DE2043319A1

DE2043319A1 - Schallwandler mit mindestens einem Schwingungssystem

Info

Publication number: DE2043319A1
Application number: DE19702043319
Authority: DE
Inventors: Nico Valentinus Eindhoven Franssen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-09-18
Filing date: 1970-09-01
Publication date: 1971-04-01
Also published as: US3685609A; DE2043319B2; CH527537A; GB1328538A; JPS511123B1; FR2061790B3; NL6914204A; FR2061790A7

Description

"Schallwandler mit nindestena einen Schwingungssystem'¹.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallwandler mit

mindestens einem Sohwingungssystem, dessen Schwingplatt· an einen Schallführungskanal angeschlossen iet, dessen akustische Eigenschaften unveränderlich beibehalten werden, obwohl seine grSsete geometrische Abmessung kleiner ist als seine akustische LSnge.

Eine derartige Vorrichtung in Form eines Trichterlautsprechers ist aus der deutschen Patentschrift Nr* 969*766 bekannt.

Triohterlautsprecher zeichnen sich bekanntlich durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Da die tiefste abgestrahlte Frequenz, die auf den Wirkungsgrad von grossten Einfluss ist, mit VergrSsaerung der SchallauetrittsBffnung absinkt und bei einer solchen VergrSsserung für die Querschnittsänderung des Trichtere von der Anfangeöffnung von der Schwingplatte bis zu seiner SchallaustrittsBffnung eine längere Strecke benötigt wird,

1098U/U72

2ÜA33 1 9

-2- PHN. 4291.

wird die akustische Länge sehr gross. Es lassen sich daher nur in einige Spezialfällen derartige grosse Trichterlautsprecher verwenden.

Um die geometrische LSnge wesentlich zu verkürzen, kann der Trichter ale SchneokengehSuse aufgetaut werden. Auch durch Ineinanderschachteln des Trichters lässt sich dies Ιδββη, wie es u.a. aus der obengenannten deutschen Patentschrift bekannt ist. Durch diese Verschaohtelung bleibt die akustische Länge des Schallführungskanal8 dieselbe, aber die . geometrischen Abmessungen werden gegenüber denen eines normalen Trichtere mit entsprechenden akustischen Eigenschaften wesentlich geringer* Die dadurch auftretende Verkürzung geht mit einer ziemlich verwickelten Formgebung einher.

Die Erfindung versucht nun, diesen Nachteil zu vermeiden, und weist dazu das Kennzeichen auf, dass der Kanal aus einer Kaskadenschaltung akustischer Glieder aufgebaut ist, die je aus einem nahezu als Masse wirksamen Teil und einem nahezu als Komplianz wirksamen Teil bestehen.

Dies ist ein völlig neuer Weg, wobei man beabsichtigt, die

geometrische WeglSnge durch Verwendung konzentrierter Massen und Komplianzen wesentlich zu verkürzen. Die Kaskadenschaltung von Gliedern bildet dann ein akustisches Kettennetzwerk, wobei in jedem Glied die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des zu übertragenden Schalles immer durch die Masse und Komplianz des betreffenden Gliedes bestimmt wird.

Sehr gute Resultate wurden daduroh erreicht, dass die Glieder durch in Querrichtung angebrachte Nuten in der Wand dee Sοhallführungskanal erhalten sind. Die Nuten bilden dabei die Volumenteile, die sich nahezu auseohlieeelich als Komplianz benehmen.

Wird beispielsweiee von einem hyperbolieohen Triohter aue-

1098U/ U72

2 U 4 3 3 1 9

-5- PHN. 4291.

gegangen, der einen sehr langen Hals aufweist« so laset sich dieser Hals wesentlich verkürzen, wenn ein Teil desselben durch ein im wesentlichen engeβ Rohr ersetzt wird, dessen Querschnitt für die Masse besimmend ist, und das eine Vielzahl hintereinander vorgesehener ringförmiger Nuten aufweist.

Damit der verkürzte und nioht verkürzte Teil dieses Trichters ineinander übergehen ist es selbstverständlich notwendig, an der Stelle

des Überganges den relativen Verkürzungsfaktor von einem bestimmten Wert auf den Wert 1 zurückzuführen. Dies ergibt daher eine Fora, bei welcher der Innen- und Aussendurchmesser der Nuten des verkürzten Teils bei diesem

übergang einander gleich sind und auch dem Durchmesser des nicht verkürzten Teils entsprechen,

Wird jedoch der Trichter als Ganzes verkftrst, so liegt die Stelle des Überganges gerade an der SohallaustrittsSffnung. Die Tiefen der Nuten sind an dieser Stelle Busserst gering und nehmen von der SohallauetrittsSffnung gesehen allmählich in ihrem Wert über einen grossen Teil der Nuten zu·

Der Schallführungskanal, dessen akustische Impedanz an der Stelle der SohallaustrittsSffnung zum grSssten Teil des zu übertragenden Frequenzbereiches nahezu ree'll ist, benimmt sich im wesentlichen wie einer der bekanntem Triohterlautsprecher. Die akustische Impedanz - von der KehlSffnung, d.h. von dem der Schwingplatte zugewandten Ende des Sohallkanale gesehen - muss dem Schwingungseystem angepasst sein· Dies lasst sioh gegebenenfalls durch einen akustischen Transformator durchführen. Die enge Kehlöffnung geht dann in einen Raum mit einem grttsseren Durchmesser für die Schwingplatte über·

Ein besonderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung weist 1 0 9 8 1 A / U 7 2

2ÜA3319

-4- PHN. 4291.

das Kennzeichen auf, dass sich der Schallkanal zwischen zwei einander gegenüberliegenden Schalen befindet, wobei dae Schwingungssyetem nahezu zentral angeordnet ist, und die Nuten in mindestens einer Schale im wesentlichen koaxial angebracht Bind.

Als Lautsprecher ausgebildet, entsteht auf diese Weise ein sogenannter Quaeitrichterlautsprecher. Das heisst, ein Lautsprecher, der im wesentlichen flach ausgebildet ist, der jedoch auf Ähnliche Weise den * Wirkungsgrad des Schwingungssysteme erhöht, wie dies bei Trichterlautsprechern der Fall ist.

Bei der erfindungsgemSssen Vorrichtung können die beiden Schalen, hinsichtlich der in ihren Nuten spiegelbildlich zueinander auegebildet sein.

Die Nuten sind koaxial angebracht und können kreisförmig

sowie ellipsenfSrmig ausgebildet sein. Im letzteren Fall wird man, um die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Schallkanal von der Kehlöffnung bis zu einer willkürlichen Nut in allen Richtungen gleich zu halten, die Nutentiefe und Wandstärke am Umfang der Nut variieren müssen.

ψ Für eine gute Wirkung der Vorrichtung ist es notwendig, dass

die Abmessungen der Schalen derart gewählt sind, dass der Abstand zwischen den Schalen an der Stelle der SchallaustrittBÖffnung der halben WellenlSnge der höchsten zu übertragenden Frequenz entspricht, und ferner der Aussenumfang der Schalen in der Grössenordnung der WellenlSnge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz liegt.

Die Schalen lassen sich auf einfache Weise aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren in groseen Anzahlen in Massenfertigung herstellen. Damit sich die Schalen gut aus der Matrize lösen, müssen die Nuten etwas kegelförmig sein.

1 0 9 8 U / 1 /. 7 2

-5- PHN. 4291.

Indem man von identischen Schalen ausgeht, können beim Zusammenbauen die Schalen mit betreffenden EinsatzstüOken .an der Stelle der Kehlöffaung versehen werden, damit sich eine gute Schallverbindung mit dem Schwingungesystem, das unter einer der Schalen befestigt wird, herstellen lSsst.

Die Richtcharakteristik der Vorrichtung nach der Erfindung ISsst sich dadurch verbessern, dass eine der Schalen mit einem Reflektor versehen wird. Dieser Reflektor kann in Form eines abgeschnittenen Triohters ausgebildet werden, wobei zur guten Schallführung die Rückseite der anderen Schale mit einem haubenfSrmigen Teil versehen ist·

Die beiden Schalen sind hier als Antriebesystem für den als Trichter ausgebildeten Reflektor wirksam.

Ein Ausführungebeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Schnitt durch einen schalenförmig^ Quasitriohterlautsprecher nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung eines abgeschnittenen Trichters mit einem Antriebssystem nach Fig. 1 oder 2.

Sie bestehen aus zwei nahezu identisch ausgebildeten zylinder* fSrmigen Schalen 1 und 2, die in einem Spritzgussverfahren aus einem Kunst· stoff hergestellt sind.

Die Schale 2 ist durch einen sich kegelförmig erstreckenden Kanal 3 mit einem Schwingungesystem £ verbunden. Dieses Schwingungssystem - das schematisch dargestellt ist - ist aus einer Schwingungsplatte 5 aufgebaut, die flach ausgebildet und mit ihrem Rand 6 zwisohen einem Gehäuse 7 und einer Andrüokung 8 gelenkig aufgehängt 1st. Vor der Membran 5» deren Querschnitt grosser ist al· der des Kanals 3» befindet sich ein

10981 kl U72

/ ύ 4 3 3 1 9

-6- PHN. 4291.

Raum 9t der zusammen mit dem Kanal } einen akustischen Wandler bildet.

Für eine gute Führung des von der Schwingplatte 5 erzeugten Schalle· ist die Schale 1 mit einem haubenförmigen Mittelstück 10 versehen.

Der Schall gelangt in eine ringförmige sehr schmale Kehl-Sffnung 11. Die Schalen 1 und 2 sind derart ausgebildet, dass zwischen denselben ein ringförmiger Schallkanal 12, denen Querschnitt der Form M eines Exponentialtriohters entspricht, vorhanden ist.

Die Schalen sind beide auf identische Weiee mit einer Anzahl konzentrischer Nuten versehen. Diese Nuten weisen im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt auf, ihre konzentrischen SeitenfläOhen sind jedoch leicht geneigt, damit sie sich nach dem Herstellen gut aus der Matrize lösen lassen.

An der Schallaustrittsöffnung 14 weisen diese Nuten eine äueserst geringe Tiefe auf. Die Nutentiefe nimmt in Richtung der Kehlöffnung zu.

Beim Lautsprecher nach Fig. 1 setzt sich diese Zunahme Über den ganzen Nutenteil fort. Die Böden 15 der Nuten liegen hier in einer Ebene.

Beim Lautsprecher nach Fig. 2 ist die Zunahme der Nutentiefe in Richtung Kehlöffnung geringer und von der Nute 16 abgeht diese Zunahme sogar in eine Abnahme über. Die Böden 15 dieser Nuten bilden hier eine kontinuierlich gebogene rotationssymmetrische OberflSche. Die Schalen 1 und 2 sind identisch ausgebildet. Sie sind mit Einsätzetüoken 20 bzw. versehen. Das Einsatzstück 20 enthält den Kanal 3 und das Einsatzstück 21 enthflt das haubenförmige Mittelstüok 10. Damit eine einseitige Richtcharakteristik erhalten wird, ist die Schale 2 mit einem Reflektor 22 ver-

10981 WU72

2 U k 3 3 1 9

-7- PHN. 4291.

sehen.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen Trichterlautsprecher, wobei der Reflektor 22 entsprechend der Ausbildung nach Fig. 2 einen abgeschnittenen Trichter 36 bildet. Der reetliche Teil des Trichters ist in diesem Fall durch ein Antriebssystem j$() ersetzt, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Dieses Antriebssystem _3jO besteht aus den Schalen 31 und 32, dem Schal!führungskanal 33 mit dem daran angeschlossenen Schwingungssystem 34. Zur Führung der Schalles ist die Rückseite der Schale 31 mit einem haubenförmigen Teil 35 versehen.

Es dürfte einleuchten, dass die Schallauetritteöffnung 37 derartiger Trichterlautsprecher sehr gross ist, aber durch Anordnung des Antriebssystems .3J) wird die Länge wesentlich verkürzt.

1 0 9 8 14/14 72

Claims

-θ- PHN. 4291.

PATENTANSPRÜCHE!

Π· Schallwandler mit mindestens einem Schwingungssystem, dessen

Schwingplatte an einen Schallführungekanal angeschlossen ist, dessen akustische Eigenschaften unveränderlich beibehalten werden, obwohl seine grösste geometrische Abmessung kleiner ist, als seine akustische Länge, dadurch gekennzeichnet dass der Kanal aus einer Kaskadenschaltung akustischer Glieder aufgebaut ist, die je aus einem nahezu als Masse wirk-

. samen Teil bestehen*

2. Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Glieder untereinander verschieden ausgebildet sind*

5· Schallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufteilung in Glieder durch in Querrichtung angebrachte Nuten in der

Wand des Schallführungskanals erhalten ist.

4· Schallwandler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass

von der der Schwingplatte abgewandten Seite des Schallführungskanals,d.h.

der SchallaustrittsSffnung die Nutentiefe in Richtung zur gegenüberliegenden Öffnung des Schallftihrungskanals, d.h. zur Kehläffnung in starkem

) Masse zunimmt.

5· Schallwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die akustische Impedanz an der Stelle der Schallaus tritteö ff nung fast für den ganzen zu übertragenden Frequenzbereiche nahezu reell ist und die akustische Eingangsimpedanz der Kehlöffnung, d.h. der der Schwingplatte zugewandten Seite des Schallführungekanale an das Sohwingungs8ystem angepasst ist.

6. Schallwandler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass

die KehlBffnung über einen akustischen Wandler mit der Schwingplatte verbunden ist.

1 0 9 8 1 A / 1 A ^1; 2

2UA3319 -

-9- PHN. 4291.

7· Schallwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daee sich der Sohallführungakanal zwischen zwei einander ungefähr gegenüberliegenden Schalen befindet, wobei da* Sohwingungasystern nahezu zentral angeordnet ist und die Nuten in mindestens einer Schale im wesentlichen koaxial angebracht sind.

8. Schallwandler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalen hinsichtlich der in ihnen angebrachten Nuten spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind.

9· Schallwandler nach Anspruch 7 oder Θ, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Schalen an der Stelle der Schallaustritts-Sffnung der halben Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz nahezu entspricht,

10» Schallwandler nach einem der Ansprüche 7-9· daduroh gekennzeichnet, dass der Aussenumfang der Schalen in der GrSesenordnung der Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz liegt.

11. Schallwandler nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Schalen mit einem Reflektor versehen ist.

12. Schallwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor als abgeschnittener Trichter ausgebildet ist, während für eine gute Führung des Schalles die Rückseite der anderen Schale mit einem haubenfSrmigen Teil versehen ist.

109814/U72

Leerseite