DE2043319B2 - Schallwandler mit mindestens einem schwingungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallwandler mit mindestens einem Schwingungssystem, dessen Schwingplatte an einen Schallführungskanal angeschlossen ist, dessen akustische Eigenschaften unveränderlich beibehalten werden, obwohl seine größte geometrische Abmessung k'einer ist als seine akustische

Länge. .

Eine derartige Vorrichtung in Form eines Tnchterlautsprechers ist aus der deutschen Patentschrift 9 69 766 bekannt.

Trichterlautsprecher zeichnen sich bekanntlich durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Da die tiefste abgestrahlte Frequenz, die auf den Wirkungsgrad von größtem Einhuß ist, mit Vergrößerung der Schallaustrittsöffnung absinkt und bei einer solchen Vergrößerung für die Querschnittsänderung des Trichters von der Anfangsöffnung von der Schwingplztte bis zu seiner Schallaustrittsöffnung eine längere Strecke benötigt wird, wird die akustische Länge sehr groß. Es lassen sich daher nur in einigen Spezialfällen derartige große Trichterlautsprecher verwenden.

Um die geometrische Länge wesentlich zu verkürzen, kann der Trichter als Schneckengehäuse aufgebaut werden auch durch Ineinanderschachteln des Trichters läßt sich dies lösen, wie es unter anderem aus der obengenannten deutschen Patentschrift bekannt ist. Durch diese Verschachtelung bleibt die akustische Länge des Schallführungskanals dieselbe, aber die geometrischen Abmessungen werden gegenüber denen eines normalen Trichters 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 Compliance wirksamen Teil bestehen.

Dies ist ein völlig neuer Weg, wobei man beabsichtigt, die geometrische Weglänge durch Verwendung konzentrierter Massen und Compliances 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 Compliance des betreffenden Gliedes bestimmt wird.

Sehr gute Resultate werden dadurch erreicht, daß die Aufteilung in Glieder durch in die Wand des Schallführungskanals in Querrichtung eingearbeitete Nuten erhalten ist, wobei die Nuten nahezu ausschließlich als Compliance wirksame Teile bilden.

Wird beispielsweise von einem hyperbolischen Trichter ausgegangen, der einen sehr langen Hals aufweist, so läßt sich dieser Hals wesentlich verkürzen, wenn ein Teil desselben durch ein im wesentlichen enges Rohr ersetzt wird, dessen Querschnitt für die Masse bestimmend ist und das eine Vielzahl hintereinander vorgesehener ringförmiger Nuten aufweist.

Damit der verkürzte und nicht verkürzte Teil dieses

^%*»ers ineinander übergehein ist es selbstverständlich Äv dig an ^{der Stelle des} Überganges den relativen ^^Trzungsfaktor von einem bestimmten Wert auf iSf MM-t 1 zurückzuführen. Dies ergibt daher eine ■0& . j welcher der Innen- und Abßendurchmesser IiP^ _ten des verkürzten Teils \·ύ diesem Übergang ^ der gleich sind und auch dem Durchmesser des fSverkürzten Teils entsprechen. H^NfA jedoch der Trichter als Ganzes verwürzt, so ^ üt'die Stelle des Überganges gerade an der Schall-Sittsöffnung. Die Tiefen der Nuten sind an dieser ⁵SX äußerst gering und nehmen von der Schallaus-' Hoffnung gesehen allmählich in ihrem Wert über

- ■ ^nen großen Teil der Nuten zu.

^:ner Schallführungskanal, dessen akustische Impe- i_S ΐ?, ^U _an der Stelle der Schallaustrittsöffnung zum größ- ^ Teil des zu übertragenden Frequenzbereiches nahe-

— reell ist benimmt sich im wesentlichen wie einer der ^IHkannten Trichterlautsprecher. Die akustische Impe-

"Lz - von der Kehlöffnung, d.h. von dem der Swipgplatte zugewandten Ende des Schallkanals ge- «nen - muß dem Schwingungssystem angepaßt sein. n'es läßt sich gegebenenfalls durch einen akustischen Transformator durchführen. Die enge Kehlöffnung «ht dann in einen Raum mit einem größeren Durchiesser für die Schwingplatte über. ..,.,.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß sich der Schallkanal zwischen zwei einander gegenüberliegenden Schalen befindet, wobei das Schwingungssystem nahezu ic zentral angeordnet ist, und die Nuten in mindestens einer Schale im wesentlichen koaxial angebracht sind. Als Lautsprecher ausgebildet, entsteht auf diese Weiein sogenannter Quasitrichterlautsprecher. Das heißt ein Lautsprecher, der im wesentlichen flach ausgebildet isv. der jedoch auf ähnliche Weise den Wirkungsgrad des Schwingungssystems erhöht, wie dies bei Trichterlautsprechern der Fall ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die beiden Schalen hinsichtlich der in ihnen angebrachten _A Nuten spiegelbildlich zueinander ausgebildet sein.

Die Nuten sind koaxial angebracht und können kreisförmig sowie ellipsenförmig 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.

Für eine gute Wirkung der Vorrichtung ist es notwendig daß die Abmessungen der Schalen derart gewählt sind, daß der Abstand zwischen ^ Schafen an der Stelle der Schallaustrittsöffnung der halben Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz entspricht, und ferner der Außenumfang der Schalen in der Größenordnung der Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz liegt

Die Schalen lassen sich auf einfache Weise aus Kunststoff in einem Spritzgußverfahren in großen Anzahlen in Massenfertigung herstellen. Damit sich die Schalen gut aus der Matrize lösen, müssen die Nuten

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beim Zusammenbauen die Schalen mit betreffenden Einsatzstücken an der Stelle der Kehlöffnung versehen werden, damit sich eine gute Schallverbindung mit dem '^ Schwingungssystem, das unter einer der Schalen befestigt wird, herstellen läßt.
Die Richtcharakteristik der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich dadurch verbessern, daß eine der Schalen mit einem Reflektor versehen wird. Dieser Reflektor kann in Form eines abgeschnittenen Trichters ausgebildet werden, wobei zur guten Schallführung die Rückseite der anderen Schale mit einem haubenförmigen Teil versehen ist.

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

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

F i g. 1 und 2 einen Schnitt durch einen schalenförmigen Quasitrichterlautsprecher nach der Erfindung,

F i g. 3 eine Darstellung eines abgeschnittenen Trichters mit einem Antriebssystem nach F i g. 1 und 2.

Der Schaüführungskanal besteht aus zwei nahezu identisch ausgebildeten zylinderförmigen Schalen ! und 2, die in einem Spritzgußverfahren aus einem Kunststoff hergestellt sind.

Die Schale 2 ist durch einen sich kegelförmig erstrekkenden Kanal 3 mit einem Schwingungssystem 4 verbunden. Dieses Schwingungssystem — das schematisch dargestellt ist — ist aus einer Schwingungsplatte 5 aufgebaut, die flach ausgebildet und mit ihrem Rand 6 zwisehen einem Gehäuse 7 und einer Andrückung 8 gelenkig aufgehängt ist. Vor der Membran 5, deren Querschnitt größer ist als der des Kanals 3, befindet sich ein Raum 9, der zusammen mit dem Kanal 3 einen akustischen Wandler bildet.

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

Der Schall gelangt in eine ringförmige sehr schmale Kehlöffnung 11. Die Schalen 1 und 2 sind derart ausgebildet, daß zwischen denselben ein ringförmiger Schallkanal 12, denen Querschnitt der Form eines Exponentialtrichters entspricht, vorhanden ist.

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

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

Beim Lautsprecher nach F i g. 1 setzt sich diese Zunahme über den ganzen Nutenteil fort. Die Böden der Nuten liegen hier in einer Ebene.

Beim Lautsprecher nach F i 3.2 ist die Zunahme der Nutentiefe in Richtung Kehlöffnung geringer und von der Nut 16 abgeht diese Zunahme sogar in eine Abnahme über. Die Böden 15 dieser Nuten bilden hier eine kontinuierlich gebogene rotationssymmetrische Oberfläche. Die Schalen 1 und 2 sind identisch ausgebildet. Sie sind mit Einsatzstücken 20 bzw. 21 versehen. Das Einsatzstück 20 enthält den Kanal 3 und das Einsatzstück 21 enthält das haubenförmige Mittelstück 10. Damit eine einseitige Richtcharakteristik erhalten wird, ist die Schale 2 mit einem Reflektor 22 versehen.

F i g. 3 zeigt im Querschnitt einen Trichterlautsprecher, wobei der Reflektor 22 entsprechend der Ausbildung nach F i g. 2 einen abgeschnittenen Trichter bildet. Der restliche Teil des Trichters ist in diesem Fall durch ein Antriebssystem ersetzt, wie dies in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Dieses Antriebssystem besteht aus den Schalen 31 und 32, dem Schallführungskanal 33 mit dem daran angeschlossenen Schwingungssy-

stem 34. Zur Führung des Schalles ist die Rückseite der Schale 31 mit einem haubenförmigen Teil 35 versehen.

Obwohl die Schallaustrittsöffnung 37 derartiger Trichterlautsprecher sehr groß ist, wird dessen akustische Länge durch diese Anordnung des Antriebssystems wesentlich verkürzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Schallwandler mit mindestens einem Schwingungssystem, dessen Schwingplatte an einen Schallführungskanal 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 wirksamen Teil und einem nahezu als Compliance wirksamen Teil bestehen.

2. Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne!, daß die Glieder untereinander verschieden ausgebildet sind.

3. Schallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung in Glieder durch in die Wand des Schallführungskanals in Querrichtung eingearbeitete Nuten erhalten ist, wobei die Nuten nahezu ausschließlich als Compliance wirksame Teile bilden.

4. Schallwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der der Schwingplatte abgewandten Seite des Schallführungskanals, also der Schallaustrittsöffnung, die Nutentiefe in Richtung zur gegenüberliegenden öffnung des Schallführungskanals, d. h. zur Kehlöffnung, in starkem Maße zunimmt.

5. Schallwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Impedanz an der Stelle der Schallaustrittsöffnung fast für den ganzen zu übertragenden Frequenzbereich nahezu reell ist und die akustische Eingangsimpedanz der Kehlöffnung, d. h. der der Schwingplatte zugewandten Seite des Schallführungskanals, an das Schwingungssystem angepaßt ist.

6. Schallwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehlöffnung über einen akustischen Wandler mit der Schwingplatte verbunden ist.

7. Schallwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schallführungskanal zwischen zwei einander ungefähr gegenüberliegenden Schalen befindet wobei das Schwingungssystem 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 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schalen an der Stelle der Schallaustriüsöffriung der halben Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz nahezu entspricht.

10. Schallwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Schalen in der Größenordnung der Wellenlänge der niedrigsten zu übertragenden Frequenz liegt.

11. Schallwandler nach einem der Ansprüche 7 ^h? bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schalen mit einem Reflektor versehen ist.

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