DE19938172C2 - Lautsprecherbox - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprecherbox mit einem Gehäuse und wenigstens einem Lautsprecher mit Chassis.

Lautsprecher werden üblicherweise mit dem Chassis in einem Gehäuse (= sogenannter geschlossener Lautsprecher) eingebaut, um einen akustischen Kurzschluß, d. h. um eine Überlagerung von rückseitigen und frontseitigen Schall und eine damit verbundene Schallauslöschung, weitestgehend zu vermeiden. Die Schallauslöschung ergibt sich dabei durch die Membranbewegung des Lautsprechers und den daraus resultierenden beiden gegenphasigen Schallanteilen. Die Schallausbreitung des geschlossenen Lautsprechers erfolgt insbesondere für tiefe Frequenzen nahezu gleichförmig in alle Richtungen. Für hohe Frequenzen wird eine Richtwirkung erzeugt, indem infolge der bei der Abnahme der Wellenlänge zunehmend auftretenden Reflexionen und Laufzeiteffekten die Schallausbreitung in eine vorgegebene Richtung gebündelt wird. Derartige Lautsprecher sind beispielsweise aus EP 0 481 163 A2, EP 0 523 410 A2 oder DE 195 07 296 A1 bekannt.

Die Schallauslöschung eines offenen Lautsprechers (= Lautsprecher ohne Gehäuse) ist demgegenüber dahingehend begrenzt, daß frequenzabhängig für tiefe Frequenzen eine weitestgehend gute Schallauslöschung und für hohe Frequenzen eine wesentlich schlechtere Schallauslöschung erzielt wird. Im Bereich der Membranebene des Lautsprechers ergibt sich darüber hinaus über einen besonders großen Frequenzbereich eine weitestgehend gute Schallauslöschung (= Nullstelle). Demzufolge weist der offene Lautsprecher üblicherweise im Hinblick auf die Schallausbreitung im Bereich des Lautsprechers eine sogenannte Dipol-Charakteristik (auch Acht-Charakteristik genannt) auf.

Nachteilig ist bei beiden Lautsprechern - offener und geschlossener, daß eine Schallwiedergabe im Baßbereich mit einer hinreichend guten Richtwirkung nicht gewährleistet ist. Für hohe Frequenzen ist der geschlossene Lautsprecher (= die Lautsprecherbox) besonders geeignet, da hier eine besonders gute Richtwirkung erzielt wird. Im Baßbereich zeigt weder die Lautsprecherbox noch der offene Lautsprecher eine hinreichend gute Richtwirkung.

Daher werden üblicherweise zur Erzeugung von Richtwirkung im Baßbereich mehrere Lautsprecher, z. B. zwei Lautsprecher, miteinander gekoppelt. Dabei arbeiten die beiden Lautsprecher gegenphasig zueinander. Die aus der Kopplung der beiden Lautsprecher resultierenden akustischen und elektrischen Pfade sind derart zueinander eingestellt, daß die elektrische Laufzeit in etwa der akustischen Laufzeit entspricht. Abhängig von der Art der verwendeten Lautsprecher - geschlossene oder offene Lautsprecher - sind verschiedene Richtcharakteristiken, z. B. nierenförmige oder keulenförmige Richtcharakteristiken, ermöglicht. Alternativ können zur Erreichung von Richtwirkung im Baßbereich auch sogenannte Lautsprecher-Arrays oder Lautsprecher-Zeilen eingesetzt werden. Diese Lösungen benötigen alle mehrere Lautsprecher und sind daher im Aufbau besonders aufwendig und kostenintensiv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lautsprecherbox anzugeben, die in besonders einfacher Art und Weise eine Richtwirkung auch im Baßbereich ermöglicht. Darüber hinaus soll eine Kopfstütze angegeben werden, die eine gute Baßwiedergabe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß zur individuellen Beschallung von vorgegebenen Raumbereichen im Hinblick auf die Schallausbreitung eine Richtwirkung für einen großen Frequenzbereich erzielt werden sollte, wobei Rückkopplungen des Lautsprechers vermieden werden sollten. Dabei sollte der Lautsprecher derart kompakt ausgeführt sein, daß dieser auch in kleineren Lautsprecherboxen einsetzbar ist. An Stelle von einer herkömmlichen mehrere Lautsprecher umfassenden Lautsprecheranordnung, die im Baßbereich eine Richtwirkung erzielt, geht die Erfindung davon aus, daß ein einzelner Lautsprecher mit dem dazugehörigen Chassis sowie dessen Anordnung in der Gehäusewand derart ausgeführt ist, daß bei der Schallausbreitung eine Schallüberhöhung in eine vorgegebene Richtung durch Überlagerung von Schallanteilen entsteht. Dabei wirkt die Gehäusewand als ebene Schallwand für den Lautsprecher, so daß in Zusammenwirken mit dem restlichen Gehäuse front- und rückseitiger Schall, welche verschieden stark und gegenphasig sind, zu einer Richtwirkung mit einer Schallüberhöhung in eine Vorzugsrichtung und mit einer Schallabsenkung in dazu abgewandten Richtungen führen. Mit anderen Worten: Durch die Anordnung des einzelnen Lautsprechers in dem speziell angepaßten Gehäuse wird vorteilhafterweise für den einzelnen Lautsprecher eine Richtwirkung auch für den niederfrequenten Bereich erzeugt. Somit wird besonders vorteilhaft in Richtwirkung die abgegebene Leistung im niederfrequenten Bereich erhöht.

Zweckmäßigerweise überlagern sich der rückseitige und der frontseitige Schall im Bereich des Lautsprechers in Form einer Birne. Eine derartige birnenförmige Richtwirkung (auch Hyperniere genannt) ist bevorzugt auf das Nahfeld des Lautsprechers und für den Frequenzbereich auf den Baßbereich eingestellt. Gleichwertig ist beispielsweise auch eine nierenförmige Richtcharakteristik. Dabei kann durch entsprechende Ausführung der Gehäusewand die Richtwirkung derart eingestellt werden, daß davon abhängig im Nahfeld des Lautsprechers für einen bestimmten Abstand eine besonders hohe Richtwirkung erreichbar ist.

Bevorzugtermaßen ist das Chassis in einer Spiegelebene des Gehäuses angeordnet. Durch diese spiegelsymmetrische Anordnung des Chassis im Quer- oder Längsschnitt des Gehäuses ist beidseitig - frontseitig und rückseitig - jeweils in etwa ein gleiches Luftvolumen gegeben. Somit ist für die Membranbewegung des Lautsprechers in beide Richtungen eine etwa gleich große Federsteifigkeit des Luftvolumens gegeben. Darüber hinaus bewirken die beidseitig in etwa gleich großen Luftvolumen einen besonders gleichen Grund-Frequenzgang.

Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse in Form eines Zylinders ausgebildet. Ein derartiges rohrförmiges Gehäuse mit kreisförmigen Querschnitt ermöglicht besonders einfach eine symmetrische Anordnung des Chassis. Darüber hinaus eignet sich für den Aufbau der Lautsprecherbox vorzugsweise auch ein Gehäuse, welches die Form einer Quaderbox aufweist. Dabei ist der Querschnitt der Quaderbox beispielsweise ein Rechteck oder ein Quadrat. Darüber hinaus wird in ein Gehäuse mit länglichem Quer- oder Längsschnitt vorzugsweise ein ovales Chassis eingebaut.

Für den frontseitigen und den rückseitigen Schall ist vorzugsweise in dem Gehäuse jeweils mindestens eine Schallöffnung vorgesehen. Bevorzugt ist beidseitig die Anzahl der Schallöffnungen gleich. Darüber hinaus ist für eine besonders gute Richtwirkung die Form der Schallöffnung entsprechend gewählt. Zweckmäßigerweise ist wenigstens eine der Schallöffnungen im Bereich des Schallkegels des rückseitigen bzw. frontseitigen Schalls angeordnet.

Zur Erzielung einer zielgerichteten akustischen Dämpfung ist mindestens eine der Schallöffnungen mit Dämmmaterial versehen. Beispielsweise ist die Schallöffnung auf der Rückseite des Chassis mit Dämmmaterial versehen. Durch diese Abdeckung der rückseitigen Schallöffnung wird einseitig eine gezielte Schallabsenkung vorgenommen. Beispielsweise wird einseitig der Frequenzgang besonders breitbandig abgesenkt, indem z. B. dieser 1 bis 8 dB gedämpft wird. Durch diese einseitig gezielte Schallabsenkung ist insbesondere hinsichtlich der Schallausbreitung eine Birnenform erzielt. Als Dämmmaterial dient beispielsweise ein Faserstoff. Durch Einbringung verschiedener akustischer Dämmmaterialien oder unterschiedlicher Mengen oder Dichten des Dämmmaterials ist die Schallabsenkung einstellbar oder variierbar, so daß in einer vorgegebenen Entfernung zur Lautsprecherbox eine besonders gute Richtwirkung erzielt ist.

Bedingt durch die besonders kompakte Ausführung und den besonders kompakten Aufbau der Lautsprecherbox, eignet sich diese zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere in eine Kopfstütze. Je nach Art und Umfang des zu beschallenden Bereichs, z. B. des der Kopfstütze zugehörigen Sitzplatzes, sowie in Abhängigkeit von der gewünschten Intensität der Beschallung dieses Bereichs, ist in der Kopfstütze wenigstens eine Lautsprecherbox integriert. Darüber hinaus können weitere Lautsprecherboxen, insbesondere in Sitzen oder Rückenlehnen, vorgesehen sein. Dabei trägt die Stabilität der Lautsprecherbox zur mechanische Stabilität der Kopfstütze bei, insbesondere ist sie Teil des Rahmens der Kopfstütze. Wird die mechanische Stabilität der Kopfstütze von einer entsprechenden Rahmenkonstruktion erfüllt, so ist das Gehäuse der Lautsprecherbox beispielsweise aus weichem Kunststoff gebildet. Demgegenüber ist das Gehäuse der Lautsprecherbox bevorzugt aus hartem Kunststoff oder Aluminium gebildet, wenn das Gehäuse selbst zur Stabilität der Kopfstütze beiträgt. Diese harten Gehäuseteile werden entsprechend gepolstert, z. B. mit Schaumstoff.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß durch die das Chassis des Lautsprechers umgebende Gehäusewand in dem Gehäuse und deren Aufbau der rückseitige und frontseitige Schall des Lautsprechers insbesondere im niederfrequenten derartig beeinflußt wird, daß einseitig der Schall gezielt so abgesenkt wird, daß die beiden verschieden starken und gegenphasigen Schallanteile zu einer Überlagerung mit einer Richtwirkung in eine Vorzugsrichtung mit Schallüberhöhung und in dazu abgewandte Richtung zu einer Schallabsenkung führen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Daran zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Lautsprecherbox im Querschnitt,

Fig. 2 schematisch die Lautsprecherbox gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 schematisch eine als Quaderbox ausgeführte Lautsprecherbox,

Fig. 4 ein Diagramm für die Richtwirkung des Lautsprechers im Nahbereich (Fig. 4a) und im Fernbereich (Fig. 4b).

Fig. 5 schematisch eine Kopfstütze mit einer integrierten Lautsprecherbox im Längsschnitt,

Fig. 6 schematisch eine Kopfstütze mit einer integrierten Lautsprecherbox in Vorderansicht, und

Fig. 7 schematisch eine Kopfstütze mit einer integrierten Lautsprecherbox als Rohrrahmen.

Gleiche Teile sind an allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Lautsprecherbox 1 dargestellt mit einem Gehäuse 2 und einem Lautsprecher 4 mit einem Chassis 6. Das Chassis 6 ist von einer Gehäusewand 8 umgeben.

Das Gehäuse 2 ist dabei als ein Hohlzylinder ausgebildet. Das Chassis 6 mit der Gehäusewand 8 ist bevorzugt spiegelsymmetrisch im Gehäuse 2 angeordnet, d. h. das Chassis 6 ist im wesentlichen in Längsrichtung des Gehäuses 2 in einer Spiegelebene angeordnet. Hierdurch ist beidseitig des Lautsprechers 4 weitestgehend ein gleich großes Luftvolumen L gegeben ist. Alternativ kann an Stelle der spiegelsymmetrischen Anordnung des Chassis 6 dieses auch zum Teil versetzt im Gehäuse 2 angeordnet sein. Dabei wird zur Erzielung des beidseitig im wesentlichen gleich großen Luftvolumens L des Chassis 6 in der das größere Luftvolumen L aufweisenden Seite beispielsweise ein Ausgleichsvolumen V, z. B. plastische Abdichtschnur oder andere Plastikelemente, angeordnet. Durch das beidseitig - frontseitig und rückseitig - in etwa gleich große Luftvolumen L ist ein im wesentlichen gleicher Frequenzgang ermöglicht.

Die Gehäusewand 8 ist als eine ebene Schallwand ausgeführt Das Gehäuse 2 weist sowohl für den rückseitigen als auch für den frontseitigen Schall jeweils mindestens eine Schallöffnung 10a bzw. 10b auf. Dabei sind die Schallöffnungen 10a und 10b auf einer Linie gegenüberliegend im Gehäuse 2 und im Bereich des Schallkegels des rückseitigen bzw. des frontseitigen Schalls angeordnet. Die rückseitig zum Lautsprecher 4 liegende Schallöffnung 10a ist mit Dämmmaterial 12 versehen. Das Dämmmaterial 12 dient insbesondere dazu, daß der in Richtung der zugehörigen Schallöffnung 10a austretende Schall gezielt abgesenkt wird, so daß frontseitig in Richtung der Schallöffnung 10b gezielt eine Schallüberhöhung eintritt und somit in durch einen Pfeil R dargestellte Vorzugsrichtung eine besonders hohe Richtwirkung durch eine erhöhte Abgabeleistung erzielt ist.

Das in der Schallöffnung 10a angeordnete Dämmmaterial 12 ist im Hinblick auf Art, Menge und Dichte des dabei eingesetzten Materials so gewählt, daß eine definierte Schallabsenkung und daraus resultierend die Richtwirkung in Vorzugsrichtung einstellbar ist. Bevorzugt wird als Dämmmaterial ein Faserstoff verwendet. Die durch das Dämmmaterial 12 erzielte Dämpfung beträgt in einem besonders breitbandigen Frequenzbereich ca. 1 bis 8 dB.

Fig. 2 zeigt die Lautsprecherbox 1 gemäß Fig. 1 in Seitenansicht, wobei sich die das Chassis 6 umgebende Gehäusewand 8 über die gesamte Länge des Gehäuses 2 erstreckt. Dazu wird die Gehäusewand 8 beispielsweise in das Gehäuse 2 eingeführt und in nicht näher dargestellter Art und Weise mit dem jeweiligen Ende des Gehäuse 2 verschlossen bzw. an diesen befestigt. Sowohl rück- als auch frontseitig der Gehäusewand 8 sind eine Mehrzahl von Schallöffnungen 10a bzw. 10b im Gehäuse 2 vorgesehen. Dabei sind die rückseitigen Schallöffnungen 10a mit Dämmmaterial 12 versehen. Der spiegelsymmetrische Aufbau des Chassis 6 in dem Gehäuse 2 kann nicht nur in Längsrichtung, sondern alternativ auch in Querrichtung im Gehäuse 2 ausgeführt sein.

In der Fig. 3 ist eine alternative Form der Lautsprecherbox 1 dargestellt, wobei das Gehäuse 2 in Form einer Quaderbox ausgeführt ist. Das Chassis 6 mit der umgebenden Gehäusewand 8 und dem Lautsprecher 4 ist spiegelsymmetrisch bezüglich der Quaderdiagonalfläche in dem Gehäuse 2 angeordnet. Das Gehäuse 2 umfaßt rück- und frontseitig jeweils zwei Schallöffnungen 10a bzw. 10b. Die rückseitig angeordneten Schallöffnungen 10a sind dabei mit Dämmmaterial 12 versehen. Bedingt durch die rückseitig das Luftvolumen L reduzierende Anordnung des Lautsprechers 4, weist das Gehäuse 2 frontseitig das Ausgleichsvolumen V auf.

Im Betrieb der Lautsprecherbox 1 gemäß Fig. 1 bis 3 wird der rückseitige Schall des Lautsprechers 4 durch das in der Schallöffnung 10a angebrachte Dämmmaterial 12 gezielt abgesenkt, so das die beiden verschieden starken und gegenphasigen Schallanteile in Frontrichtung eine Schallüberhöhung in Richtung der Schallöffnung 10b bewirken. Somit wird mittels der Lautsprecherbox 1 eine Schallausbreitung in Form einer Birne bewirkt, wie sie für den Nahbereich (für ca. 15 cm Abstand vom Lautsprecher 4) in der Fig. 4a und für den Fernbereich (für ca. 60 cm Abstand vom Lautsprecher 4) in der Fig. 4b beispielhaft dargestellt ist. Dabei charakterisiert die jeweilige dünne Linie 14 der Fig. 4a bzw. 4b die Form der Schallausbreitung für eine hohe Frequenz von ca. 600 Hz. Die jeweilige dicke Linie 16 beschreibt die Form der Schallausbreitung für ein tiefe Frequenzen von ca. 150 Hz. Der Abstand der beidseitigen Schallöffnungen 10a und 10b beträgt bei dem verwendeten Meßobjekt ca. 5 cm. Die rückseitige Dämpfung für die Frequenz von ca. 150 Hz beträgt ca. 10 bis 25 dB.

Wie die Fig. 4a und 4b zeigen, ist insbesondere im Nahbereich des Lautsprechers 4 bzw. der Lautsprecherbox 1 eine sogenannte Hyper-Niere erzielt. Demzufolge ist eine besonders einseitig hohe Richtwirkung sowohl für hohe als auch für tiefe Frequenzen gewährleistet, wodurch bei Verwendung der Lautsprecherbox 1 in einem nicht darstellten Fahrzeug, insbesondere in einer Kopfstütze 14, wie in Fig. 5 gezeigt, eine besonders gezielte und hinreichend gute Beschallung der der Kopfstütze 14 zugehörigen Sitzposition ermöglicht ist. Die Kopfstütze 14 ist mittels mindestens einer Stütze 15 in einen nicht dargestellten Sitz, insbesondere in dessen Rückenlehne, einführbar.

Bevorzugt wird die Lautsprecherbox 1 im Polster 16 der Kopfstütze 14 des Fahrzeugs integriert.

In Fig. 6 ist eine Kopfstütze 14 mit einer integrierten Lautsprecherbox 1 dargestellt, welche zwei nebeneinander angeordnete Lautsprecher 4 umfaßt. Dabei sind die innerhalb der Lautsprecherbox 1 angeordneten Lautsprecher 4 nur schemenhaft angedeutet. Die Kopfstütze 14 ist im Längsschnitt gezeigt, so daß mehrere rück- und frontseitige Schallöffnungen 10a bzw. 10b sichtbar sind. Die Lautsprecherbox 1 ist derart in den oberen Teil der Kopfstütze 14, daß diese von einem Schaumpolster 16 mindestens teilweise umgeben ist.

Durch die besonders kompakte Ausführung der Lautsprecherbox 1 sowie durch die Art des für das Gehäuse 2 verwendeten Materials, z. B. Plastik, sorgt die Lautsprecherbox 1, wenn sie integraler Bestandteil der Kopfstütze 14 ist oder wenn sie, wie in Fig. 7 gezeigt, integraler Bestandteil eines Rahmens 18 ist, für eine besonders mechanische Stabilität der Kopfstütze 14. Dabei ist die Lautsprecherbox 1 von einem Rohrrahmen umgeben und umfaßt im Innern mindestens einen Lautsprecher 4. Alternativ können im Rahmen 18 der Kopfstütze 14 auch mehrere Lautsprecherboxen 1 unterschiedlicher Art oder eine Lautsprecherbox 1 mit mehreren Lautsprechern 4 integriert sein. Beispielsweise können zwei Lautsprecherboxen 1 derart in der Kopfstütze 14 integriert sein, daß eine Stereowiedergabe ermöglicht ist. Eine weitere alternative Ausführungsform für die Lautsprecherbox 1 ist in der Weise gebildet, daß der Hohlraum des Rahmens 18 der Kopfstütze 14, welcher die tragende und schützende Funktion der Kopfstütze 14 erfüllt, den Lautsprecher 4 mit dem Chassis 6 aufnimmt, so daß der Rahmen 18 selbst das Gehäuse 2 für die Lautsprecherbox 1 bildet. Der Rahmen 18 erfüllt somit eine Doppelfunktion - Gehäuse 2 der Lautsprecherbox 1 sowie mechanische Stabilität der Kopfstütze 14.

Claims (9)

1. Lautsprecherbox (1) mit einem Gehäuse (2) und wenigstens einem Lautsprecher (4) mit Chassis (6), welches von einer Gehäusewand (8) umgeben ist, die im Innern des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei sich im niederfrequenten Bereich rückseitiger und frontseitiger Schall des Lautsprechers (4) in einer vorgebbaren Richtung mit einer Schallüberhöhung überlagern.

2. Lautsprecherbox (1) nach Anspruch 1, bei der der rückseitige und der frontseitige Schall sich im Bereich des Lautsprechers (4) in Form einer Birne überlagern.

3. Lautsprecherbox (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Chassis (6) in einer Spiegelebene des Gehäuses (2) angeordnet ist.

4. Lautsprecherbox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Gehäuse (2) in Form eines Zylinders ausgebildet ist.

5. Lautsprecherbox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Gehäuse (2) in Form einer Quaderbox ausgebildet ist.

6. Lautsprecherbox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der in dem Gehäuse (2) für den frontseitigen und den rückseitigen Schall jeweils mindestens eine Schallöffnung (10a, 10b) vorgesehen ist.

7. Lautsprecherbox (1) nach Anspruch 6, bei der mindestens eine der Schallöffnungen (10a) mit Dämmmaterial versehen ist.

8. Lautsprecherbox (1) nach Anspruch 6 oder 7, bei der wenigstens eine Schallöffnung (10a, 10b) im Bereich des Schallkegels des rückseitigen bzw. des frontseitigen Schalls angeordnet ist.

9. Verwendung einer Lautsprecherbox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere in eine Kopfstütze (14), wobei als Rahmen für die mechanische Stabilität der Kopfstütze (14) das jeweilige Gehäuse (2) der Lautsprecherbox (1) beiträgt.