Die
Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit Rückwärts-Schallunterdrückung und insbesondere ein
derartiges Tiefton-Lautsprechersystem.The
The invention relates to a loudspeaker system with backward sound suppression and more particularly
such a woofer speaker system.
Tiefton-Lautsprechersysteme
weisen typischerweise nur eine sehr geringe Direktivität (Richtwirkung)
auf. Dies folgt daraus, dass eine Schallquelle für eine brauchbare Richtwirkung
Dimensionen aufweisen muss, die mindestens der abzustrahlenden Wellenlänge entsprechen.
Das Audio-Frequenzband reicht etwa von 20 Hz bis 20 kHz, was Wellenlängen von
17 m bis 1,7 × 10–2 m
entspricht. Der typische Arbeitsbereich tieffrequenter Lautsprechersysteme
(auch als Subwoofer-Systeme bezeichnet) ist etwa 35 Hz bis 120 Hz.
Dies entspricht einer Wellenlänge
von 10 m bis 3 m. Folglich wird eine wirksame Direktivität sowohl
in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene nur durch sehr
breite und hohe Tiefton-Lautsprecheranordnungen erreicht, die üblicherweise
in Form eines Arrays aus einer Mehrzahl von Tiefton-Lautsprechersystemen
aufgebaut sind.Tie-tone loudspeaker systems typically have only a very low directivity (directivity). This follows from the fact that a sound source for a useful directivity must have dimensions that correspond at least to the wavelength to be radiated. The audio frequency band ranges from about 20 Hz to 20 kHz, which corresponds to wavelengths from 17 m to 1.7 × 10 -2 m. The typical working range of low-frequency speaker systems (also referred to as subwoofer systems) is about 35 Hz to 120 Hz. This corresponds to a wavelength of 10 m to 3 m. Consequently, effective directivity in both the horizontal and vertical planes is achieved only by very wide and high woofer loudspeaker arrangements, typically constructed in the form of an array of a plurality of woofer loudspeaker systems.
Eine
erhöhte
Direktivität
von Lautsprechersystemen bietet verschiedene Vorteile. Generell
ermöglicht
eine erhöhte
Direktivität
eine reduzierte Schallemission in unerwünschte Richtungen. Dies ist insbesondere
bei Freiluftveranstaltungen, z. B. Openair-Konzerten, im Hinblick
auf den Lärmschutz von
zunehmender Bedeutung.A
increased
directivity
of speaker systems offers several advantages. As a general rule
allows
an increased
directivity
a reduced noise emission in undesired directions. This is special
at open-air events, z. As open-air concerts, with regard to
on the noise protection of
increasing importance.
Ein
weiterer Vorteil, der ebenfalls bei Beschallungssystemen für Großraum- oder
Freiluftveranstaltungen von besonderer Relevanz ist, besteht darin,
dass der Pegel hinter dem Lautsprechersystem durch eine verbesserte
Direktivität
deutlich verringert wird. Dadurch wird dessen störender Einfluss im rückwärtigen Bereich
auf der Bühne
deutlich geringer. Infolgedessen wird eine höhere maximale Verstärkung vor
dem Einsetzen einer Rückkopplung („gain before
feedback") erreichbar.One
Another advantage that also in public address systems for large or
Outdoor events is of particular relevance, is
that the level behind the speaker system is improved by
directivity
is significantly reduced. As a result, its disturbing influence in the rear area
on stage
much lower. As a result, a higher maximum gain will occur
the insertion of a feedback ("gain before
feedback ").
Darüber hinaus
wird durch eine erhöhte
Direktivität
in geschlossenen Räumen
der Diffusschall im Tiefton-Bereich verringert und die akustischen Raummoden
werden deutlich weniger angeregt. Durch das verbesserte Verhältnis von
Diffus- zu Direktschall im Abstrahlbereich der Systeme wird die Tiefton-Wiedergabe wesentlich
präziser.Furthermore
is increased by an
directivity
in closed rooms
the diffuse sound in the low-frequency range decreases and the acoustic room modes
are much less stimulated. Due to the improved ratio of
Diffuse to direct sound in the emission area of the systems, the low-frequency playback is essential
more precise.
Es
sind bereits mehrere Ansätze
bekannt, mit denen sich die Direktivität von Schallquellen erhöhen lässt. Eine
erste Möglichkeit
besteht darin, bipolare Lautsprecher einzusetzen. Bipolare Lautsprecher
arbeiten mit offenen Rückkammern
oder effektiv offenen Rückkammern
(wie U- oder H-förmige
Gehäuse)
und geben die akustische Energie nach vorne und hinten gegenphasig
ab. Aufgrund ihres systembedingten starken Pegelabfalls hin zu tiefen
Frequenzen haben sie keine nennenswerte Bedeutung für die Beschallungstechnik
(Großraum-
oder Freiflächenbeschallung)
und kommen vornehmlich in Home-HiFi-Anwendungen zum Einsatz.It
are already several approaches
with which the directivity of sound sources can be increased. A
first option
is to use bipolar speakers. Bipolar speakers
work with open back chambers
or effectively open back chambers
(like U- or H-shaped
Casing)
and give the acoustic energy to the front and back in opposite phases
from. Due to their systemic strong drop in level towards deep
Frequencies they have no significant importance for the PA technology
(High Capacity
or open space sounding)
and are mainly used in home hi-fi applications.
Eine
zweite Möglichkeit
besteht darin, die von der Membran-Rückseite
des Lautsprechers ins Gehäusevolumen
abgestrahlte Schallenergie über definierte
akustische Impedanzen durch rückseitige Öffnungen
des Gehäuses
abzustrahlen. Das kapazitive Verhalten des internen Luftvolumens
zusammen mit dem resistiven Verhalten der akustischen Impedanz bildet
ein akustisches Tiefpassfilter, das bei geeigneter Dimensionierung
die erforderliche Übertragungsfunktion
für die
rückseitige
Schallabstrahlung erzeugt. Problematisch ist hier allerdings die
Auswahl des akustischen Widerstandsmaterials mit den geeigneten
Eigenschaften im benötigten
Frequenzbereich. Daher wird die Erzeugung einer Richtwirkung durch
bedämpfte
rückseitige Öffnungen
hauptsächlich
im Mitteltonbereich ange wandt, in welchem geeignete akustische Widerstandsmaterialien
verfügbar
sind.A
second option
This is the back of the membrane
of the speaker into the housing volume
radiated sound energy over defined
acoustic impedances through back openings
of the housing
radiate. The capacitive behavior of the internal air volume
together with the resistive behavior of the acoustic impedance
an acoustic low-pass filter, with suitable dimensioning
the required transfer function
for the
rear
Sound emission generated. However, the problem here is the
Selection of the acoustic resistance material with the appropriate
Features in needed
Frequency range. Therefore, the generation of a directivity by
damped
back openings
mainly
Applied in the mid-range, in which suitable acoustic resistance materials
available
are.
Eine
dritte Möglichkeit
zur Erzielung einer gerichteten Schallabstrahlung besteht darin,
eine zweite Schallquelle in einem definierten Abstand hinter der
ersten Schallquelle einzusetzen, um den rückwärtig abgestrahlten Schall der
ersten Schallquelle auszulöschen.
Durch die Verwendung einer zweiten Schallquelle kann auch bei tiefen
Frequenzen eine hohe Richtwirkung ohne große Lautsprecher-Arrays erreicht
werden. Derartige Tiefton-Lautsprechersysteme werden aufgrund ihrer
im Polardiagramm herzförmigen
Abstrahlcharakteristik auch als kardioide Subwoofer-Systeme bezeichnet.
Damit die gewünschte
Auslöschung
der Schallanteile hinter dem Lautsprechersystem über den gesamten angestrebten
Arbeitsbereich des Lautsprechersystems erzielt wird, müssen Phasengang
und Pegelverlauf der hinteren Schallquelle mit geeigneten Maßnahmen
angepasst werden. Hierfür
wird eine Kombination aus Signalverzögerung, Phasen- und Frequenzgang-Entzerrung
für die
Ansteuerung der hinteren Schallquelle gegenüber der vorderen Schallquelle
benötigt.
In der Praxis ist hierfür
ein eigener Leistungsverstärkerkanal
für die
hintere Schallquelle erforderlich. Nachteilig ist unter anderem
der hierfür
erforderliche Aufwand.A
third possibility
to achieve directional sound radiation is
a second sound source at a defined distance behind the
first sound source to the back radiated sound of the
extinguish the first sound source.
By using a second sound source can also be at low
Frequencies achieve high directivity without large speaker arrays
become. Such woofer speaker systems are due to their
in the polar diagram heart-shaped
Radiation characteristic also known as cardioid subwoofer systems.
Thus the desired
extinction
the sound components behind the speaker system over the entire desired
Working range of the speaker system is achieved, must have phase response
and level profile of the rear sound source with appropriate measures
be adjusted. Therefor
is a combination of signal delay, phase and frequency response equalization
for the
Control of the rear sound source with respect to the front sound source
needed.
In practice this is
a separate power amplifier channel
for the
Rear sound source required. The disadvantage is, inter alia
the one for this
required effort.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lautsprechersystem zu
schaffen, welches eine gerichtete Schallabstrahlung aufweist. Insbesondere soll
die Richtwirkung auf einfachem Wege erreichbar sein und die in der
Beschallungstechnik benötigten hohen
Pegel erlauben.Of the
Invention is based on the object, a speaker system
create, which has a directional sound radiation. In particular, should
the directivity can be achieved in a simple way and in the
Public address technology needed high
Allow levels.
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.The object of the invention is based solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.
Nach
Anspruch 1 umfasst ein Lautsprechersystem ein frontseitiges Lautsprechergehäuse mit mindestens
einem ersten Lautsprecher und ein rückseitiges Lautsprechergehäuse mit
mindestens einem zweiten Lautsprecher. Das rückseitige Lautsprechergehäuse ist
dabei ein Bandpass-Gehäuse,
welches mindestens eine Schallöffnung
aufweist, die durch eine Passivmembran verschlossen ist.To
Claim 1, a speaker system comprises a front-side speaker housing with at least
a first speaker and a rear speaker cabinet with
at least one second speaker. The back speaker housing is
while a bandpass housing,
which at least one sound opening
which is closed by a passive membrane.
Die
Erfindung beruht auf der Überlegung, das
nötige Übertragungsverhalten
der rückseitigen Schallquelle
relativ zur frontseitigen Schallquelle durch einen geeigneten akustischen
Resonator für die
rückseitige
Schallquelle zu erzielen. Die durch ein Bandpass-Gehäuse bewirkte Übertragungsfunktion (akustischer
Bandpass) weist einen Durchgangsbereich auf, der in Richtung zunehmender
Frequenzen durch einen akustischen Tiefpass begrenzt ist. Wie im
Folgenden noch näher
ausgeführt,
ermöglicht
ein akustischer Tiefpass in der Übertragungsfunktion (Frequenzgang)
der rückseitigen
Schallquelle eine weitgehende Auslöschung des rückwärtig abgestrahlten
Schalls und damit die Erzeugung eines kardioiden bzw. hyperkardioiden
Abstrahlverhaltens. Dabei können
durch eine geeignete Wahl oder Kombination der Parameter der Passivmembran
und der Teilvolumina die akustischen Filtereigenschaften des Resonators
für die
rückseitige
Schallquelle geeignet eingestellt werden.The
Invention is based on the consideration that
necessary transmission behavior
the back sound source
relative to the front sound source by a suitable acoustic
Resonator for the
rear
To achieve sound source. The transfer function caused by a bandpass housing (acoustic
Bandpass) has a passage area which increases in the direction
Frequencies are limited by an acoustic low pass. Like in
The following is even closer
executed
allows
an acoustic low pass in the transfer function (frequency response)
the back
Sound source a substantial extinction of the radiated backward
Sound and thus the production of a cardioid or hypercardioid
Radiation behavior. It can
by a suitable choice or combination of parameters of the passive membrane
and the subvolumes the acoustic filter characteristics of the resonator
for the
rear
Sound source can be adjusted appropriately.
Sofern
es sich bei dem rückseitigen
Lautsprechergehäuse
um ein Bandpass-Gehäuse
mit wenigstens zwei Schallöffnungen
handelt, kann beispielsweise ein Bandpass 6. Ordnung mit
einem entsprechenden Tiefpass-Verhalten im Bereich der oberen Bandgrenze
erzielt werden. In alternativer Weise ist es auch möglich, dass
das rückseitige
Lautsprechergehäuse
ein Bandpass-Gehäuse mit
nur einer Schallöffnung
ist. Solche Bandpass-Gehäuse bewirken
ein Übertragungsverhalten
entsprechend einem Bandpass-Filter 4. Ordnung und ermöglichen
es ebenfalls, durch Ausnutzen des akustischen Tiefpass-Verhaltens
eines solchen Bandpass-Filters im Bereich der oberen Bandgrenze
den nach hinten abgestrahlten Schall abzuschwächen bzw. auszulöschen. Neben
der einen mit einer Passivmembran verschlossenen Schallöffnung können die
weiteren Schallöffnungen
(sofern vorhanden) mit einer Passivmembran oder ohne Passivmembran
(d. h. ventiliert) ausgeführt
sein.If the rear-side loudspeaker housing is a band-pass housing with at least two sound openings, a bandpass, for example, can be used 6 , Order can be achieved with a corresponding low-pass behavior in the upper band limit. Alternatively, it is also possible that the rear speaker housing is a bandpass housing with only one sound port. Such bandpass housings cause a transmission behavior corresponding to a bandpass filter 4 , Order and also make it possible to attenuate by using the low-pass acoustic behavior of such a bandpass filter in the upper band limit the sound radiated to the rear or extinguish. In addition to the one closed with a passive membrane sound opening the other sound openings (if present) with a passive membrane or without passive membrane (ie ventilated) can be performed.
Bei
dem frontseitigen Lautsprechergehäuse kann es sich um ein Hochpass-Gehäuse handeln. Ein
ventiliertes oder mit einer Passivmembran verschlossenes Hochpass-Gehäuse (Bassreflex-Resonator) bewirkt
einen akustischen Hochpass 4. Ordnung, während ein
akustisch geschlossenes Hochpass-Gehäuse einen akustischen Hochpass 2.
Ordnung realisiert. Grundsätzlich
ist es auch möglich, dass
das frontseitige Lautsprechergehäuse
ein Bandpass-Gehäuse
ist, wobei dann jedoch die obere Bandgrenze zu höheren Frequenzen hin verlagert sein
muss als beim rückseitigen
Bandpass-Gehäuse.The front speaker enclosure may be a high-pass enclosure. A ventilated or passive-membrane-sealed high-pass housing (bass reflex resonator) produces an acoustic high-pass filter 4 , Okay, while an acoustically closed high-pass enclosure provides a high-pass acoustic pass 2 , Order realized. In principle, it is also possible for the front-side speaker housing to be a band-pass housing, in which case, however, the upper band limit must be shifted toward higher frequencies than in the case of the rear-side bandpass housing.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausrührungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen in beispielhafter Weise erläutern; in diesen zeigen:The
The invention will now be described by way of examples with reference to FIG
to explain the drawings in an exemplary manner; in these show:
1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der rückwärtigen Schalldämpfung einer Schallquelle; 1 a schematic representation for explaining the rear sound attenuation of a sound source;
2 ein
Polardiagramm zur Veranschaulichung der Rückwärtsdämpfung; 2 a polar diagram illustrating the reverse attenuation;
3 eine
schematische Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Auslöschung des
Rückwärtsschalls
einer ersten Schallquelle durch eine zweite Schallquelle; 3 a schematic diagram for explaining the cancellation of the reverse sound of a first sound source by a second sound source;
4 ein
Diagramm, in welchem der Frequenzgang des Rückwärtsschalls der ersten Schallquelle
dargestellt ist; 4 a diagram in which the frequency response of the backward sound of the first sound source is shown;
5A ein
Diagramm, in welchem der Frequenzgang eines Bandpass-Resonators
mit einem Tiefpass-Verhalten zur Auslöschung des Rückwärtsschalls
dargestellt ist; 5A a diagram in which the frequency response of a bandpass resonator is shown with a low-pass behavior for canceling the reverse sound;
5B ein
Diagramm, in welchem die durch die Tiefpass-Charakteristik (5A) bewirkte
Phasenverzögerung
in schematischer Weise dargestellt ist; 5B a diagram in which the low-pass characteristic ( 5A ) caused phase delay is shown in a schematic manner;
6 eine
schematische Darstellung eines Lautsprechersystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; 6 a schematic representation of a speaker system according to a first embodiment of the invention;
7 eine
schematische Darstellung eines Lautsprechersystems gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; 7 a schematic representation of a speaker system according to a second embodiment of the invention;
8 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems mit
elektrischer Signalvorverarbeitung; 8th a schematic representation of a loudspeaker system according to the invention with electrical signal preprocessing;
9 ein
Polardiagramm zur Veranschaulichung einer kardioiden Abstrahlcharakteristik;
und 9 a polar diagram illustrating a cardioid radiation characteristic; and
10 ein
Polardiagramm zur Veranschaulichung einer hyperkardioiden Abstrahlcharakteristik. 10 a polar diagram illustrating a hypercardioid radiation characteristic.
Zunächst wird
anhand von 1 erläutert, warum der rückseitige
Frequenzgang einer Schallquelle relativ zum frontseitigen Frequenzgang
tiefpassgefiltert erscheint.First, based on 1 explains why the back frequency response of a sound source appears low-pass filtered relative to the front frequency response.
1 zeigt
eine tieffrequente Schallquelle (Subwoofer) 1, welche einen
in ein rückseitig
geschlossenes Gehäuse 3 eingebauten
Tiefton-Lautsprecher (auch als Tiefton-Treiber bezeichnet) 2 aufweist.
Allgemein ist die rückwärtige Dämpfung bei
jedem Lautsprechersystem zu beobachten, bei welchem ein Lautsprecher 2 in
ein rückseitig
geschlossenes Gehäuse 3 eingebaut
ist und dadurch zum akustischen Monopolstrahler wird. Die rückwärtige Dämpfung ist
die Differenz des Pegels (in De zibel) an der Rückseite zum Pegel (in Dezibel)
an der Vorderseite der Schallquelle 1. Bei gegebener Größe der Schallquelle
(d. h. gegebener Gehäusegröße) ist
die Dämpfung
frequenzabhängig.
Je höher
die Frequenz, desto stärker
ist die Dämpfung.
Die Dämpfung
kommt dadurch zustande, dass die Dimensionen der schallabstrahlenden
Fläche
(Lautsprecher 2) mit zunehmender Frequenz näher an die
Wellenlänge
herankommen und somit eine stärkere
Bündelung des
abgestrahlten Schalls nach vorne stattfindet. Da mit zunehmender
Frequenz Schall vermehrt nach vorne gerichtet wird, wird er mit
zunehmender Frequenz weniger nach hinten abgestrahlt. Dadurch erscheint
der rückseitige
Frequenzgang der Strahlungsquelle 1 relativ zum frontseitigen
Frequenzgang der Strahlungsquelle 1 tiefpassgefiltert. 1 shows a low-frequency sound source (subwoofer) 1 , which one in a back closed housing 3 built-in woofer (also known as woofer driver) 2 having. In general, the backward attenuation is seen in any speaker system in which a speaker 2 in a closed back housing 3 is installed and thereby becomes the acoustic monopole radiator. Rearward attenuation is the difference in level (in decibel) at the rear from the level (in decibels) at the front of the sound source 1 , Given the size of the sound source (ie, given case size), the attenuation is frequency dependent. The higher the frequency, the stronger the damping. The attenuation is due to the fact that the dimensions of the sound emitting surface (speaker 2 ) with increasing frequency closer to the wavelength approach and thus takes place a stronger bundling of the radiated sound forward. Since sound is increasingly directed forward with increasing frequency, it is emitted less towards the rear with increasing frequency. As a result, the back frequency response of the radiation source appears 1 relative to the front frequency response of the radiation source 1 low-pass filtered.
Bei
einzelnen Gehäusen 3 ist
die Dämpfung im
Tiefton-Bereich nach hinten recht gering. Für ein typisches 18" Lautsprechersystem
beträgt
sie etwa –3
dB bei 70 Hz. Größere Anordnungen
bestehend aus einem Array von Lautsprechersystemen besitzen eine
größere Direktivität. Eine
Anordnung aus drei typischen 18'' Subwoofern erzeugt
eine Rückwärtsdämpfung von
etwa –5
dB, wie sie in dem in 2 gezeigten Polardiagramm dargestellt
ist.For individual housings 3 is the attenuation in the low frequency range to the rear quite low. For a typical 18 "speaker system, it is about -3 dB at 70 Hz. Larger arrangements consisting of an array of loudspeaker systems have greater directivity An arrangement of three typical 18" subwoofers produces a backward attenuation of about -5 dB, as in Figs the in 2 shown polar diagram is shown.
Das
Prinzip einer weitgehenden Auslöschung
des rückseitig
abgestrahlten Schalls durch eine zweite, tieffrequente Schallquelle
basiert darauf, dass die rückseitige
Schallquelle den nach hinten abgestrahlten Schall der frontseitigen
Schallquelle durch Erzeugung eines gegenphasigen Schallfeldes im
rückwärtigen Bereich
des Lautsprechersystems auslöscht.
Anschaulich gesprochen „wartet" die rückseitige
Schallquelle auf den von der frontseitigen Schallquelle ankommenden
Schall, um ihn „beim Eintreffen" auszulöschen. Am
Auslöschungspunkt muss
also eine Laufzeitverzögerung
des von der rückseitigen
Schallquelle abgestrahlten Schalls gegenüber dem von der frontseitigen
Schallquelle in Rückwärtsrichtung
abge strahlten Schalls vorliegen, die einer Phasendifferenz von 180° entspricht.The
Principle of extensive extinction
the back
radiated sound through a second, low-frequency sound source
based on the fact that the back
Sound source the radiated to the rear sound of the front
Sound source by generation of an antiphase sound field in
backward area
of the speaker system extinguishes.
Vividly speaking, the back waits
Sound source on the incoming from the front sound source
Sound to extinguish it "on arrival"
Extinction point must
So a runtime delay
of the back one
Sound source radiated sound from that of the front
Sound source in reverse direction
abge radiated sound, which corresponds to a phase difference of 180 °.
Aus
dem Vorstehenden folgt, dass für
die Auslöschung
des Rückwärtsschalls
der Schallquelle 1 durch eine zweite, in Rückwärtsrichtung
abstrahlende Schallquelle zwei Bedingungen erfüllt sein müssen. Zum einen muss die rückseitige
Schallquelle einen Amplituden-Frequenzgang in Form einer Tiefpass-Filterung aufweisen.
Würde sie
einen solchen Amplituden-Frequenzgang
nicht aufweisen, würde
der Pegelverlauf des von der hinteren Schallquelle 1 abgestrahlten
Schalls nicht mit dem Pegelverlauf des Rückwärtsschalls von der vorderseitigen Schallquelle 1 übereinstimmen.
Zum zweiten muss die Laufzeitverzögerung der rückseitigen
Schallquelle so eingestellt werden, dass an einem gewünschten Auslöschungsort
Phasengegenläufigkeit
der beiden Schallfelder auftritt.From the above it follows that for the extinction of the backward sound of the sound source 1 must be met by a second, radiating in the reverse direction sound source two conditions. On the one hand, the rear sound source must have an amplitude frequency response in the form of low-pass filtering. If it did not have such an amplitude frequency response, the level of the signal from the rear sound source 1 radiated sound not with the level profile of the reverse sound from the front sound source 1 to match. Second, the propagation delay of the rear sound source must be set so that at a desired extinction phase phase opposition of the two sound fields occurs.
Erfindungsgemäß können beide
Bedingungen durch die Wahl eines geeigneten akustischen Gehäuses (akustischer
Resonator) für
die rückseitig abstrahlende
Schallquelle realisiert werden. Die 3 verdeutlicht
in schematischer Weise den Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems
mit einer ersten, frontseitigen Schallquelle 1 und einer
zweiten, rückseitigen
Schallquelle 4. Die erste Schallquelle 1 weist
ein Gehäuse 3 und die
zweite Schallquelle 4 weist ein Gehäuse 5. auf. Die zur
Auslöschung
des Rückwärtsschalls
der ersten Schallquelle 1 vorgesehene zweite Schallquelle 4 weist
einen Tiefpass-Amplitudengang auf. Dieser wird vollständig oder
zumindest teilweise (siehe 8) durch
akustische Filterung mittels des Gehäuses 5 der zweiten
Schallquelle 4 erreicht. Durch eine geeignete Wahl der
das akustische Filter definierenden baulichen Eigenschaften der
zweiten Schallquelle (z. B. Gehäusetyp,
Gehäusedimension,
Parameter der Passivmembran usw.) kann der Tiefpass-Amplitudengang
der zweiten Schallquelle 4 an den Tiefpass-Amplitudengang
des Rückwärtsschalls
der ersten Schallquelle 1 angepasst werden, wodurch es
in einem gewünschten
Bereich hinter dem Lautsprechersystem 1, 4 zu einer
Auslöschung
des Rückwärtsschalls
von der ersten Schallquelle 1 kommt. Typischerweise sind
die Schallquellen 1, 4 tieffrequente Schallquellen,
die Erfindung kann jedoch auch im Mittelton-Bereich und prinzipiell
in allen Frequenzbereichen zum Einsatz kommen.According to the invention, both conditions can be realized by the choice of a suitable acoustic housing (acoustic resonator) for the rear-emitting sound source. The 3 illustrates in a schematic way the basic structure of a loudspeaker system according to the invention with a first, front sound source 1 and a second, rear sound source 4 , The first sound source 1 has a housing 3 and the second sound source 4 has a housing 5 , on. The for extinguishing the reverse sound of the first sound source 1 provided second sound source 4 has a low-pass amplitude response. This is completely or at least partially (see 8th ) by acoustic filtering by means of the housing 5 the second sound source 4 reached. By a suitable choice of the acoustic filter defining structural properties of the second sound source (eg, housing type, housing dimension, parameters of the passive membrane, etc.), the low-pass amplitude response of the second sound source 4 to the low-pass amplitude response of the reverse sound of the first sound source 1 be adjusted, making it in a desired area behind the speaker system 1 . 4 to extinguish the reverse sound from the first sound source 1 comes. Typically, the sound sources 1 . 4 However, the invention can also be used in the mid-range range and, in principle, in all frequency ranges.
Die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems
wird anhand der 3, 4, 5A und 5B in
qualitativer Weise erläutert.The operation of the speaker system according to the invention is based on the 3 . 4 . 5A and 5B explained in a qualitative way.
4 zeigt
den auf die Schallamplitude im Durchlassbereich normierten Frequenzgang
des Rückwärtsschalls
von der ersten Schallquelle 1. Wie bereits erläutert ist
dieser aufgrund der mit steigender Frequenz zunehmenden Direktivität der ersten Schallquelle 1 tiefpassgefiltert.
Mit f'g ist
die Grenzfrequenz der Tiefpass-Kennlinie der Rückwärtsschall-Abstrahlung bezeichnet. 4 shows the normalized to the sound amplitude in the passband frequency response of the reverse sound from the first sound source 1 , As already explained, this is due to the increasing frequency of increasing directivity of the first sound source 1 low-pass filtered. The cut-off frequency of the low-pass characteristic of the reverse-sound radiation is designated f ' g .
5A zeigt
in beispielhafter Weise den Frequenzgang der zweiten, nach hinten
abstrahlenden Schallquelle 2. Durch Wahl eines geeigneten Lautsprechergehäuses 5 weist
der Frequenzgang zu hohen Frequenzen hin ein Tiefpass-Verhalten
auf. Z. B. weisen sowohl Bandpass-Gehäuse der 4. als auch der 6.
Ordnung einen Tiefpass 2. Ordnung auf (sie unterscheiden
sich nur in ihrem Hochpassverhalten). Mit fg ist
die Grenzfrequenz der Tiefpass-Kennlinie bezeichnet. Optimalerweise
entspricht das Tiefpass-Verhalten der zweiten Schallquelle 4 dem
Tiefpass-Verhalten
des Rückwärtsschalls
der ersten Schallquelle 1. D. h., dass die in den 4 und 5A gezeigten
Kennlinien in Bezug auf die Ordnung des Tiefpasses und/oder die
Lage der Grenzfrequenzen (f'g ≈ fg) ähnliche
oder identische Charakteristika aufweisen sollten. Dadurch wird
erreicht, dass die rückseitige,
zweite Schallquelle 4 in der benötigten Weise mit zunehmender
Frequenz weniger unerwünschte
Schallanteile auslöschen
muss. Mit anderen Worten ergibt sich durch den Frequenzgang-Abgleich
die erforderliche Pegelkompensation hinter dem Lautsprechersystem 1, 4. 5A shows by way of example the frequency response of the second, back-emitting sound source 2 , By choosing a suitable speaker housing 5 The frequency response to high frequencies has a low-pass behavior. Z. B. have both bandpass housing the 4 , as well as the 6 , Order a low pass 2 , Okay (they only differ in their high-pass behavior). With f g , the cutoff frequency of the low-pass characteristic is designated. Optimally, the low-pass behavior corresponds to the second sound source 4 the low-pass behavior of the reverse sound of the first sound source 1 , That is, that in the 4 and 5A characteristics shown with respect to the order of the low-pass and / or the position of the cut-off frequencies (f ' g ≈ f g ) should have similar or identical characteristics. This ensures that the back, second sound source 4 in the required manner with increasing frequency must eliminate less unwanted sound components. In other words, the frequency level adjustment results in the required level compensation behind the loudspeaker system 1 . 4 ,
Wie
bereits erwähnt,
ist darüber
hinaus an dem gewünschten
Auslöschungsort
X die Bedingung für
die Laufzeitverzögerung
(halbe Periodendauer) zu gewährleisten.
Bei einem vorgegebenen Auslöschungsort
X wird die dort auftretende Laufzeitverzögerung durch mehrere Größen beeinflusst.
Zum einen spielt der Abstand der beiden Schallquellen 1, 4 eine
Rolle. Je größer dieser
Abstand ist, desto länger muss
die rückwärts gerichtete
Schallquelle 4 auf das Eintreffen des Rückwärtsschalls von der ersten Schallquelle 1 „warten".As already mentioned, moreover, the condition for the propagation delay (half period duration) must be ensured at the desired extinction location X. For a given extinction location X, the propagation delay occurring there is influenced by several variables. For one, the distance between the two sound sources plays 1 . 4 a role. The larger this distance, the longer the backward sound source has to be 4 on the arrival of the reverse sound from the first sound source 1 "waiting".
Eine
zweite Einflussgröße ist die
Geometrie bzw. Dimensionierung der Lautsprechergehäuse 3, 5.
Bei großvolumigen
Lautsprechergehäusen 3, 5 muss
der Rückwärtsschall
einen weiteren Weg laufen als bei kleinvolumigen bzw. kleiner dimensionierten
Lautsprechergehäusen 3, 5.A second influencing factor is the geometry or dimensioning of the loudspeaker cabinets 3 . 5 , For large volume speaker housings 3 . 5 the backward sound must run a further way than with small-volume or small-sized loudspeaker enclosures 3 . 5 ,
Eine
dritte Einflussgröße ist die
Frequenz. Für
tiefe Frequenzen ist der effektive Laufweg um das Lautsprechersystem 1, 4 herum
länger
als für
höhere
Frequenzen. Anschaulich gesprochen laufen tiefe Frequenzen auf einem
größeren Bogen
um das Lautsprechersystem 1, 4 herum als höhere Frequenzen.
Dies ist in 3 durch die Laufwege d'2 für tiefe Frequenzen
und d2 für
höhere
Frequenzen veranschaulicht. In Bezug auf die zweite Schallquelle 4 treten
nur geringe effektive Laufwegunterschiede für unterschiedliche Frequenzen
am Auslöschungsort
X auf, d. h. d1 ≈ d'1.A third factor is the frequency. For low frequencies, the effective path is around the speaker system 1 . 4 around longer than for higher frequencies. Speaking clearly, low frequencies run on a larger arc around the speaker system 1 . 4 around as higher frequencies. This is in 3 illustrated by the paths d ' 2 for low frequencies and d 2 for higher frequencies. Regarding the second sound source 4 Only small effective path differences for different frequencies occur at the extinction X, ie d 1 ≈ d ' 1 .
Infolge
der Frequenzabhängigkeit
der effektiven Laufweglänge
für den
Rückwärtsschall
ist es erforderlich, dass der von der zweiten Schallquelle 4 abgestrahlte
Schall frequenzabhängig
verzögert wird.
Dies wird erfindungsgemäß ebenfalls
durch die akustische Tiefpass-Charakteristik der zweiten Schallquelle 4 erreicht. 5B veranschaulicht
den Phasengang eines akustischen Tiefpass-Filters am Beispiel eines
Tiefpass-Filters 2. Ordnung. Im niederfrequenten Bereich
deutlich unterhalb der Grenzfrequenz fg verhält sich
ein Tiefpass-Filter prak tisch wie ein frequenzkonstantes Verzögerungsglied
z. B. mit der Verzögerung
0. Im Übergang
zu seinem Dämpfungsbereich
zeigt der Tiefpass-Filter ein Allpass-Verhalten, d. h. er verhält sich
wie ein frequenzabhängiges
Verzögerungsglied.
Für höhere Frequenzen
ergibt sich eine längere
Laufzeitverzögerung
als für
tiefere Frequenzen. Die Phasenverzögerung eines Tiefpass-Filters 2.
Ordnung im Bereich f >> fg ist –180°, bei der
Grenzfrequenz fg beträgt die Phasenverzögerung –90°. Dieses
Verhalten ermöglicht
es, bei geeigneter Abstimmung und Ausführung des Lautsprechersystems 1, 4 ein
kardioides oder hyperkardioides Strahlverhalten zu erzeugen, ohne
hierfür eine
Filterung des elektrischen Ansteuersignals für die rückwärtige Schallquelle 4 zu
benötigen.
Insbesondere wird kein zweiter Leistungsverstärkerkanal für die Ansteuerung der rückwärtigen Schallquelle 4 benötigt.Due to the frequency dependence of the effective path length for the backward sound, it is necessary that that from the second sound source 4 radiated sound is frequency dependent delayed. This is also according to the invention by the acoustic low-pass characteristic of the second sound source 4 reached. 5B illustrates the phase response of an acoustic low-pass filter using the example of a low-pass filter 2 , Order. In the low-frequency range well below the cut-off frequency f g , a low-pass filter behaves practically like a frequency-constant delay element z. In the transition to its attenuation range of the low-pass filter shows an all-pass behavior, ie it behaves like a frequency-dependent delay element. For higher frequencies there is a longer propagation delay than for lower frequencies. The phase delay of a low-pass filter 2 , Order in the range f >> f g is -180 °, at the limit frequency f g the phase delay is -90 °. This behavior allows, with proper tuning and execution of the speaker system 1 . 4 to generate a cardioid or hypercardioid beam behavior, without filtering the electrical drive signal for the rear sound source 4 to need. In particular, no second power amplifier channel for the control of the rear sound source 4 needed.
Mit
anderen Worten ist es möglich,
die beiden Schallquellen 1, 4 mit ein und demselben
Ansteuersignal anzusteuern und eine Auslöschung des Rückwärtsschalls
von der ersten Schallquelle 1 allein durch das vorsehen
einer zweiten Schallquelle 4 mit einem akustischen Tiefpass-Verhalten
und einer geeigneten Abstimmung der beiden Schallquellen zu ermöglichen.
Dabei bewirkt das akustische Tiefpass-Filter zum einen die erforderliche
frequenzabhängige
Bedämpfung
der Amplitudenfunktion des von der zweiten Schallquelle 4 abgestrahlten „Auslöschungsschalls" und erzeugt darüber hinaus
eine geeignete Laufzeitverzögerung,
welche die Gegenphasigkeit der beiden Schallfelder am Auslöschungsort
X herbeiführt.
Wie im Folgenden noch näher
beschrieben kann die Filtercharakteristik des akustischen Tiefpassfilters
unter anderem durch den Einbau einer Passivmembran in eine Schallöffnung des
rückseitigen
Resonators und durch gezielte Wahl der Membranparameter nach Wunsch
beeinflusst werden. Insbesondere kann dies durch eine geeignete
Kombination der Membranparameter und der Teilvolumina der Lautsprechergehäuse 5, 3 bzw.
von Kammern innerhalb der Lautsprechergehäuse 5, 3 erfolgen.In other words, it's possible the two sound sources 1 . 4 to drive with one and the same drive signal and an extinction of the reverse sound from the first sound source 1 solely by providing a second sound source 4 with an acoustic low-pass behavior and a suitable tuning of the two sound sources. The acoustic low-pass filter on the one hand causes the required frequency-dependent damping of the amplitude function of the second sound source 4 In addition, as described in more detail below, the filter characteristic of the acoustic low-pass filter can inter alia by the incorporation of a passive membrane in a sound opening of the rear resonator and through In particular, this can be achieved by a suitable combination of the membrane parameters and the sub-volumes of the loudspeaker cabinets 5 . 3 or chambers within the loudspeaker enclosure 5 . 3 respectively.
Die
erforderliche Laufzeitverzögerung
zur Gewährleistung
der Gegenphasigkeit der beiden Schallfelder am Auslöschungsort
X kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass mittels des Tiefpass-Filters 2.
Ordnung im Übertragungsbereich
(d. h. im Bereich der Grenzfrequenz fg)
eine Phasenverschiebung von –90° erreicht
wird und die restlichen benötigten –90° Phasenverschiebung
durch bauliche Maßnahmen
(Abstimmung der beiden Schallquellen 1, 4 in Bezug
auf ihre Gehäusevolumina,
Abstand der Lautsprecher, usw.) erzeugt wird.The required propagation delay to ensure the antiphase of the two sound fields at the extinction X can be generated for example by means of the low-pass filter 2 , Order in the transmission range (ie in the range of the cutoff frequency f g ) a phase shift of -90 ° is achieved and the remaining required -90 ° phase shift by structural measures (vote of the two sound sources 1 . 4 in terms of their housing volumes, distance of the speakers, etc.) is generated.
Es
wird darauf hingewiesen, dass generell jeder akustische Bandpass
als rückseitige
Schallquelle 4 bei einem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem 1, 4 aufgrund
seines Tiefpass-Verhaltens im
Bereich der oberen Bandgrenze zum Einsatz kommen kann.It should be noted that generally any acoustic bandpass as a back-side sound source 4 in a loudspeaker system according to the invention 1 . 4 due to its low-pass behavior near the upper band limit.
Die 6 und 7 zeigen
exemplarisch zwei Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. Das in 6 dargestellte
Lautsprechersystem (Subwoofer-System) weist als Lautsprecher 20 einen Tiefton-Treiber
auf, der in ein nicht abgeschlossenes, sondern durch ein oder mehrere
Kanäle 31, 32 nach außen verbundenes
(„ventiliertes") erstes Lautsprechergehäuse 30 eingebaut
ist. Ein derartiges Lautsprechergehäuse 30 wird auch als
Bassreflex-Gehäuse
bezeichnet. Durch ein Bassreflex-Gehäuse 30 wird
ein Bassreflex-Resonator realisiert, der ein akustisches Hochpass-Filter 4.
Ordnung darstellt.The 6 and 7 show two exemplary embodiments of the present invention. This in 6 illustrated speaker system (subwoofer system) points as speakers 20 a woofer driver that goes into an unfinished one, but through one or more channels 31 . 32 outwardly connected ("ventilated") first loudspeaker enclosure 30 is installed. Such a speaker housing 30 is also referred to as a bass reflex enclosure. Through a bass reflex enclosure 30 a bass reflex resonator is realized, which is an acoustic high-pass filter 4 , Represents order.
Bassreflex-Gehäuse ermöglichen
es, Lautsprecher 20 mit relativ starken elektrodynamischen Antrieben
zu nutzen. Darüber
hinaus wird durch die Kanäle 31, 32 die
Resonanzfrequenz des Gehäuses 30 in
einen tieferen Frequenzbereich verschoben. Hierdurch werden Systeme
mit einem höheren
Wirkungsgrad oberhalb der Abstimmfrequenz des Bassreflex-Resonators
als bei gleich großen
geschlossenen Gehäusen
ermöglicht.Bass reflex enclosures allow speakers 20 to use with relatively strong electrodynamic drives. In addition, through the channels 31 . 32 the resonant frequency of the housing 30 moved to a lower frequency range. As a result, systems are provided with a higher efficiency above the tuning frequency of the bass reflex resonator than in the same size closed enclosures.
Als
rückwärtige Schallquelle 40 wird
ein Bandpass-Gehäuse 50 mit
einer ersten Kammer 50a und einer zweiten Kammer 50b ein gesetzt.
Sowohl die erste Kammer 50a als auch die zweite Kammer 50b sind
akustisch offen. Bandpass-Gehäuse
dieses Typs mit zwei akustisch offenen Kammern bilden einen akustischen
Doppelresonator, der ein akustisches Bandpass-Filter 6.
Ordnung realisiert. Der zweite Tiefton-Lautsprecher 60 befindet
sich an einer Trennwand 70 zwischen den beiden Kammern 50a, 50b.As a rear sound source 40 becomes a bandpass enclosure 50 with a first chamber 50a and a second chamber 50b a set. Both the first chamber 50a as well as the second chamber 50b are acoustically open. Bandpass housings of this type with two acoustically open chambers form a double acoustic resonator, which is an acoustic bandpass filter 6 , Order realized. The second woofer speaker 60 is located on a partition 70 between the two chambers 50a . 50b ,
Akustische Öffnungen
(auch als Schallöffnungen
bezeichnet) können
auf verschiedene Art und Weise realisiert sein. Eine erste Möglichkeit
besteht darin, die akustische Öffnung
in Form eines Schalltunnels oder Röhre 52 zu realisieren.
Dabei bildet die Luftsäule
in der Röhre 52 eine
schwingungsfähige
Masse, die an das von der Lautsprecher-Membran angetriebene Luftvolumen
in der jeweiligen Kammer (hier die Kammer 50b) angekoppelt
ist. Eine durch eine offene Röhre 52 (Schalltunnel)
realisierte Schallöffnung
wird auch als Ventilation bezeichnet. Eine andere Möglichkeit,
eine Schallöffnung
zu realisieren, besteht darin, eine Gehäuseöffnung durch eine Passivmembran 51 zu
verschließen.
Die Passivmembran 51 weist keinen eigenen bzw. aktiven
akustischen Antrieb auf. Analog zu dem Luftvolumen in der Röhre 52 bildet
sie eine schwingungsfähige
Masse, die an das von der Lautsprechermembran angetriebene Luftvolumen
in der Lautsprecherkammer (hier die Kammer 50a) angekoppelt
ist. In beiden Fällen
wirken die an die Lautsprechermembran angekoppelten Luftvolumina
in den Kammern 50b bzw. 50a als mechanische Federn,
die die schwingungsfähige
Masse der Schallöffnung
(entweder Luftsäule
in der Röhre 52 oder
die Masse der Passivmembran 51) beaufschlagen. Diese schwingungsfähigen Massen
stellen die akustisch relevanten „Sekundär-Schallquellen" dar.Acoustic openings (also referred to as sound openings) can be realized in various ways. A first possibility is the acoustic opening in the form of a sound tunnel or tube 52 to realize. The air column forms in the tube 52 an oscillatory mass, which is connected to the air volume driven by the loudspeaker diaphragm in the respective chamber (here the chamber 50b ) is coupled. One through an open tube 52 (Sound tunnel) realized sound opening is also called ventilation. Another way to realize a sound opening is to have a housing opening through a passive membrane 51 to close. The passive membrane 51 does not have its own or active acoustic drive. Analogous to the volume of air in the tube 52 it forms an oscillatory mass which is connected to the volume of air in the loudspeaker chamber driven by the loudspeaker diaphragm (here the chamber 50a ) is coupled. In both cases, the air volumes coupled to the loudspeaker diaphragm act in the chambers 50b respectively. 50a as mechanical springs, which is the oscillatory mass of the sound opening (either air column in the tube 52 or the mass of the passive membrane 51 ). These oscillatory masses represent the acoustically relevant "secondary sound sources".
Bei
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Schallöffnung durch eine
Passivmembran realisiert. Im vorliegenden Fall kann dies entweder
wie dargestellt die in der oberen Kammer 50a vorgesehene
Schallöffnung 51 sein oder
es kann in nicht-dargestellter Weise die in der unteren Kammer 50b vorgesehene
Schallöffnung sein
(in diesem Fall ist das Rohr bzw. Röhre 52 durch eine
Passivmembran 51 ersetzt). Ferner können auch beide Schallöffnungen
in Form einer Passivmembran realisiert sein.In embodiments of the present invention, at least one sound opening is realized by a passive membrane. In the present case, this can either be as shown in the upper chamber 50a provided sound opening 51 or it may be in a non-illustrated manner in the lower chamber 50b be provided sound opening (in this case, the tube or tube 52 through a passive membrane 51 replaced). Furthermore, both sound openings can be realized in the form of a passive membrane.
Die
Verwendung einer Passivmembran 51 weist den Vorteil auf,
dass eine genaue und gezielte Abstimmung des Frequenzverhaltens
des durch die beiden Kammern 50a und 50b der rückwärtigen Schallquelle 40 gebildeten
Resonators möglich
ist. Die Abstimmung kann über
Membran-Parameter wie die Masse der Membran, deren Elastizität (genauer: die
Elastizität
ihrer mechanischen Aufhängung)
und die Größe der Membran
erfolgen. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Fällen die
Passivmembran 51 auch mit einer Röhre 52 gekoppelt sein
kann, wobei dann die schwingungsfähige Masse der Schallöffnung sowohl
durch das Luftvolumen innerhalb der Röhre 52 als auch die
Masse der die Röhre
verschließenden
Passivmembran 51 bestimmt wird.The use of a passive membrane 51 has the advantage that an accurate and targeted tuning of the frequency response of the two chambers 50a and 50b the rear sound source 40 formed resonator is possible. The tuning can be done via membrane parameters such as the mass of the membrane, its elasticity (more precisely: the elasticity of its mechanical suspension) and the size of the membrane. It should be noted that in all cases the passive membrane 51 also with a tube 52 can be coupled, in which case the oscillatory mass of the sound opening both by the volume of air inside the tube 52 as well as the mass of the passive membrane closing the tube 51 is determined.
Da
durch die Abstimmung des rückseitigen Resonators
mittels der Membran-Parameter das Tiefpass-Verhalten des Resonators
beeinflusst wird, lassen sich gemäß den vorhergehenden Ausführungen
sowohl die Bedingung einer Anpassung des Pegelverlaufs des Rückwärtsschalls
an den Pegel der vorderseitigen Schallquelle als auch die geforderte Laufzeitverzögerung der
rückseitigen
Schallquelle zur Erzielung der Phasengegenläufigkeit am gewünschten
Auslöschungsort
einstellen.There
by tuning the back resonator
by means of the membrane parameters, the low-pass behavior of the resonator
can be influenced, according to the previous versions
both the condition of adjusting the level profile of the reverse sound
to the level of the front sound source as well as the required propagation delay of
rear
Sound source to achieve the phase opposition on the desired
Auslöschungsort
to adjust.
Da
sich die Übertragungsfunktion
eines akustischen Bandpasses 6. Ordnung von der eines akustischen
Hochpasses 4. Ordnung durch einen zusätzlichen akustischen Tiefpass 2.
Ordnung (siehe 5A, 5B) unterscheidet,
kann durch die Kombination dieser akustischen Resonatoren bei einer geeigneten
Abstimmung und Ausführung
in Bezug auf die Dimensionierung der Gehäuse 30, 40 und
den Abstand der beiden Lautsprecher 60, 20 ein
kardioides oder hyperkardioides Abstrahlverhalten generiert werden,
welches dem eines aktiv angesteuerten zweiten Lautsprechers 60 vergleichbar
ist. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem
das kardioide oder hyperkardioide Abstrahlverhalten mit ein und
demselben Ansteuersignal 80 für die beiden Lautsprecher 20, 60 erreicht
werden kann.Since the transfer function of an acoustic bandpass 6 , Order of an acoustic high pass 4 , Order by an additional acoustic low pass 2 , Order (see 5A . 5B ) can be distinguished by the combination of these acoustic resonators with a suitable tuning and execution in terms of the dimensioning of the housing 30 . 40 and the distance between the two speakers 60 . 20 a cardioid or hypercardioid radiation behavior can be generated, which corresponds to that of an actively activated second loudspeaker 60 is comparable. It will pointed out that in the speaker system according to the invention, the cardioid or hypercardioid radiation behavior with one and the same drive signal 80 for the two speakers 20 . 60 can be achieved.
7 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel. Die
erste Schallquelle 100 wird durch einen Tiefton-Lautsprecher 200 realisiert,
der in ein geschlossenes Gehäuse 300 eingebaut
ist. Ein geschlossenes Gehäuse
stellt einen akustischen Hochpass 2. Ordnung dar. Die rückseitige,
zweite Schallquelle 400 weist ein Bandpass-Gehäuse 500 auf,
das eine erste Kammer 500a und eine zweite Kammer 500b umfasst.
Die erste Kammer 500a ist in dem hier dargestellten Beispiel
mit z. B. zwei Schallöffnungen 501, 502 versehen.
Die zweite Kammer 500b ist geschlossen und enthält einen
Tiefton-Lautsprecher 600. Derartige Lautsprechergehäuse mit
nur einer akustisch offenen Kammer werden auch als einfach offene
Bandpass-Gehäuse
(da nur eine Kammer akustisch offen ist) bezeichnet. Sie realisieren
ein akustisches Bandpass-Filter 4. Ordnung. Aufgrund des
frontseitigen Bassreflex-Gehäuses 30 sind
mit dem Lautsprechersystem der 6 (erstes
Ausführungsbeispiel)
bei gleichen Gesamtvolumina und gleichen Bandbreiten höhere Pegel
erreichbar als mit dem in 7 gezeigten
Lautsprechersystem (zweites Ausführungsbeispiel). 7 shows a second embodiment. The first sound source 100 is through a woofer speaker 200 realized in a closed housing 300 is installed. A closed housing provides an acoustic high pass 2 , Order dar. The back, second sound source 400 has a bandpass housing 500 on, this is a first chamber 500a and a second chamber 500b includes. The first chamber 500a is in the example shown here with z. B. two sound holes 501 . 502 Mistake. The second chamber 500b is closed and contains a woofer 600 , Such loudspeaker cabinets with only one acoustically open chamber are also referred to as simply open bandpass housings (since only one chamber is acoustically open). They realize an acoustic bandpass filter 4 , Order. Due to the front bass reflex enclosure 30 are with the speaker system the 6 (first embodiment) with the same total volumes and equal bandwidths higher levels achievable than with in 7 shown speaker system (second embodiment).
Wie
bereits zum ersten Ausführungsbeispiel (6)
erläutert,
wird durch die Tiefpass-Charakteristik (ebenfalls Tiefpass 2.
Ordnung) des akustischen Bandpasses 4. Ordnung im Bereich
der oberen Bandgrenze die erforderliche Laufzeitverzögerung bei
gleichzeitiger Amplitudendämpfung
gemäß den vorstehenden
Erläuterungen
erreicht, wobei auch bei dieser Gehäusekombination durch eine geeignete
Abstimmung der akustischen Resonatoren in Bezug auf Dimensionierung,
Abstand der Lautsprecher usw. die Rückwärtsschallauslöschung sowie das
gewünschte
kardioide oder hyperkardioide Abstrahlverhalten ohne zusätzliche
aktive oder passive Signalbearbeitung im An steuersignal für die zweite Schallquelle 400 erreicht
werden kann. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel können die
beiden Lautsprecher 200 und 600 durch ein und
dasselbe Ansteuersignal 800 angesteuert werden.As in the first embodiment ( 6 ) is explained by the low-pass characteristic (also low-pass 2 , Order) of the acoustic bandpass 4 , Order in the range of the upper band limit the required propagation delay with simultaneous amplitude attenuation according to the above explanations achieved, which also in this case combination by a suitable tuning of the acoustic resonators with respect to dimensioning, distance of the speakers, etc. the reverse sound cancellation and the desired cardioid or hypercardioid radiation behavior without additional active or passive signal processing in the control signal for the second sound source 400 can be achieved. As in the first embodiment, the two speakers 200 and 600 by one and the same drive signal 800 be controlled.
Die
Schallöffnung 501 wird
durch eine Passivmembran 501 realisiert. Die Schallöffnung 502 kann
entfallen (da die Kammer 500a bereits durch eine Passivmembran 501 akustisch
offen ist), oder sie kann wie gezeigt durch ein Rohr 502 (Lufttunnel), durch
eine weitere Passivmembran oder durch eine Kombination aus Rohr
und Passivmembran realisiert sein. Aufgrund der wenigstens einen
Passivmembran 501 ergeben sich auch hier vorteilhafte Abstimmungsmöglichkeiten
des durch das Bandpass-Gehäuse 500 gebildeten
rückseitigen
Resonators mittels geeigneter Wahl der Parameter der Passivmembran.The sound opening 501 is through a passive membrane 501 realized. The sound opening 502 can be omitted (because the chamber 500a already through a passive membrane 501 is acoustically open), or it can pass through a pipe as shown 502 (Air tunnel), be realized by another passive membrane or by a combination of pipe and passive membrane. Due to the at least one passive membrane 501 arise here also advantageous tuning options of the bandpass housing 500 formed back resonator by means of a suitable choice of the parameters of the passive membrane.
Beim
ersten Ausführungsbeispiel
(6) kann die Abstimmung der Resonatoren ferner
dadurch erfolgen, dass die erste Kammer 50a und die zweite
Kammer 50b des zweiten Lautsprechergehäuses 50 auf unterschiedliche
Resonanzfrequenzen abgestimmt werden. Die tiefere Resonanzfrequenz
sollte unterhalb der Resonanzfrequenz des Bassreflex-Gehäuses 30 liegen.
Die höhere
Resonanzfrequenz des Bandpass-Resonators wird dann zur Einstellung
des gewünschten
Tiefpass-Verhaltens geeignet gewählt.In the first embodiment ( 6 ), the tuning of the resonators can be further characterized in that the first chamber 50a and the second chamber 50b of the second loudspeaker housing 50 be tuned to different resonance frequencies. The lower resonant frequency should be below the resonant frequency of the bass reflex enclosure 30 lie. The higher resonant frequency of the bandpass resonator is then chosen to be suitable for setting the desired low-pass behavior.
Bei
dem in 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel kann durch Abstimmung
der Resonanzfrequenz des Bandpass-Gehäuses 500 ebenfalls
das Tiefpass-Verhalten (Grenzfrequenz) des akustischen Bandpasses
in gewünschter
Weise beeinflusst werden. Generell – wie auch bei den beiden exemplarisch
beschriebenen Ausführungsbeispielen – kann das
rückseitige
Lautsprechergehäuse
einen Resonator höherer
Ordnung als das frontseitige Lautsprechergehäuse aufweisen.At the in 7 illustrated second embodiment can by tuning the resonant frequency of the bandpass housing 500 also the low-pass behavior (cutoff frequency) of the acoustic bandpass are influenced in the desired manner. Generally - as with the two exemplary embodiments described - the rear speaker housing may have a resonator higher order than the front speaker housing.
Neben
den in den 6 und 7 dargestellten
Kombinationsmöglichkeiten
von Resonatoren können
erfindungsgemäße Laut sprechersysteme mit
weiteren Resonator-Kombinationen geschaffen werden:
- – Lautsprechersystem
mit einem frontseitigen geschlossenen Gehäuse (Hochpass 2. Ordnung) und
einem rückseitigen
Bandpass-Gehäuse 6. Ordnung
(z. B. zweifach offenes Doppelkammer-Bassreflex-Gehäuse);
- – Lautsprechersystem
mit einem frontseitigen Bassreflex-Gehäuse
(Hochpass 4. Ordnung) und einem rückseitigen Bandpass-Gehäuse 4.
Ordnung (z. B. einfach offenes Doppelkammer-Bassreflex-Gehäuse);
- – Lautsprechersystem
mit einem frontseitigen Bandpass-Gehäuse 4. Ordnung (z.
B. einfach offenes Doppelkammer-Bassreflex-Gehäuse)
und einem rückseitigen
Bandpass-Gehäuse 6.
Ordnung (z. B. zweifach offenes Doppelkammer-Bassreflex-Gehäuse);
- – Lautsprechersystem
mit einem frontseitigen Bandpass-Gehäuse 6. Ordnung (z.
B. zweifach offenes Doppelkammer-Bassreflex-Gehäuse) und
einem frontseitigen Gehäuse
desselben Typs (d. h. ebenfalls Bandpass-Gehäuse 6. Ordnung).
In addition to those in the 6 and 7 illustrated combinations of resonators loudspeaker systems according to the invention can be provided with further resonator combinations: - - Speaker system with a front-side closed housing (high-pass 2 , Order) and a backside bandpass housing 6 , Order (eg double open double chamber bass reflex enclosure);
- - Speaker system with a front bass reflex enclosure (high pass 4 , Order) and a backside bandpass housing 4 , Order (eg single open double chamber bass reflex enclosure);
- - Speaker system with a front bandpass housing 4 , Order (eg single open double chamber bass reflex enclosure) and a backside bandpass enclosure 6 , Order (eg double open double chamber bass reflex enclosure);
- - Speaker system with a front bandpass housing 6 , Order (eg double-open dual-chamber bass reflex enclosure) and a front-side housing of the same type (ie also bandpass housing 6 , Order).
Die
in der obigen Aufzählung
genannten Resonator-Kombinationen sind in der Praxis zumindest teilweise
schwieriger zu dimensionieren als die anhand der 6 und 7 beschriebenen
Resonator-Kombinationen, ermöglichen
jedoch ebenfalls bei geeigneter Auslegung/Dimensionierung die Unterdrückung des
Rückwärtsschalls
gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.The resonator combinations mentioned in the above list are in practice at least partially more difficult to dimension than those based on the 6 and 7 described resonator combinations, however, also allow with appropriate design / dimensioning the suppression of the reverse sound according to the inventions to the invention.
Es
wird darauf hingewiesen, dass durch eine geeignete Abstimmung der
genannten akustischen Resonatoren sowohl eine kardioide als auch
eine hyperkardioide Abstrahlcharakteristik erreichbar ist. Ferner
kann die Entfernung des Auslöschungsortes X
durch die Abstimmung beeinflusst und festgelegt werden. Dabei ist
zu berücksichtigen,
dass aufgrund der Frequenzabhängigkeit
der Laufwegverzögerung an
einem gewünschten
Auslöschungsort
X eine im Wesentlichen vollständige
Auslöschung
(Phasenverzögerung
180°) nur
für eine
bestimmte Frequenz eintritt. In der Praxis kann jedoch erreicht
werden, dass an diesem Auslöschungsort
X bei allen Frequenzen im Ar beitsbereich eine Phasenverzögerung von > 120° auftritt.
Dies gewährleistet,
dass an dem Auslöschungsort
X niemals eine Signalerhöhung,
sondern immer – wenigstens
teilweise – eine
Auslöschung des
Schalls bewirkt wird.It
It is noted that, by means of an appropriate vote, the
said acoustic resonators both a cardioid and
a hypercardioid radiation characteristic can be achieved. Further
can the removal of the extinction X
influenced and determined by the vote. It is
to take into account
that due to the frequency dependence
the path delay
a desired one
Auslöschungsort
X is a substantially complete one
extinction
(Phase delay
180 °) only
for one
certain frequency occurs. In practice, however, can be achieved
be that at this extinction location
X a phase delay of> 120 ° occurs at all frequencies in the working range.
This ensures
that at the extinction location
X never a signal increase,
but always - at least
partly - one
Extinction of the
Sound is effected.
In
vielen Fällen
wird ein Auslöschungsort
X im Bereich von 3 bis 15 m hinter dem Lautsprechersystem vorteilhaft
sein, da in diesem Bereich z. B. auf einer Bühne die Mikrophone angeordnet
sind. Es kann aber auch ein Auslöschungsort
X in größerer Entfernung
(z. B. im Unendlichen) gewählt
werden.In
many cases
becomes an extinction location
X in the range of 3 to 15 m behind the speaker system advantageous
be because in this area z. B. arranged on a stage, the microphones
are. But it can also be a place of extinction
X at a greater distance
(eg at infinity)
become.
Die 8 veranschaulicht
die Abstimmung eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems auf ein
kardioides oder ein hyperkardioides Abstrahlverhalten. Wird der
Frequenz- und Phasengang der rückwärtigen Schallquelle 4 auf
die Weglängendifferenz Δl = (df180 – dr180)
abgestimmt, erhält
man einen Auslöschungsort
X.1 und demzufolge ein kardioides Abstrahlverhalten, wie es in dem
Polardiagramm der 9 dargestellt ist. Wird der
Frequenz- und Phasengang der rückwärtigen Schallquelle 4 auf
die Weglängendifferenz Δl = (df135 – dr135)
abgestimmt, erhält
man einen Auslöschungsort
X2 und demzufolge ein hyperkardioides Abstrahlverhalten, wie es
in dem Polardiagramm der 10 dargestellt ist.
Dabei bezeichnen dfα die
Weglänge
zwischen der ersten Schallquelle 1 (100) und dem
Auslöschungsort
X1 bzw. X2 und drα bezeichnet
die Weglänge
zwischen der zweiten Schallquelle 4 (400) und
dem Auslöschungsort
X1 bzw. X2, jeweils für
einen Winkel α zwischen
der Hauptabstrahlrichtung nach vorne und dem jeweiligen Auslöschungsort
X1 bzw. X2. Das in 8 dargestellte Lautsprechersystem
bestehend aus der Resonatoranordnung 100, 400 ist
lediglich beispielgebend und kann z. B. durch das Lautsprechersystem 10, 40 des
ersten Ausführungsbeispiels (6)
oder ein anderes auf den erfindungsgemäßen Prinzipien beruhendes Lautsprechersystem 1, 4 ersetzt
werden.The 8th illustrates the tuning of a loudspeaker system according to the invention to a cardioides or a hypercardioid radiation behavior. Is the frequency and phase response of the rear sound source 4 tuned to the path length difference Δl = (df180 - dr180), one obtains an extinction location X.1 and consequently a cardioid radiation behavior, as shown in the polar diagram of FIG 9 is shown. Is the frequency and phase response of the rear sound source 4 tuned to the path length difference Δl = (df135 - dr135), one obtains an extinction location X2 and consequently a hypercardioid radiation behavior, as shown in the polar diagram of FIG 10 is shown. Here dfα designate the path length between the first sound source 1 ( 100 ) and the extinction location X1 or X2 and drα denotes the path length between the second sound source 4 ( 400 ) and the extinction X1 and X2, respectively for an angle α between the main emission direction forward and the respective extinction X1 and X2. This in 8th illustrated speaker system consisting of the resonator 100 . 400 is merely exemplary and can z. B. through the speaker system 10 . 40 of the first embodiment ( 6 ) or another based on the inventive principles speaker system 1 . 4 be replaced.
Wie
bereits angesprochen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem 1, 4 möglich, ein
kardioides oder hyper kardioides Abstrahlverhalten allein durch eine
geeignete bauliche Anpassung der Resonatoren der ersten und der
zweiten Schallquellen 1, 4 in Bezug auf z. B.
Gehäusetypen,
Gehäusedimensionen,
Abstand der Lautsprecher, Parameterwahl der einen oder mehreren
Passivmembranen, usw. zu erreichen, ohne eine unterschiedliche Signalverarbeitung
für die
Lautsprecher der beiden Schallquellen 1, 4 vorzusehen.
Weitere bisher noch nicht genannte Einflussgrößen sind die relative Polung
der beiden Lautsprecher 20, 60 bzw. 200, 600 und
ihre Einbaurichtung (diese beiden Einflussgrößen sind voneinander abhängig). Es
ist bei der Erfindung jedoch auch möglich, den Phasengang und Pegelverlauf
der zweiten Schallquelle 4 durch geeignete Maßnahmen
im Ansteuerweg zu verändern.
Hierdurch kann die Variabilität
des Systems erhöht
werden, da beispielsweise zwischen einem kardioiden und einem hyperkardioiden
Abstrahlverhalten gewechselt werden kann. In 8 wird ein
gemeinsamer Verstärkerkanal 6 für die Ansteuerung
der beiden Lautsprecher 200, 600 genutzt. Im Ansteuerweg des
zweiten Lautsprechers 600 für die Erzeugung des „Auslöschungsschalls" befinden sich in
optionaler Weise ein verzögerungsglied 7,
ein Phasendreher 8 und ein (elektrisches) Tiefpass-Filter 9.
Die Zeitverzögerung δt des Verzögerungsglieds,
der Phasenversatz δϕ des
Phasendrehers 8 und die Filterkoeffizienten des Tiefpass-Filters 9 können variabel
sein. Bei den genannten Bauelementen 7, 8 und 9 kann
es sich um passive elektrische Bauelemente handeln. Sie ermöglichen
eine zusätzliche
Abstimmbarkeit des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems 1, 4, die
es gestatten, das konstruktiv festgelegte kardioide oder hyperkardioide
Abstrahlverhalten des Lautsprechersystems 1, 4 „nachträglich" zu verändern bzw.
an unterschiedliche Einsatzbedingungen anzupassen.As already mentioned, it is in the speaker system according to the invention 1 . 4 possible, a cardioides or hyper cardioid radiation behavior alone by a suitable structural adaptation of the resonators of the first and the second sound sources 1 . 4 in terms of z. B. housing types, housing dimensions, distance of the speakers, parameter selection of one or more passive membranes, etc., without a different signal processing for the speakers of the two sound sources 1 . 4 provided. Other influencing factors not yet mentioned are the relative polarity of the two loudspeakers 20 . 60 respectively. 200 . 600 and their installation direction (these two influencing factors are interdependent). However, it is also possible in the invention, the phase response and level profile of the second sound source 4 to be changed by appropriate measures in Ansteuerweg. As a result, the variability of the system can be increased because, for example, between a cardioid and a hypercardioid radiation behavior can be changed. In 8th becomes a common amplifier channel 6 for controlling the two loudspeakers 200 . 600 used. In the drive path of the second speaker 600 for the generation of the "extinguishing sound" are optionally a delay element 7 , a phase rotator 8th and an (electrical) low-pass filter 9 , The time delay δt of the delay element, the phase offset δφ of the phase rotator 8th and the filter coefficients of the low-pass filter 9 can be variable. For the mentioned components 7 . 8th and 9 it may be passive electrical components. They allow additional tunability of the speaker system according to the invention 1 . 4 which allow the constructively determined cardioid or hypercardioid radiation behavior of the loudspeaker system 1 . 4 "Subsequently" to change or adapt to different conditions of use.
Es
ist auch möglich,
das erfindungsgemäße Lautsprechersystem 1, 4 über zwei
getrennte Verstärkerkanäle anzusteuern,
wobei in diesem Fall infolge des erfindungsgemäß vorgesehenen akustischen
Tiefpassfilters nur noch eine relativ geringfügige Signalformung bzw. Signalverzerrung
des elektrischen Ansteu ersignals für den zweiten, rückwärtigen Lautsprecher
benötigt
wird. Wie die passiven elektrischen Bauelemente kann auch der zweite
Verstärkerkanal
zur nachträglichen
Veränderung
der baulich erzeugten kardioiden oder hyperkardioiden Abstrahlcharakteristik
eingesetzt werden.It is also possible, the speaker system according to the invention 1 . 4 to control two separate amplifier channels, in which case only a relatively small signal shaping or signal distortion of the electrical Ansteu ersignals for the second, rear speaker is needed in this case due to the inventively provided acoustic low-pass filter. Like the passive electrical components, it is also possible to use the second amplifier channel for the subsequent modification of the cardioid or hypercardioid radiation characteristic that has been generated in a constructional manner.
Darüber hinaus
kann ein erfindungsgemäßes Lautsprechersystem
sowohl für
die erste Schallquelle 1 als auch für die zweite Schallquelle 4 mehrere
Lautsprecher aufweisen. Eine Realisierungsmöglichkeit besteht darin, dass
jeweils mehrere Lautsprecher in dem Gehäuse 3 und/oder dem
Gehäuse 5 untergebracht
sind. Ein erfindungsgemäßes Lautsprechersystem
kann auch in Form eines Arrays aus einzelnen Lautsprechersystemen
der bisher beschriebenen Art mit jeweils zwei Lautsprechergehäusen aufgebaut
sein. In diesem Fall bezeichnet das Bezugszeichen 3 in 3 ein
erstes Array von frontseitig angeordneten Lautsprechergehäusen und
das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein zweites Array von rückseitig
angeordneten Lautsprechergehäusen. Solche
Arrays bilden gleichsam skalierbare akustische Resonatoren, auf
welche die vorstehenden Überlegungen
und Ausführungsmöglichkeiten
analog anzuwenden sind.In addition, a loudspeaker system according to the invention can be used both for the first sound source 1 as well as for the second sound source 4 have multiple speakers. One possible implementation is that in each case a plurality of speakers in the housing 3 and / or the housing 5 are housed. An inventive loudspeaker system can also be described in the form of an array of individual loudspeaker systems Benen type be constructed with two speaker housings. In this case, the reference numeral designates 3 in 3 a first array of front-mounted speaker housings and the reference numeral 5 denotes a second array of rear-mounted speaker housings. Such arrays form, as it were, scalable acoustic resonators, to which the above considerations and possible embodiments can be applied analogously.
