstreuung des Schallfeldes von stark bündelnden Hornsprechern verwendet. Zur Bündelung des Schalles muß (wie etwa bei Zwicker und Zollner, a.a.O., S. 97 gezeigt) eine lamellenartig ausgebildete Plattenanordnung vorhanden sein, die leicht abgewinkelt ausgebildet ist, damit die von der Membran abgestrahlten Schallwellen auf die Oberfläche der Platten auftreffen und von diesen geleitet werden. Ferner ist es notwendig, daß die Länge der Platten nahe der Lautsprechermittelachse größer ist als am Rand des Lautsprechers. Bekannte Platten haben daher in Draufsicht eine parabelförmige Gestalt. Durch diese Formgebung wird erreicht, daß in der Mitte der aus den Platten gebildeten Linse die Schallwellen einen größeren Weg zurücklegen müssen als am Rand, was zu einer konvergierenden Schallausbreitung führt. Die Laufzeitunterschiede zwischen Linsenmitte und Linsenränder sind von der Größe der Linse abhängig und liegen bei einer Plattenlänge von 45 mm im Bereich von 40 µs.

Wie leicht einzusehen ist, hat auch die Plattenanordnung den Nachteil, daß sie die Einbautiefe der Lautsprecher wesentlich vergrößert. Außerdem sind die Plattenanordnungen sehr aufwendig in der Herstellung, so daß auch mit Rücksicht auf die Beschädigungsanfälligkeit solche Anordnungen HiFi-Anwendungen im Heimbereich vorbehalten sind.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine akustische Linse anzugeben, welche einfach herzustellen ist und die Einbautiefe des mit einer solchen Linse versehenen Lautsprechers nahezu nicht verändert.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2-7 entnehmbar.

Der erfindungsgemäßen Ausbildung der akustische Linse liegt folgende Erkenntnis zugrunde.

Werden Schallwellen von einer Membran eines Lautsprechers abgestrahlt, so setzen sich die Schallwellen von dort aus mit einer definierten und vom Medium im der Membran vorgeordneten Abhörraum abhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit fort. Treffen diese Schallwellen auf ihrem Weg in den Abhörraum auf eine Schicht, in der die Schallwellen eine von ihrer bisherigen Ausbreitungsgeschwindigkeit verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeit haben, so entstehen ähnliche wie im optischen Bereich Brechungseffekte, die zur Krümmung der Schallwellen führen und zur Modifizierung der Richtwirkung der vom Lautsprecher abgestrahlten Schallwellen genutzt werden kann. Analog zu den Verhältnissen in der Optik (siehe dazu Kuchling, Taschenbuch der Physik, Verlag Harri Deutsch, Thun und Frankfurt, 1989, Seite 347) kommt es für die erzielbare Richtungsänderung entscheidend auf das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten c1 und c2 der Schallwellen vor und nach Eintritt in die Schicht an wie auch die für den akustischen Brechungsindex n gültige Gleichung 9 zeigt.

n = sin α/sin β = c1/c2 (9)

Dieser Gleichung 9 ist auch entnehmbar, daß das Verhältnis der beiden jeweils auf die Normale bezogenen Winkel α und β dann besonders groß ist bzw. eine große Richtungsänderung der Schallwellen bewirkt, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit c1 der Schallwellen vor Eintritt in die Schicht im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit c2 der Schallwellen in der Schicht möglichst groß ist.

Nur der Vollständigkeit sei darauf hingewiesen, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit c2 der Schallwellen in der Schicht bzw. Linse weder in der Richtung, in welcher die Schallwellen die Schicht durchdringen, noch quer dazu homogen ausgebildet sein muß. Vielmehr kann durch eine Kombination von Schichtbereichen, in denen die Schallwellen unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben, eine Optimierung der Richtwirkung für verschiedene Bereiche der Oberfläche einer Linse erzielt werden.

Um jedoch die Reflexionsdämpfungen, welche bei Eintritt der Schallwellen in eine Schicht mit veränderter Ausbreitungsgeschwindigkeit entstehen, gering zu halten, sollte andererseits gemäß Gleichung 10 der Wellenwiderstand nahezu unverändert bleiben.

Z₀ = 414 Ns/m³ = ρ_Luftc_Luft ≈ ρ_Linsec_Linse (10)

Wird Schaumstoff als Linsenmaterial verwendet, so werden infolge der geringeren Schallgeschwindigkeit der Schallwellen im Schaumstoff von etwa 290 m/s die von der Linse an die Umgebungsluft des Abhörraums abgegebenen Schallwellen stets zur Normalen hin gebrochen, so daß konvexe Linsen zur Bündelung führen.

Besonders gute Ergebnisse von akustischen Linsen aus Schaumstoff werden im Zusammenhang mit Hochtonlautsprechern erzielt. Dies heißt aber nicht, daß derartige Linsen nicht auch im Zusammenhang mit Mittel-, Mittelhochton- oder Breitbandlautsprechern verwendet werden können.

Welche Formgebung die akustische Linse im Einzelfall hat, hängt weitgehend vom Einsatzgebiet des Lautsprechers ab. In jedem Fall sind aber ein- oder zweidimensionale Wölbungen der Linsenoberfläche(n) zulässig, wobei bei zweidimensional gewölbten Linsen die zueinander senkrecht stehenden Wölbungsachsen nicht notwendig symmetrisch sein müssen.

Weist der jeweilige Lautsprecher zwischen der Membran und der Linse ein trichterförmiges Teil auf, sei es durch die konische Formung der Membran selbst oder durch einen separaten Adapter oder Vorsatz, so bewirkt dieses Teil zusammen mit der Linse aus Schaumstoff eine sehr starke Bündelung der Schallwellen. Diese starke Bündelung hat zur Folge, daß die durch den Schaumstoff der Linse auftretenden Pegelverluste weitgehend kompensiert werden.

Ist die akustische Linse zumindest teilweise in dem konischen Teil angeordnet, indem beispielsweise die Linse vom Innenmantel des Adapters bzw. der Membran ganz oder teilweise umgeben wird, wird die Einbautiefe eines solchen Lautsprechers gegenüber einem Lautsprecher, welcher die erfindungsgemäße Linsenanordnung nicht aufweist, nur unwesentlich vergrößert. Dies bedeutet, daß bei gleicher oder größerer Richtwirkung die hier angegebene Anordnung nur etwa 50% der Vergrößerung der Einbautiefe von bekannten Linsen (Plattenlinsen und Trichterlinsen) beansprucht.

Ist die akustische Linse mit dem Lautsprecher verbunden und ist beispielsweise diese Einheit um die Lautsprecherachse dreh- und/oder kippbar in eine Einbauwand eingesetzt, ist eine individuelle Ausrichtung der durch die akustische Linse bewirkten Richtmodifikationen auf eine Abhörperson möglich.

Kurze Darstellung der Figuren

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kalottenlautsprecher (schematisch);

Fig. 2 10 Schnittdarstellungen von akustischen Linsen aus Schaumstoff;

Fig. 3 eine weitere Darstellung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt durch Konuslautsprecher (schematisch);

Fig. 5 ein Meßdiagramm und

Fig. 6 acht Meßdiagramme.

Wege zum Ausführen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Hochtonkalottenlautsprecher 10 gezeigt. Dieser Lautsprecher 10 wird von einem Antriebssystem 11, einer kalottenförmig ausgebildeten Membran 12 und einem Gehäuse 13 gebildet. Oberhalb der Membran 12 ist eine akustische Linse 14 aus Schaumstoff angeordnet, welche die im Querschnitt runde Schallaustrittsöffnung 15 des Gehäuses 13 verschließt. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Linse 14 die Form eines Kugelabschnitts. Dies bedeutet daß die der Membran 12 abgewandte Oberfläche 16.1 zweidimensional gewölbt ist. Wenngleich die beiden senkrecht zueinander stehenden Wölbungsachsen in Fig. 1 wegen der Kugelform der Linse 14 den gleichen Wölbungsradius haben, sind auch zweidimensional gewölbte Oberflächen 16 zulässig, deren zueinander senkrechte Wölbungsachsen unterschiedliche Wölbungsradien haben. Neben diesen zweidimensional gekrümmten Oberflächen 16 können auch Oberflächen 16 mit bloß eindimensionaler Krümmung eingesetzt werden. Bezogen auf eine Anordnung gemäß Fig. 1 hätte dann die Linse 14 die Raumform eines Zylinderabschnitts.

Weitere Gestaltungen von Linsen 14 bzw. Formen von Linsen 14 sind aus Fig. 2 entnehmbar. Dabei gibt die unter den verschiedenen Linsen 14 gezeigte Membrane 12 die räumliche Zuordnung der Linsen 14 so wieder, wie wenn die in Fig. 2 gezeigten Linsen 14 die in Fig. 1 gezeigte Linse 14 ersetzen würden. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 2 die in der unteren Reihe ganz rechts gezeigte Linse 14 mit dem durchgezogenen Linienzug eine bikonvexe und mit dem gestrichelten Linienzug eine bikonkave Linse 14 zeigt. Je nach Anwendungsfall können die einander gegenüberliegenden Oberflächen 16.1, 16.2 der Linsen 14 in Fig. 2 auch einen geringeren Anstand haben. Diese geringeren Abstände reduzieren zwar die von der jeweiligen Linse 14 ausgehende Dämpfung, haben durch die dann geringere Dicke des Schaumstoffs eine etwas schlechtere Richtwirkung, die aber durch eine stärkere Wölbung der Oberflächen 16 wieder ausgeglichen werden kann.

Im folgenden soll nun die Wirkung der erfindungsgemäß ausgebildeten Linse 14 näher untersucht werden. Hierbei wird von einer Anordnung gemäß Fig. 1 ausgegangen.

Wird der Lautsprecher 10 gemäß Fig. 1, ohne daß eine akustische Linse 14 die Schallaustrittsöffnung 15 verschließt, mit einer Signalspannung beaufschlagt, so ergibt sich, wenn der Abstand H = 0 ist, ein Richtdiagramm gemäß Fig. 6a. Diesem Diagramm ist entnehmbar, daß bereits bei 5 kHz eine Bündelung auftritt, weshalb für die Berechnung des Bündelungsmaßes d(ω) gemäß Gleichung 6 ein Schalldruckpegel L_K(ω) des zugehörigen Kugelstrahlers von 85 dB angenommen wird. Dementsprechend erhält man für 12 kHz ein d_12kHz von 3,5 dB. Die Abstrahlwinkel Θ_5kHz und Θ_12kHz betragen 143° bzw. 73° Diese Messung dient als Referenz für die bündelnde Wirkung der nachfolgend beschriebenen Anordnung.

Wird die soeben erläuterte Referenzanordnung so modifiziert, daß die Schallaustrittsöffnung 15 mit einer Linse 14 aus Schaumstoff verschlossen wird, so führt dies, wenn eine der Oberflächen 16 der Linse 14 konvex gekrümmt ist, zu den im Richtdiagramm gemäß Fig. 6b gezeigten Verhältnissen. Ein Vergleich zwischen den Richtdiagrammen gemäß Fig. 6a und b macht deutlich, daß die einfach konvexe Linse 14 alleine mit einem Θ_5kHz von 141° und einem Θ_12kHz von 58° bei tiefen Frequenzen keine Wirkung zeigt, während bei hohen Frequenzen der Abstrahlwinkel um 18° verringert wird.

Das Richtdiagramm gemäß Fig. 6c zeigt die Verhältnisse, die entstehen, wenn bei der Referenzanordnung anstatt einer einfach konvexen Linse 14 eine doppelt konvexe Linse 14 verwendet wird. Deutlich ist der Darstellung gemäß Fig. 6c entnehmbar, daß die doppelt konvexe Linse 14 mit einem Winkel Θ_5kHz von 120° und Θ_12kHz von 41° eine weitere Bündelung der Schallwellen bewirkt.

Wird die Anordnung gemäß Fig. 1 so modifiziert, daß der Abstand H < 0 ist, so entsteht ein zylindrisches Rohr zwischen der Membran 12 und der Schallaustrittsöffnung 15. Diese Rohr, welches auch im Zusammenhang mit dieser Anmeldung auch als Vorsatz 18 oder Adapter bezeichnet ist, führt zu dem in Fig. 6d gezeigten Richtdiagramm, wenn die Schallaustrittsöffnung 15 nicht mit einer Linse 14 verschlossen ist. Dieses zylindrische Rohr 18, welches einen Abstand H von 12 mm hat, bündelt im Vergleich zu einer Anordnung, die dem Diagramm gemäß Fig. 6a zugrunde liegt, hauptsächlich bei 5_kHz, während die Abstrahlung bei 12_kHz vermutlich aufgrund von Beugungseffekten verbreitert wird. Dies spiegelt sich auch in einem Abstrahlwinkel Θ_5kHz von 63° und Θ_12kHz von 108° wider. Das Bündelungsmaß d_12kHz ist mit 1dB geringer als ohne den rohrförmigen Vorsatz 18.

Mit den Fig. 6e und f sind die Richtdiagramme gezeigt, welche sich ergeben, wenn die an das zylindrische Rohr 18 anschließende Schallaustrittsöffnung 15 mit einer einfach konvexen Linse 14 bzw. doppelt konvexen Linse 14 verschlossen ist. Da diese Linsen 14 gleichfalls aus Schaumstoff gebildet sind und der Schaumstoff den Pegel vor allem bei hohen Frequenzen stark reduziert, sind die Angaben zum Bündelungsmaß d_12kHz, das sich stets auf ein ungerichtetes Schallfeld der zugehörigen Kugelwelle mit 85 dB bezieht, nicht mehr sinnvoll. Gleichwohl ergeben sich gute Aussagen für die Abstrahlwinkel. Im Vergleich zu einer Anordnung, welche dem Diagramm gemäß Fig. 6d zugrunde liegt, wird bei einer einfach konvexen Linse 14 an der Schallaustrittsöffnung 15 der Winkel Θ_5kHz mit 68° kaum verändert, während in Fig. 6e der Winkel Θ_12kHz mit 65° erheblich reduziert ist. Dem Diagramm gemäß Fig. 6f, welches von einer Anordnung ausgeht, die dem Diagramm gemäß Fig. 6d zugrunde liegt, kann entnommen werden, daß bei Verwendung einer doppelt konvexen Linse 14 bei einem Anstrahlwinkel Θ_5kHz von 77° eher eine Streuung auftritt. Bei hohen Frequenzen entstehen Nebenmaxima, so daß bei einem Abstrahlwinkel Θ_12kHz von 42° eine sehr starke Bündelung auftritt. Solche Bündelungen lassen sich gemäß dem Stand der Technik nur mit konisch ausgebildeten Vorsätzen realisieren, welche der Membran vorgeordnet werden und welche den in Fig. 1 gezeigten zylindrischen Vorsatz 18 ersetzen. Nähere Einzelheiten hierzu sind der Fig. 3, welche noch weiter unten erläutert wird, entnehmbar. Wird ein Lautsprecher 10 gemäß Fig. 1 nicht mit einem zylindrischen, sondern konisch ausgebildeten Vorsatz 18.1 (siehe Fig. 3) versehen, wobei dieser Vorsatz 18.1 eine dem Abstand H in Fig. 1 entsprechende Tiefe von 25 mm bei einem Öffnungswinkel von etwa 60° hat, so ergibt sich ein Richtdiagramm gemäß Fig. 6 g. Aus diesem Diagramm ist entnehmbar, daß der Vorsatz 18.1 schon bei 5 kHz eine deutliche Bündelung bewirkt. Ein Vergleich mit einer Anordnung, die Fig. 6a zugrunde liegt, zeigt den großen Einfluß eines so gestalteten Vorsatzes 18.1 auf die Richtcharakteristik der Kalotte 12. Laut Gleichung 7 ist bereits ab etwa 4 kHz eine Leistungsanpassung zu erwarten. Die relativ geringen Abstrahlwinkel Θ_5kHz und Θ_12kHz von 68° und 40° verdeutlichen die bündelnde Wirkung des Kegels, ebenso wie das Bündelungsmaß d_12kHz von 9 dB. Nur der Vollständigkeit sei darauf hingewiesen, daß größere Abmessen von konischen Vorsätzen 18.1 zwar zu einer weiteren Bündelung führen, jedoch zu keiner weiteren und über den Wert von 9 dB hinausgehenden Anhebung des Bündelungsmaßes d_12kHz führen. Wird jedoch der konische Vorsatz 18.1, der im Zusammenhang mit Fig. 6g erörtert wurde, mit einer einfach konvexen Linse 14 aus Schaumstoff kombiniert, ergibt sich ein Richtdiagramm gemäß Fig. 6 h. Das Bündelungsmaß d_12kHz verringert sich dabei durch die Dämpfung des Schaumstoffs auf 7,5 dB, der Pegel auf der Achse liegt aber gegenüber einer Kalotte 12 ohne Vorsatz 18 (Verhältnisse wie bei Fig. 6 a) dennoch um 4 dB höher. Außerdem ist der Abstrahlwinkel Θ_12kHz auf 37° reduziert, wodurch die größere Richtwirkung einer solchen Anordnung gegenüber der Verwendung eines bloß konischen Vorsatzes 18.1 zum Ausdruck kommt.

Wird eine Anordnung, welche dem Richtdiagramm gemäß Fig. 6h zugrunde liegt, in eine Einbauwand (nicht dargestellt) so eingesetzt, daß die aus Lautsprecher 10, Vorsatz 18.1 und akustischer Linse 14 gebildete Einheit quer zur Lautsprechermittelachse verkippt werden kann, so behält die Hauptkeule für Winkelwerte von +45° und -45° die ihre zur 0°-Position symmetrische Gestalt. Würde hingegen nur die akustische Linse 14 bzw. die Linse 14 zusammen mit dem Vorsatz 18.1 relativ zum Lautsprecher 10 verkippt, wären Unsymmetrien in der Keulenform die Folge. Diese Unsymmetrien, welche insbesondere bei hohen Frequenzen auftreten, haben ihre Ursache darin, daß beim Verkippen die von der Membran 12 abgestrahlten Schallwellen nicht mehr im rechten Winkel in den Vorsatz 18.1 bzw. die Linse 14 eintreten. Die weitere Folge einer solchen Verkippung ist auch, daß der Abstrahlwinkel vergrößert und das Bündelungsmaß etwas verringert wird. Letzteres heißt aber nicht, daß die aus Schaumstoff gebildete Linse 14 und der Vorsatz 18.1 nur zusammen mit dem Lautsprecher 10 verkippt werden kann. Ist beispielsweise der Schaumstoff aus welchem die Linse 14 geformt ist, nicht wie in den vorherigen Ausführungen in bezug auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen homogen ausgebildet, sondern weist dieser Schaumstoff quer und/oder längs zur Schallwellenrichtung Bereiche auf, die bezogen zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im übrigen Schaumstoffmaterial unterschiedliche Werte haben, so kann diese Inhomogenität dazu genutzt werden, die entstehenden Unsymmetrien der Hauptkeule zu kompensieren. In ähnlicher Weise kann eine unsymmetrische Formgebung der Linse 14 genutzt werden, indem beispielsweise diese Linse 14 in bestimmten Bereich dicker ausgebildet ist, bzw. in bestimmten Bereichen eine vom übrigen Wölbungsradius abweichenden Wölbungsradius aufweist.

Eine zur Ausrichtung der Hauptkeule notwendige Verkippung der Linse 14 ist aber dann nicht notwendig, wenn die Linse 14 nicht wie in den vorherigen Beispielen rotationssymmetrisch aufgebaut ist, sondern bloß eine eindimensionale Wölbung aufweist. Auch sind in diesem Zusammenhang zweidimensional gewölbte Linsenoberflächen zulässig, sofern die zueinander senkrecht verlaufenden Wölbungsachsen der jeweiligen Linsenoberfläche 16 unterschiedliche Wölbungsradien haben. Eine mögliche Formgebung, die diese Bedingungen erfüllt, ist beispielsweise ein Halbwalzenprofil.

In Fig. 3 ist eine solche halbwalzenförmige Linse 14 so auf den großen Öffnungsquerschnitt des trichterförmigen Vorsatzes 18.1 aufgesetzt, daß in der Ausgangslage die Zenitlinie der halbwalzenförmigen Linse 14 in der Papierebene verläuft. Links und rechts vom Lautsprecher 10 sind Reflexionsflächen 21 angedeutet. Da die von der Membran 12 abgestrahlten Schallwellen in der Ausgangslage der Linse 14 mangels einer längs zur Zenitlinie verlaufenden Krümmung der Oberfläche 16.1 in der Raumrichtung zu den Flächen 21 wenig gebündelt werden, können die Schallwellen auf die Flächen 21 auftreffen. Die Folge können unerwünschte Verfälschungen der Schalldarbietung sein, weil die von den Flächen 21 reflektierten Schallwellen im Vergleich zum Direktschall bei einem Zuhörer im Abhörraum 17 mit zeitlicher Verzögerung eintreffen. Wird jedoch zumindest die halbwalzenförmige Linse 14 aus ihrer Ausgangslage um 90° gedreht, so daß die Zenitlinie der Oberfläche 16.1 senkrecht zur Papierebene verläuft (in Fig. 3 ausgezogen gezeigt), wird durch die gegebene Krümmung der Oberfläche 16.1 und die dadurch bewirkte Bündelung der Schallwellen eine Reflexion an den Flächen 21 ausgeschlossen. Wird beispielsweise ein Fig. 3 entsprechender Lautsprecher nahe der A-Säule in dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges eingesetzt und sind Reflexionen der Schallwellen in Richtung zum Fahrzeugboden bzw. Fahrzeughimmel unkritisch, so kann durch eine parallele Ausrichtung der Zenitlinie der halbwalzenförmigen Linse 14 zur von der Vordertür gebildete Fläche eine dortige Reflexion ausgeschlossen werden. Da der Lautsprecher 10 gemäß Fig. 3 bis auf die halbwalzenförmige Linse 14 rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Ausrichtung der verschiedenen Bündelungskeulen auf die Bedürfnisse des Zuhörers auch dadurch realisiert werden, daß die gesamte und aus den Teilen 11, 12, 13, 14 und 18.1 gebildete Einheit beispielsweise mit dem Gehäuserand 20 drehbar in eine Einbauwand (nicht dargestellt) eingesetzt ist.

Der in Fig. 4 gezeigte Lautsprecher 10 ist als Konuslautsprecher ausgebildet. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß der für Kalottenmembranen 12 (Fig. 3) vorteilhafte trichterförmige Vorsatz 18.1 vom Innenmantel 19 der Konusmembran 12 gebildet wird. Ferner ist in Fig. 4 die der Membran 12 zugewandte Oberfläche 16.2 gewölbt ausgebildet. Wird der Abstand A zwischen dem Zenit der Oberfläche 16.2 und dem Antriebssystem 11 reduziert, wird die Linse 14 teilweise vom Innenmantel 19 der Membran 12 umgeben. Die Ausführung im letztbenannten Sinne führt zu einer erheblichen Reduzierung der Einbautiefe dieser Anordnung.

Claims (7)

1. Lautsprecher mit einer von einem Antriebssystem (11) angetriebenen Membran (12), welche die von der Membran (12) erzeugten Schallwellen in einen Abhörraum (17) abstrahlt, und mit einer akustischen Linse (14), welche der Membran (12) in Richtung zum Abhörraum (17) vorgelagert angeordnet ist und welche von zumindest einem Teil der von der Membran (17) erzeugten Schallwellen durchdrungen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Linse (14) aus einer Schicht gebildet ist, welche für die von der Membran (12) in Richtung zum Abhörraum (17) abgestrahlten Schallwellen durchlässig ist und in welcher die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen zumindest ungleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Raum zwischen der Membran (12) und der akustischen Linse (14) ist.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Linse (14) aus Schaumstoffmaterial gebildet ist.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der quer zur Lautsprechermittelachse verlaufenden Oberflächen (16) der akustischen Linse (14) ein- oder zweidimensional gewölbt ausgebildet ist.

4. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Membran (12) selbst keine konische Form besitzt ein trichterförmiger und mit einem großen und einem kleinen Öffnungsausschnitt versehener Vorsatz (18.1) vorhanden ist, wobei der kleine Öffnungsausschnitt mit dem Lautsprecher (10) und der große Öffnungsausschnitt mit der akustischen Linse (14) verbunden ist.

5. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Linse (14) im Falle, daß die Membran (12) konisch geformt ist, mit der der Membran (12) zugewandten Oberfläche (16.2) zumindest teilweise in den Membrankegel ragt, und im Falle, daß ein trichterförmiger Vorsatz (18.1) vorhanden ist, die der Membran (12) zugewandte Oberfläche (16.2) zumindest teilweise in den großen Öffnungsausschnitt des Vorsatzes (18.1) ragt oder die Linse (14) selbst im Vorsatz (18.1) angeordnet ist.

6. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Linse (14) mit den übrigen Bauteilen des Lautsprechers (11, 12, 13, 18) um die Lautsprechermittelachse drehbar verbunden ist oder der gesamte Lautsprecher (11, 12, 13, 14, 18) um die Lautsprechermittelachse drehbar in eine Einbauwand eingesetzt ist.

7. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet daß die akustische Linse (14) um die Lautsprecherachse kippbar mit den übrigen Teilen des Lautsprechers (11, 12, 13 und/oder 18) verbunden ist oder daß die akustische Linse (14) mit den übrigen Teilen des Lautsprechers (11, 12, 13, 18) verbunden ist und daß diese Einheit quer zur Lautsprechermittelachse verkippbar in eine Einbauwand eingesetzt ist.