DE19843323C2 - Phasenstecker für einen Lautsprecher und Lautsprecher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressionsantrieb oder einen Phasenstecker und insbesondere einen Kompressionsantrieb mit im wesentlichen gleichen Eingabe- und Ausgabeöffnungsflächen und im wesentlichen geraden akustischen Wegen dazwischen.

Kompressionsantriebe bei Trichterlautsprechersystemen sind bekannt. Die Funktion eines Phasensteckers bei einem Kompressionsantrieb ist die Schaffung eines akustischen Weges, der phasenverschobene akustische Signale und eine Auslöschung oder löschende Interferenz verringert. Es ist jedoch schwierig, einen effizienten und zufrieden­ stellenden Betrieb solcher Lautsprechersysteme zu errei­ chen.

Damit dies verständlich wird, müssen die herrschenden akustischen Prinzipien betrachtet werden. Ein Kompressionsantrieb ist zur Erhöhung der Wirksamkeit eines Lautsprechers konstruiert, wobei die akustische Energie komprimiert und durch einen Kanal zur Eintrittsöffnung eines Trichters befördert wird. In der Vergangenheit wurden viele Wiederholungen von Kompression und Kanalisierung ausgeführt. Zum Beispiel gibt es Kompressionsantriebe mit kreisförmigen Ringen (Umfangsschlitz), Kanälen und Phasenstecker mit Lochanordnung. Ein Phasenstecker dient dazu, den Ton zu komprimieren und die akustischen Weglängen auszugleichen, wodurch Hochfrequenzlöschungen, die durch Phasenunterschiede verursacht werden, minimiert werden. Diese früheren Anordnungen haben keine vollkommen zu­ friedenstellende Umwandlung des akustischen Signals ergeben und haben insbesondere nicht zu Umwandlungen ohne Hochfrequenzinterferenz geführt.

Aus der US 51 17 462 als nächstliegendem Stand der Technik ist ein verbesserter Phasenstecker für einen Kompressionsantrieb bei Lautsprechern mit Kugelmembran bekannt. Der bekannte Phasenstecker ist in Form eines abgestumpften Kegels ausgebildet mit einer kugelförmigen Eingangsfläche, die mit der Kugelmembran des Lautsprechers konform ist, mit eine Auslaß-Stumpffläche und mit einer konischen Außenwand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen bekannten Phasenstecker für einen Lautsprecher und einen bekannten Lautsprecher derart weiterzubilden, daß die Schallumsetzung, insbesondere im Hochfrequenzbereich noch weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Genauer gesagt besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die konische Außenwand, die die kugelförmige Eingangsfläche mit der Auslass-Stumpffläche verbindet, senkrecht zu der kugelförmigen Eingangsfläche und der kugelförmigen Kugelmembran des Lautsprechers ausgebildet ist.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Lautsprecher mit einem Trichter versehen, der einen Trichterwinkel aufweist, und die Auslaß-Stumpffläche wird durch einen Schnitt der Wände des Kegels mit einem Kegel, der mit dem Trichterwinkel gebildet ist, definiert.

In einer beispielhaften Ausführungsform haben die Kanäle im allgemeinen überall zwischen der kugelförmigen Eingangsfläche und der Auslass-Stumpffläche eine gleiche Öffnungsfläche und definieren im allgemeinen gleiche akustische Weglängen. Die Querschnittsfläche der Kanäle kann von der Eingangsfläche zu der Auslass-Stumpffläche hin zunehmen. In einer weiteren beispielhaften Anordnung divergieren die Querschnittsflächen der Kanäle nach außen zu der Kegelwand und zu der Auslass-Stumpffläche.

Fig. 1 ist eine perspektivische Vorderansicht des Phasensteckers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht von hinten des in Fig. 1 dargestellten Phasensteckers;

Fig. 3 ist ein Seitenriß des in Fig. 1 dargestellten Phasensteckers;

Fig. 4 ist ein Aufriß von vorne des in Fig. 1 dargestellten Phasensteckers;

Fig. 5 ist ein Aufriß von hinten des in Fig. 1 dargestellten Phasensteckers;

Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 4;

Fig. 6A ist ein Seitenriß eines Formsegments, das einen Schlitz definiert;

Fig. 7 ist eine fragmentarische, schematische Schnittansicht, die einen Phasenstecker der Erfindung eingebaut in einen Trichterlautsprecher mit einer Kugelmembran zeigt; und

Fig. 7A ist eine fragmentarische Vergrößerung eines Teils des in Fig. 7 dargestellten Lautsprechers.

Fig. 1-6A zeigen einen Kompressionsantrieb oder einen Phasenstecker 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Phasenstecker 10 weist im allgemeinen die Form eines abgestumpften Kegels auf. Der Phasenstecker 10 hat eine kugelförmige Eingangsfläche 14, eine ebene Ausgabe- oder Auslass-Stumpffläche 16 und eine dazwischenliegende, konische Außenwand 18. Die Außenwand liegt in einem Winkel in bezug auf die mittlere oder akustische Achse A0 und definieren den Kegelwinkel θc (Fig. 6). Die Außenwand 18 liegt senkrecht zu der kugel­ förmigen Eingangsfläche und sorgt für einen akustischen Weg, der im allgemeinen für alle Frequenzen gleich ist, wodurch eine löschende Interferenz verringert wird.

Die Kugelfläche 14 weist einen Flanschteil 20 zur Anordnung des Steckers 10 in einem Trichterlautsprecher auf, wie in der Folge beschrieben wird. Die Außenwand 18 des Phasensteckers 10 kann mit Formvertiefungen 22 zur Gewichtsverringerung ausgeführt sein. Die akustische Achse A erstreckt sich von der Eingangsfläche 14 zu der Auslass-Stumpffläche 16.

Der Phasenstecker 10 ist mit einer Mehrzahl von Kanälen 24 ausgebildet, welche die Form von manderinenförmigen Abschnitten aufweisen und zwischen der Eingangsfläche 14 und der Außenfläche 16 verlaufen. An der Eingangsfläche 14 haben die Kanäle 24 eine im allgemeinen gleichmäßige Breite W1 und bilden rechteckige Öffnungen oder Schlitze 26. In der Eingangsfläche bilden die Schlitze 26 eine Öffnungsfläche, die ungefähr 1/10 der Gesamtfläche der kugelförmigen Eingangsfläche 14 beträgt.

Die Kanäle 24 behalten im allgemeinen die Breite W1 von der Eingangsfläche 14 zu der Auslaß-Stumpffläche 16 entlang dem Innenrand bei. Die Kanäle 24 divergieren jedoch nach außen zu einer Breite W2 in der Nähe der Auslass-Stumpffläche 16, wie dargestellt, und bilden dort dreieckige Spalten oder Öffnungen 28. Die dreieckigen Öffnungen 28 an der Auslass-Stumpffläche 16 nehmen einen viel größeren Prozentsatz deren Fläche ein und haben eine Gesamtöffnungsfläche, die mindestens gleich der Öffnungsfläche der Schlitze 26 in der Eingangsfläche 14 ist. Die Öffnungsfläche, die durch die Kanäle 24 bei jedem Querschnitt zwischen dem Eingang 14 und dem Auslaß 16 dargestellt ist, ist für gewöhnlich nicht kleiner als die Öffnungsfläche der Schlitze 26 in der Eingangsfläche. Dadurch werden Kanäle 24 gebildet, die ein Hindurchgehen von akustischer Energie durch den Stecker 10 ohne In­ terferenz ermöglichen.

Die Kanäle werden durch eine Reihe von Oberflächen gebil­ det. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Phasenstecker 10 durch ein Preßverfahren gebildet.

Demnach wird die Preßform mit Oberflächenteilen zur Herstellung der Kanalgeometrie gebildet. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Kanäle in dem Phasenstecker 10 durch einen ersten radialen Schnitt 30 mit einem Radius R gebildet. Ein zweiter radialer Schnitt 32 mit demselben Radius R wird in dem Phasenstecker 10, wie dargestellt, ausgebildet. Ein dritter radialer Schnitt 36 wird in dem Phasenstecker 10 ebenso mit einem Radius R gebildet. Ein gerader vierter Schnitt entlang der Linie 38 wird, wie dargestellt, ausgeführt. Der erste Schnitt 30 weist im allgemeinen eine gleichförmige Breite W1 auf. Die Schnitte 32 und 36 divergieren ebenso wie Schnitt 38 nach außen. Die verschiedenen Begrenzungslinien 32, 36 und 38 werden in der Endform geglättet, so daß ein sanfter Übergang im Kanal 24 entsteht. Ein Profil der Schnitte ist in Fig. 6A als Teil des Formsegments dargestellt.

Wie in Fig. 2 und 6 dargestellt, ist die Auslass- Stumpffläche einer Mehrzahl von radialen Rippen 40 ähnlich, die von einer konischen Spitze 42 ausgehen und eine ringförmige Öffnung 44, wie dargestellt, aufweisen. Die Öffnungen 22, die in der konischen Außenwand 18 ausgebildet sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist, verringern das Gewicht und die Formabkühlzeit.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Phasensteckers, in dem der Trichterlautsprecher 60 mit dem Phasenstecker 10 der Erfindung und einem Trichter 70 ausgestattet ist. Der Lautsprecher 60 enthält eine Magnetstruktur 62 und eine darin befestigte Membran 64. In den beispielhaften Ausführungsformen hat die Membran 64 eine Kugelform und die Eingangsfläche 14 des Phasensteckers 10 ist, wie dargestellt, mit dieser konform.

Der Magnet 62 hat ein Innenpolstück 65, ein Außenpolstück 68 und eine vordere und hintere Platte 70 und 72. Das In­ nenpolstück 66 hat eine konische Seitenwand 76 zur Aufnahme des Phasensteckers 10 wie dargestellt. Die Seitenwand 76 und die Phasensteckeraußenwand 18 weisen im allgemeinen dieselbe Form auf, so daß der Phasenstecker 10, wie dargestellt, in dem Innenpolstück 66 konform ist. Das Innenpolstück 66 weist eine Auflagefläche 78 auf und der Flanschteil 20 des Phasensteckers 10 liegt, wie dargestellt, gegen die Auflagefläche 78 in dem Magnet 62. Der Phasenstecker 10 und die Seitenwand 78, das Innenpolstück 66 haben denselben Kegelwinkel θc.

In der beispielhaften Ausführungsform bilden das Innen­ polstück 66 und die vordere Platte 70 einen ringförmigen Luftspalt 80. Die Membran 64 weist einen radial verlaufenden Ring 82 auf, der zwischen inneren und äußeren Aufhängeösen in einer Ausnehmung 88 erfaßt wird, die in der vorderen Platte ausgebildet ist, und durch einen Befestigungsring und Schrauben (nicht dargestellt) befestigt wird. Eine ringförmige Schwingspule 92 hängt von der Membran in den Luftspalt 80.

Wie zuvor festgestellt wurde, ist die Außenwand 18 des konischen Phasensteckers 10 senkrecht zu der Eingangsfläche 14 und ist ebenso senkrecht zu der Membran 64. Gemäß der Erfindung haben sowohl die Membran 64 als auch der Phasenstecker 10 einen gemeinsamen Brennpunkt F. Tatsächlich haben alle Punkte auf der Membran und alle Punkte auf der Eingabefläche 14 des Steckers 10 denselben Brennpunkt F.

Der Lautsprecher 60 hat einen Trichter 100, der an der hinteren Platte 72 des Magneten 62 befestigt ist. Der Trichter 100 hat einen Trichterwinkel ϕ_h, der einen Kegel definiert. Die hintere Platte 72 weist eine Öffnung 102 auf, die eine geformte Verlängerung einer Innenfläche 106 des Trichters 100 an dem proximalen oder Einlaßende 108 ist.

In der beispielhaften Ausführungsform hängt die Geometrie des Trichters 100 mit jener des Phasensteckers 10 zusammen. Die Position der Auslass-Stumpffläche 16 ist durch den Schnitt der konischen Außenwand 18 mit der Verlängerung der Innenfläche 106 des angeordneten Trichters 100 und einen Kegel, der durch den Trichterwinkel ϕ_h gebildet wird, definiert. Daher ist offensichtlich, daß die Öffnungsfläche der Auslass- Stumpffläche 16 der offenen Fläche des proximalen oder Einlaß-Endes 108 des Trichters 100 entspricht. Der Schnitt der beiden Flächen liegt auf einer Ebene P und die Ausgabe- oder Auslass-Stumpffläche des Phasensteckers 10 liegt, wie dargestellt, in derselben Ebene P.

Der Phasenstecker 10 der Erfindung erhöht den Hochfrequenzausgang. Dies wird durch geometrisches Fokussieren der akustischen Energie auf einen Mittelpunkt erreicht, wo alle Weglängen im wesentlichen gleich sind. Die Öffnungsfläche der Kanäle 24 ist derart, daß die Öffnungsfläche der Auslaßöffnungen 28 des Phasensteckers 10 gleich groß oder größer als die Öffnungsfläche der Schlitze 26 am Eingang oder an der Eingangsfläche 14 gehalten wird. In der beispielhaften Ausführungsform kann die Kanalquerschnittsfläche zur Auslass-Stumpffläche 16 hin etwas zunehmen.

Die Länge des abgestumpften Kegels des Phasensteckers 10 wird bestimmt, indem zunächst eine Tangente von den äußeren Grenzen des Membranradius gerade zum Brennpunkt F gezogen wird, wodurch der Kegelwinkel θc erzeugt wird. Der Eintrittsöffnungs- oder Trichterwinkel ϕ_h des Trichters 70 wird dann erweitert, bis er einen Kegel definiert, der den Phasenstecker-Kegelwinkel θc schneidet. Dieser Schnitt zwischen den beiden Kegeln definiert eine Ebene P, wo die Abstumpfung an dem Phasenstecker ausgeführt wird. Die Auslaß-Stumpffläche 16 des Phasensteckers 10 hat die scharf begrenzte, kegelförmige Mitte 42 mit der ring­ förmigen Fläche 44 um den Kegel, die zu den akustischen Rippen 45 hin geöffnet ist. Dadurch wird die akustische Energie mit einem Minimum an innerer Beugung beeinflußt. Somit wandelt die Erfindung eine Kugelwelle, die durch die Membran erzeugt wird, am Eingang des Trichters in eine ebene Welle um, während der Hochfrequenzgang des Kompressionsantriebs erhöht wird. Daher besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, daß sie ein Doppelbrennpunktsystem verwendet, wobei die Membran und der Phasenstecker denselben Brennpunkt haben.

Der Phasestecker sorgt auch für eine minimale Beugung durch zentrales Fokussieren der akustischen Energie durch die Kanäle 24. Der Phasenstecker der Erfindung mit der allgemeinen Form einer Kuppel an einer Seite und dem abgestumpften Kegel an der anderen kann so beschrieben werden, daß er auf der geometrischen Mitte einer Kugel fokussiert oder zentriert ist, wobei die äußeren Grenzen der Außenwand 18 senkrecht zu der Kugelfläche 14 am Eingang und auch senkrecht zu der Kugelmembran 64 liegen.

Der Phasenstecker konzentriert die gesamte akustische Energie auf einen Mittelpunkt und die Abstumpfung des Kegels wird durch den Eingang zu der Trichtereintrittsöffnung definiert. Mit anderen Worten, die Abstumpfung wird an dem Punkt im Raum ausgebildet, wo die vereinte Fläche der Kanäle innerhalb des Phasensteckers gleich einer Eintritts­ öffnungsquerschnittsfläche des Trichters ist.

Ferner ist offensichtlich, daß die Eingangsfläche 14 des Phasensteckers 10 in mehrfache Segmente 26 unterteilt ist, die ein relativ hohes Kompressionsverhältnis von etwa 10 zu 1 erzeugen, das heißt, die kugelförmige Eingangsfläche 14 und die Fläche der Schlitze 26 haben ein Verhältnis von etwa 10 zu 1. Der Auslaß des Phasensteckers 10 wurde optimiert, so daß dessen offene Fläche gleich oder größer als die offene Fläche des Eingangs gehalten wird. Diese Austrittsfläche ist ebenso gleich dem Eingang zu dem Trichter. Die innen offenen Kanäle 24 innerhalb des Phasensteckers wurden so geformt, daß sie den Fokussierungseffekt der akustischen Welle erzeugen, während diese durch den Stecker wandert. Der Grund dafür ist die Umwandlung einer Kugelwelle in eine ebene Welle bevor die akustische Energie an der Eintrittsöffnung des Trichters anlangt, ohne eine akustische Reflexion innerhalb des Phasensteckers zu erzeugen. Dies verhindert wiederum eine Impedanzfehlan­ passung und fokussiert auch die akustische Energie im ge­ samten Frequenzbereich und insbesondere im Hochfrequenzbereich. Der abgestumpfte Kegel wird auf die Mitte der Kugel fokussiert, die durch die Membran dargestellt ist, wobei die Länge des Kegels durch den Schnitt des Trichtereingangs mit dem Kegelwinkel auf der akustischen Achse bestimmt wird. Die Oberflächen der Form, welche die Kanäle bildet, werden entlang der Grenzen geglättet, um eine akustische Interferenz zu verhindern. Der Kegel kann zum Beispiel aus Polyester oder einem anderen geeigneten Material geformt werden.

Claims (8)

1. Phasenstecker (10) in Form eines abgestumpften Kegels für einen Lautsprecher (60) mit einer Kugelmembran (64), mit:
einer kugelförmigen Eingangsfläche (14), die mit der Kugelmembran (64) konform ausgebildet ist, und die relativ zu der Kugelmembran (64) so angeordnet ist, daß die kugelförmige Eingangsfläche und die Kugelmembran einen gemeinsamen Brennpunkt haben;
einer Auslaß-Stumpffläche (16), die eben ausgebildet ist und eine Öffnungsfläche aufweist, die mindestens gleich einer Öffnungsfläche der Eingangsfläche (14) ist; und einer konischen Außenwand (18), die die kugelförmige Eingangsfläche (14) mit der Auslaß- Stumpffläche (16) verbindet, die senkrecht, zu der kugelförmigen Eingangsfläche (14) angeordnet ist und die von der Eingangsfläche zur Auslaß-Stumpffläche verlaufende Kanäle aufweist.

2. Phasenstecker nach Anspruch 1, bei dem die Kanäle (24) über ihre gesamte Länge eine gleiche Öffnungsfläche zwischen dem Eingang und dem Auslaß aufweisen.

3. Phasenstecker nach Anspruch 1, bei dem die Kanäle (24) eine Öffnungsfläche aufweisen, die vom Eingang zum Auslaß hin zunimmt.

4. Phasenstecker nach Anspruch 1, wobei die Kanäle (24) vom Eingang zum Auslaß nach außen divergieren.

5. Phasenstecker (10) nach Anspruch 1, bei dem die Kanäle (24) als Schlitze von der Eingangsfläche (14) zu der Stumpffläche (16) verlaufen und die Kanäle nach außen zu der konischen Außenwand (18) divergieren und innere und äußere Bereiche aufweisen, wobei der innere Bereich als Schlitze in der Eingangsfläche relativ schmal ist, und die äußeren Bereiche als Schlitze in der Stumpffläche (16) relativ breit sind.

6. Phasenstecker nach Anspruch 1, bei dem alle Kanäle (24) gleichartig ausgebildet sind.

7. Phasenstecker (10) nach Anspruch 1, bei dem die Kanäle (24) Wandteile aufweisen, die aus sich schneidenden Oberflächensegmenten gebildet sind, zwischen denen sanfte Obergänge zur Verringerung von akustischen Beugungen vorhanden sind.

8. Lautsprecher mit einem Phasenstecker (10) nach Anspruch 1, wobei der Lautsprecher mit einem Trichter 70) versehen ist, der eine Innenwand aufweist, die in einem ausgewählten Trichterwinkel ∅_h angeordnet ist, und die Stumpffläche durch einen Schnitt der konischen Außenwände (18) und der Innenwand des Trichters definiert ist.