DE202011105860U1

DE202011105860U1 - Lautsprecher mit steuerbarer Richtwirkung aus Dipol und Monopol

Info

Publication number: DE202011105860U1
Application number: DE201120105860
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2012-05-07
Anticipated expiration: 2021-09-17

Abstract

Anordnung aus zwei oder mehreren Lautsprechern, eingebaut in ein Gehäuse oder eine vergleichbare Haltevorrichtung, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Lautsprecher rückseitig ein abgeschlossenes Volumen erhält (Monopol) und von mindestens einem Lautsprecher auch rückseitig abgestrahlte Schallanteile in den Hörraum gelangen können (Dipol).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von zwei oder mehr Lautsprechern, deren Frequenzbereiche sich teilweise oder ganz überlappen, wobei zumindest ein Lautsprecher so montiert ist, dass auch rückwärtige Schallanteile in den Hörraum gelangen können. Dieser Lautsprecher arbeitet dann in einem gewissen Frequenzbereich als Dipolstrahler mit achtförmiger Richtcharakteristik ( ). Die Kombination aus offenem Gehäuse (Dipol) und geschlossenem Gehäuse (Monopol) erlaubt es, die Richtcharakteristik des Gesamtsystems zu beeinflussen, da sich die resultierenden Abstrahlcharakteristika ( – ) überlagern.
Die Erfindung kann in jedem Gebiet der Wiedergabetechnik eingesetzt werden, in welchem der Schall in eine bestimmte Richtung gelenkt werden soll oder bei der Wiedergabe eines breiteren Frequenzbandes die Richtwirkung konstant oder gewissen Vorgaben entsprechend gehalten werden soll. Ein Vorteil ist dabei unter anderem die einfache Ansteuerung der Lautsprecherchassis, mit der ohne aufwändige Signalverarbeitung beliebige Richtcharakteristika zwischen den Abstrahlwerten der beiden Einzelsysteme erreicht werden können.
Derartige Systeme kommen derzeit nur bei Mikrophonen, also bei der Schallaufnahme zum Einsatz, um zum Beispiel aus einem Druckgradientenempfänger und einem Druckempfänger ein Mikrophon mit nierenförmiger Richtwirkung zu kombinieren. In der Wiedergabetechnik liegt der Vorteil aber nicht allein in der Erzeugung neuer Abstrahlcharakteristika, sondern vor allem auch in der Möglichkeit, die Abstrahlcharakteristik eines Lautsprechers bzw. eines Lautsprechersystems über einen weiten Frequenzbereich konstant zu halten. Konventionelle Lautsprechersysteme zeigen in der Regel einen mit ansteigender Frequenz kleiner werdenden Abstrahlwinkel. Dies ist für viele Wiedergabesituationen ungünstig. So wird beispielsweise der Raum bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich angeregt, was die Wiedergabe im Hifi- und Tonstudiobereich negativ beeinflusst und bei Beschallungsanwendungen entstehen durch die unterschiedliche Abstrahlcharakteristik räumlich unterschiedliche Schleifenverstärkungen, was das Eindämmen von Rückkopplungen erschwert. Im Bereich von Museen oder öffentlichen Räumen wird der Störschallpegel durch nahezu ungerichtete Abstrahlung im tieffrequenten Bereich unnötig angehoben. Auch der Störschall von Durchsageanlagen o. ä. kann durch geeignete Richtwirkung vermindert werden. Es ergeben sich also viele Einsatzbereiche, unter anderem in der Beschallungstechnik, im Tonstudio und Hifi-Bereich, in der Telekommunikation und Kommunikationstechnik sowie im öffentlichen Raum.
Bisher werden zur Erzeugung einer Richtwirkung vor allem Möglichkeiten zur Schallführung, wie Hörner, oder große Schallwände sowie Anordnungen aus mehreren Lautsprechern an verschiedenen Positionen verwendet. Dabei hängt die resultierende Richtstärke meist von der Frequenz bzw. der Wellenlänge ab. Da bei derartigen Anordnungen eine Anpassung an die Wellenlänge nur schwer, bzw. nur in diskreten Sprüngen möglich ist, funktionieren solche Systeme meist nur in sehr eingeschränkten Frequenzbereichen oder sind sehr groß (z. B. Line Arrays).
Des weiteren sind Dipolstrahler bekannt (z. B. Elektrostaten), die in einem weiten Frequenzbereich gleichmäßig gerichtet abstrahlen, allerdings ist die Richtwirkung meist eine Achtercharakteristik, was nicht in jedem Fall optimal ist.
Bekannt sind auch gerichtete Lautsprecher mit rückseitigen akustischen Fließwiderständen zur Erzeugung einer Richtcharakteristik. Auch hier ist die Richtwirkung vorgegeben und nicht mehr veränderbar. Ausserdem ist es sehr aufwändig eine derartige Box hochwertig zu realisieren.
Zu guter Letzt gibt es noch die Möglichkeit, mehrere gleichartige Lautsprecher in einer gewissen Entfernung zueinander so anzusteuern, dass sich Auslöschungen in einer bestimmten Richtung ergeben. Dies ist aber mit recht hohem Aufwand in der Signalverarbeitung und einem recht großen Mindestabstand verbunden, um auch bei tiefen Frequenzen noch brauchbare Ergebnisse zu erzielen.
Der kombinierte Lautsprecher aus Monopol und Dipol kann hingegen in fast jeder Größe realisiert und so auf seinen Einsatzzweck abgestimmt werden. Für kleinere Lautstärken oder höhere Frequenzbereiche reichen schon sehr kleine Lautsprecher aus. Für große Lautstärken können größere Lautsprecher verwendet oder mehrere Einzelsysteme kombiniert werden. Reicht ein eingeschränkter Frequenzbereich, zum Beispiel weil ein gegebenes Lautsprechersystem im mittel- und hochfrequenten Bereich ohnehin schon ausreichend stark gerichtet abstrahlt, kann durch eine entsprechende Tiefe d (vergleiche ) der Einsatz des akustischen Kurzschlusses zu tieferen Frequenzen verschoben werden, wodurch sich die obere Grenzfrequenz des Dipols allerdings gleichermaßen verringert. Eine Kombination mit mehreren unterschiedlich langen Gehäusen oder Rohren kann einen sehr breiten Frequenzbereich abdecken.
Ein Beispiel für die Erfindung mit zwei Lautsprechern soll im Folgenden beschrieben werden und wird in den – dargestellt.
Es werden Lautsprecher verwendet, die klein sind (Durchmesser b < Wellenlänge/4) gegenüber der abzustrahlenden Wellenlänge. Die Bündelungseigenschaften des Lautsprechers können somit vernachlässigt werden. Auch die Gehäusemaße sind gegenüber der Wellenlänge klein. Somit kann der Lautsprecher in der geschlossenen Box ( ) als Punktquelle angenähert werden. Es wird eine zweite Box gebaut die der geschlossenen genau entspricht, mit dem Unterschied, dass keine Rückwand ( ) eingesetzt wird. Solange die Wellenlänge ausreichend groß ist (zumindest größer als die Hälfte der größten Raumdimension der Lautsprecherbox), kann diese Box als Dipolstrahler angesehen werden. Sie erzeugt eine Druckdifferenz zwischen den beiden „Auslässen”. Kombiniert man beide Lautsprecher überlagern sich die Schallfelder und somit wird eine resultierende Richtcharakteristik erzeugt. Hierfür gilt die selbe Formel wie bei gerichteten Mikrofonen: Γ(θ) = X + Ycosθ
Der Anteil des Monopols (X) addiert sich mit dem Anteil des Dipols (Y) multipliziert mit dem Cosinus des Winkels.
Korrigiert man den Frequenzgang der beiden Lautsprecher, so dass beide das selbe Übertragungsmaß haben, erhält man bei der Kombination ( ) eine nierenförmige Richtcharakteristik (X = Y = 0,5) ( ). Der Frequenzbereich des Dipols ist durch d begrenzt. Sobald die Wellenlänge kleiner als 4·d ist, wirkt die Box nicht mehr als Dipol und zeigt ein stark frequenzabhängiges Abstrahlverhalten. (Beispielhafte Messung in ) Allerdings zeigen die Einzelchassis im hochfrequenten Bereich auch eine ausgeprägte Richtwirkung, so dass der Dipol in der Kombination in vielen Fällen einfach ausgeblendet werden kann, ohne dass die Richtcharakteristik wieder wesentlich breiter wird.

Claims

Anordnung aus zwei oder mehreren Lautsprechern, eingebaut in ein Gehäuse oder eine vergleichbare Haltevorrichtung, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Lautsprecher rückseitig ein abgeschlossenes Volumen erhält (Monopol) und von mindestens einem Lautsprecher auch rückseitig abgestrahlte Schallanteile in den Hörraum gelangen können (Dipol).
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprecher entweder aktiv oder passiv oder akustisch im Frequenzgang entzerrt werden, so dass in Summe ein Frequenzgang entsteht, der den Vorgaben an den (Gesamt-)Lautsprecher genügt, und je Frequenz zu den gewünschten Anteilen aus dem rückseitig offenen oder aus dem abgeschlossenen Lautsprecher stammt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtwirkung des Gesamtsystems sich aus den Summen der Richtwirkung der Einzelsysteme ergibt, wobei die Gesamtrichtwirkung entweder herstellerseitig durch entsprechende Formung des Gehäuses und entsprechende Ansteuerung fest vorgegeben ist, oder elektrisch bzw. mechanisch durch den Anwender geregelt werden kann.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum genannten System weitere Lautsprecher für die bessere Wiedergabe von höheren oder tieferen Frequenzen hinzugefügt werden.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Lautsprecherchassis vom selben oder unterschiedlichen Wandlerprinzip sein können und gleiche oder unterschiedliche Größen haben können.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Vorrichtungen zum Verändern der Abstrahlcharakteristik an einem oder mehreren Lautsprechern ergänzend angebracht sein können, wie zum Beispiel Hörner oder akustische Linsen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseöffnung für den rückwärtigen Schallaustritt nicht zwingend direkt hinter dem Lautsprecher ist sondern auch durch eine rohrförmige oder ähnliche Konstruktion einen gewissen Abstand zu diesem erhält.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Chassis mit unterschiedlichen Rohlängen oder Rohrformen ausgestattet werden, um die Abstrahleigenschaften des Dipolstrahlers anzupassen.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Rohres auch mit einem weiteren Lautsprecher abgeschlossen werden kann, der entweder über den gesamten Übertragungsbereich oder zumindest einen Teil davon gleichphasig, oder um den Versatz verzögert gleichphasig, mit dem ersten Lautsprecher angesteuert wird (beide Membranen bewegen sich in die gleiche Richtung).
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Lautsprecher (Monopol) durch akustische Maßnahmen (z. B. Reflexrohre o. ä.) im Wirkungsgrad verbessert wird, wobei zu beachten ist, dass dadurch der Frequenzbereich in dem man von einer kugelförmigen Abstrahlung ausgehen kann vermindert wird.