DE20302882U1 - Device for shaping sound waves - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Formgestaltung von Schallwellen mit einem Schallkanal (2), welcher eine Eintrittsöffnung (3) für den Eintritt einer Schallwelle mit ebenen oder gekrümmten Wellenfronten einer gegebenen Form und eine Austrittsöffnung (4) für den Austritt der umgeformten Schallwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallkanal (2) derart ausgebildet ist, dass der Schallweg (S1, S2) durch die Vorrichtung, über eine Wellenfront betrachtet, von der Mitte der Wellenfront zu mindestens einem Rand der Wellenfront hin abnimmt, so dass die Wellenfront beim Durchgang durch die Vorrichtung eine Krümmung in Richtung auf die Eintrittsöffnung (3) erfährt.Device for shaping sound waves with a sound channel (2), which has an inlet opening (3) for the entry of a sound wave with flat or curved wavefronts of a given shape and an outlet opening (4) for the outlet of the shaped sound wave, characterized in that the Sound channel (2) is designed such that the sound path (S 1 , S 2 ) through the device, viewed over a wave front, decreases from the center of the wave front to at least one edge of the wave front, so that the wave front when passing through the device experiences a curvature in the direction of the inlet opening (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgestaltung von Schallwellen mit einem Schallkanal, welcher eine Eintrittsöffnung für den Eintritt einer Schallwelle mit ebenen oder gekrümmten Wellenfronten einer gegebenen Form und eine Austrittsöffnung für den Austritt der umgeformten Schallwelle aufweist.The present invention relates to a device for shaping sound waves with a sound channel, which is an entry opening for the Entry of a sound wave with flat or curved wave fronts of a given Shape and an outlet opening for the Has exit of the deformed sound wave.
Vorrichtungen zur Formgestaltung von Schallwellen werden bei Beschallungsanlagen in unterschiedlicher Form verwendet. Beispielsweise sind so genannte Hörner bekannt, durch welche der Schall in eine bestimmte Richtung gelenkt werden kann. Darüber hinaus ist es bekannt, Vorrichtungen einzusetzen, durch welche der Schall gestreut wird, also den Abstrahlwinkel des Schalls gegenüber dem ursprünglichen Winkel zu vergrößern.Shaping devices of sound waves are different in public address systems Shape used. For example, so-called horns are known through which the sound can be directed in a certain direction. About that it is also known to use devices by which the Sound is scattered, i.e. the radiation angle of the sound compared to the original Enlarge angle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die Qualität von Beschallungsanlagen verbessert werden kann. Insbesondere soll die Schallausbreitung über eine vorbestimmte Entfernung möglichst verzerrungsfrei und mit möglichst wenig Energieverlust ermöglicht werden.The present invention lies the task of a device of the type mentioned indicate with which the quality of sound systems improves can be. In particular, the sound propagation should be via a predetermined distance if possible distortion-free and with as much as possible allows little energy loss become.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
der Schallkanal derart ausgebildet ist, dass der Schallweg durch
die Vorrichtung, über
eine Wellenfront betrachtet, von der Mitte der Wellenfront zu mindestens einem
Rand der Wellenfront hin abnimmt, so dass die Wellenfront beim Durchgang
durch die Vorrichtung eine Krümmung
in Richtung auf die Eintrittsöffnung (
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schallkanals wird erreicht, dass eine sich andernfalls im Wesentlichen unverändert ausbreitende Schallwelle derart verformt wird, dass ihre Wellenfronten beim Austritt aus der Vorrichtung stärker in Richtung auf deren Eintrittsöffnung gekrümmt sind als beim Eintritt in die Vorrichtung. Eine in die Vorrichtung eintretende ebene Welle würde also beim Austritt eine Krümmung in Richtung auf die Eintrittsöffnung der Vorrichtung aufweisen.Due to the configuration of the Sound channel is achieved that is otherwise essentially unchanged propagating sound wave is deformed so that its wave fronts when leaving the device more towards its inlet opening bent are than when entering the device. One in the device incoming plane wave would a curvature when exiting towards the entrance opening have the device.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber auch bei Schallwellen mit bereits gekrümmten Wellenfronten einsetzbar. Sind die Wellenfronten beispielsweise in Schallausbreitungsrichtung gekrümmt, so kann diese Krümmung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verringert werden, wobei dies auch in einem solchen Maße erfolgen kann, dass die austretende Welle ebene Wellenfronten oder entgegen der Schallausbreitungsrichtung, also in Richtung auf die Schalleintrittsöffnung der Vorrichtung gekrümmte Wellenfronten aufweist. Damit kann der durch die Luftreibung auftretenden zunehmenden Krümmung der Wellenfronten einer Schallwelle in Ausbreitungsrichtung entgegengewirkt werden, so dass über eine größere Distanz annähernd ebene Wellen erhalten werden. Die Qualität des Schallsignals kann dadurch verbessert werden.The device according to the invention is also can be used for sound waves with already curved wave fronts. Are the wave fronts, for example, in the direction of sound propagation curved, like this can this curvature by the device according to the invention can be reduced, this also taking place to such an extent can that the emerging wave flat wave fronts or opposite the direction of sound propagation, i.e. in the direction of the sound inlet opening Device curved wave fronts having. This means that the increase caused by air friction can increase Curvature of the Wavefronts of a sound wave counteracted in the direction of propagation be so over a greater distance nearly plane waves are obtained. This can improve the quality of the sound signal become.
Im letzten Fall einer Krümmung der aus der Vorrichtung austretenden Wellenfronten entgegen der Schallausbreitungsrichtung, also in Richtung auf die Eintrittsöffnung der Vorrichtung, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Fokussierung der austretenden Schallwelle auf einen vor der Austrittsöffnung der Vorrichtung liegenden Punkt oder eine vor der Austrittsöffnung liegende Linie eingesetzt werden. In diesem Fall erhält man eine Art fokussierende akustische Linse. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Fokuslinie horizontal verläuft.In the latter case a curvature of the wave fronts emerging from the device against the direction of sound propagation, that is, in the direction of the inlet opening of the device the device according to the invention also to focus the emerging sound wave on a front the outlet opening point of the device or a point in front of the outlet opening Line can be used. In this case you get a kind of focusing acoustic lens. It is preferred if the focus line is horizontal runs.
Eine Anwendungsmöglichkeit einer solchen Akustiklinse besteht in Sprechanlagen, beispielsweise von Häusern oder Kundenschaltern. Für diesen Anwendungszweck ist der Schallkanal so ausgebildet, dass der Fokuspunkt oder die Fokuslinie verhältnismäßig nahe an der Austrittsöffnung der Vorrichtung liegt. Durch eine solche Fokussierung kann das Mithören von Gesprächen durch unbeteiligte, sich weiter entfernt aufhaltende Personen zumindest erschwert, wenn nicht verhindert werden.One possible application of such an acoustic lens exists in intercoms, for example of houses or customer counters. For this purpose the sound channel is designed so that the focus point or the Focus line relatively close at the outlet the device lies. With such a focus, listening in on Conversation by uninvolved people who are further away at least difficult if not prevented.
Der Schallkanal kann aber auch derart ausgebildet sein, dass der Fokuspunkt oder die Fokuslinie verhältnismäßig weit von der Austrittsöffnung der Vorrichtung entfernt liegt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere für Beschallungsanlagen vorteilhaft, die für größere Veranstaltungen eingesetzt werden, bei denen die Zuhörer von der Bühne relativ weit entfernt sind.The sound channel can also be used in this way be designed so that the focus point or the focus line is relatively far from the outlet opening the device is removed. Such an embodiment is particularly for public address systems advantageous for larger events are used where the audience from the stage is relative are far away.
Die Eintrittsöffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise kreis- oder ringförmig ausgebildet sein, je nachdem, in welcher Form die umzuformende Schallwelle ankommt.The inlet opening of the device according to the invention can for example be circular or ring-shaped, depending on in which form the sound wave to be formed arrives.
Die Austrittsöffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nach einer besonderen Ausführung länglich, insbesondere rechteckig ausgebildet. In Verbindung mit einer kreis- oder ringförmigen Eintrittsöffnung kann durch eine solche Vorrichtung eine Umformung einer Kugelwelle in eine Zylinderwelle erreicht werden. Die Abstrahlung einer Zylinderwelle hat insbesondere bei Beschallungsanlagen qualitative Vorteile, da sozusagen das Nahfeld erweitert ist. Insbesondere ist die Schalldruckabnahme bei einer Zylinderwelle geringer als bei einer Kugelwelle, so dass mit einer geringeren Leistung dieselbe Lautstärke erreicht werden kann.The outlet opening of the device according to the invention is elongated after a special design, in particular rectangular. In connection with a circular or annular inlet opening can such a device reshape a spherical shaft can be reached in a cylinder shaft. The radiation from a cylinder shaft has Qualitative advantages, especially in public address systems, as it were the near field is expanded. In particular, the sound pressure drop with a cylinder shaft less than with a spherical shaft, so that the same volume can be achieved with less power.
Für den Einsatz in Beschallungsanlagen ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Längsachse der Austrittsöffnung senkrecht zur Fokuslinie und diese horizontal verläuft. Damit kann am besten eine verteilte Zuhörerschaft beschallt werden.For Use in public address systems is particularly advantageous if the longitudinal axis of the outlet opening perpendicular to the focus line and this runs horizontally. In order to can best be distributed to a distributed audience.
Der Austritt der gekrümmten Schallwelle aus der Vorrichtung kann dadurch verbessert werden, dass die Austrittsöffnung der Vorrichtung eine der Wölbung der Wellenfronten der austretenden Schallwelle entsprechende Wölbung aufweist.The exit of the curved sound wave can be improved from the device in that the outlet opening of the Device one of the vault of the wave fronts of the emerging sound wave has corresponding curvature.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die auch für sich beansprucht wird, ist die Vorrichtung parallel zur Hauptschallausbreitungsrichtung in zwei Teile geteilt, die jeweils auf ihrer dem anderen Teil zugewandten Seite mindestens eine Ausnehmung und mindestens einen Vorsprung aufweisen, die wechselseitig derart ineinander greifen, dass zwischen dem Vorsprung des ersten Teils und der Ausnehmung des zweiten Teils sowie zwischen dem Vorsprung des zweiten Teils und der Ausnehmung des ersten Teils ein Schallkanal mit der gewünschten Form ausgebildet ist.According to a further embodiment of the invention, which is also claimed for itself, the device is divided into two parts parallel to the main sound propagation direction, each on its own whose side facing the part has at least one recess and at least one projection, which mutually engage in such a way that between the projection of the first part and the recess of the second part and between the projection of the second part and the recess of the first part, a sound channel with the desired Form is formed.
Durch diese Ausgestaltung kann die Vorrichtung aus lediglich zwei Teilen aufgebaut sein, die einfach ineinander gesteckt und miteinander verbunden werden müssen, um die gewünschte Vorrichtung zu erhalten. Die Herstellungskosten können dadurch verringert werden.With this configuration, the Device can be built from just two parts, the simple must be inserted into each other and connected to each other in order to the desired Get device. This can reduce the manufacturing costs become.
Bevorzugt ist es, wenn der Querschnitt des Schallkanals und insbesondere beide Teile der Vorrichtung insgesamt in jeder zur Hauptschallausbrei tungsrichtung senkrechten Schnittebene in Bezug auf den Schnittpunkt der Hauptschallausbreitungsrichtung mit der jeweiligen Schnittebene punktsymmetrisch sind und damit identische Hälften bilden. Dadurch wird für die Herstellung der beiden Hälften nur eine Form benötigt. Zudem ergibt sich eine gleichmäßige Form der austretenden Wellenfront.It is preferred if the cross section of the sound channel and in particular both parts of the device as a whole in each section plane perpendicular to the main sound propagation direction with respect to the intersection of the main sound propagation direction are point symmetrical with the respective section plane and thus identical halves form. This will make for the manufacture of the two halves only a shape needed. In addition, there is a uniform shape the emerging wavefront.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls für sich beansprucht wird, ist innerhalb des Schallkanals und/oder an der Austrittsöffnung des Schallkanals ein den Schallkanal bzw. die Schallaustrittsöffnung überspannendes, den Schall teilweise absorbierendes, im Wesentlichen jedoch durchlassendes Element angeordnet. Es wurde festgestellt, dass bei Vorrichtungen zur Formgestaltung von Schallwellen an der Schallaustrittsöffnung ein Impedanzsprung stattfindet, durch welchen die Qualität der austretenden Schallwelle beeinträchtigt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines schallabsorbierenden Elementes unmittelbar an der Schallaustrittsöffnung kann dieser Impedanzsprung verringert und damit die Qualität der austretenden Schallwelle verbessert werden. Entsprechende Vorteile ergeben sich bei Anordnung des Elementes in Knotenpunkten innerhalb des Schallkanals.According to a further embodiment of the invention, also for is claimed is within the sound channel and / or on the outlet opening of the sound channel spanning the sound channel or the sound outlet opening, partially absorbing but essentially transmitting Element arranged. It has been found that in devices for shaping sound waves at the sound outlet opening Impedance jump takes place, through which the quality of the exiting Sound wave is affected. Through the arrangement according to the invention of a sound absorbing element directly at the sound outlet opening this jump in impedance reduces and thus the quality of the emerging sound wave be improved. Corresponding advantages result from arrangement of the element in nodes within the sound channel.
Als absorbierendes Element kommt insbesondere ein poröser Schallschluckstoff, bevorzugt ein Glasfaservlies in Betracht. Mit derartigen Stoffen konnten gute Ergebnisse erzielt werden.Comes as an absorbent element especially a porous one Sound absorbing material, preferably a glass fiber fleece. With good results have been achieved with such substances.
Besonders gute Ergebnisse konnten erzielt werden, wenn der Strömungswiderstand des absorbierenden Elementes bei einer Dicke des Elementes von 0,22 mm > 100 Ns/m3 und < 300 Ns/m3, insbesondere ca. 160 Ns/m3 beträgt. In diesem Bereich und insbesondere bei dem genannten konkreten Wert kann eine ausreichende Verringerung des Impedanzsprungs erreicht werden, ohne dass eine zu starke Schallabsorption auftritt.Particularly good results could be achieved if the flow resistance of the absorbent element with a thickness of the element of 0.22 mm is> 100 Ns / m3 and <300 Ns / m 3 , in particular approximately 160 Ns / m 3 . A sufficient reduction in the impedance jump can be achieved in this area, and in particular in the case of the specific value mentioned, without excessive sound absorption occurring.
Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,Non-limiting embodiments of the invention are shown in the drawing and are described below. They show, each in a schematic representation,
Die in den
Im Bereich zwischen der Mitte
Tritt nun eine ebene Schallwelle
in die Öffnung
Aufgrund der Krümmung ihrer Wellenfronten läuft die
aus der Austrittsöffnung
Tritt in die Eintrittsöffnung
Eine mögliche Verwendung einer derartigen fokussierenden
Akustiklinse liegt im Bereich von Beschallungsanlagen. Der Abstand
L des Fokuspunktes oder der Fokuslinie
Ein anderes Anwendungsgebiet sind Sprechanlagen im Diskretionsbereich. In diesem Fall wird der Abstand L sehr kurz gewählt, beispielsweise 50 cm bis 1 m. Ein Mithören aus größerem Abstand wird dadurch erschwert.Another area of application is intercoms in the discretion area. In this case, the distance L becomes very short selected for example 50 cm to 1 m. This makes listening in from a greater distance difficult.
Anders als dargestellt, kann die
Austrittsöffnung
Bei der in
Die Form des Schallkanals
Der Schallkanal
Insbesondere unmittelbar an der Schallaustrittsöffnung
Mit der beschriebenen fokussierenden
Akustiklinse kann die Qualität
von Beschallungsanlagen deutlich verbessert werden. Hierfür wird die
erfindungsgemäße Vorrichtung
insbesondere vor die Hochtöner
der Beschallungsanlage installiert. Je nach Einsatzzweck kann der
Fokuspunkt oder die Fokuslinie
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Schallkanalsound channel
- 33
- SchalleintrittsöffnungSound port
- 44
- SchallaustrittsöffnungSound outlet
- 55
- Rand von 3edge Of 3
- 66
- Rand von 4edge from 4
- 77
- Mitte von 3center Of 3
- 88th
- Mitte von 4center from 4
- 99
- Fokuspunkt oder Fokusliniefocus point or focus line
- 1111
- Teil von 1part from 1
- 1212
- Teil von 1part from 1
- 1313
- Ausnehmung in 11recess in 11
- 1414
- Ausnehmung in 12recess in 12
- 1515
- Vorsprung von 11head Start from 11
- 1616
- Vorsprung von 12head Start from 12
- 1717
- Begrenzungsfläche von 15Boundary area of 15
- 1818
- Begrenzungsfläche von 16Boundary area of 16
- 1919
- TeilschallkanalPart sound channel
- 2020
- TeilschallkanalPart sound channel
- 2121
- Schnittpunktintersection
- 2222
- SchallschluckelementSound-absorbing element
- S1 S 1
- Schallwegsound path
- S2 S 2
- Schallwegsound path
- LL
- Abstand zwischen 9 und 4distance between 9 and 4
- II
- HauptschallausbreitungsrichtungMain direction of sound propagation
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