DE2052045C3 - Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungerichtete Schallabstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungeriehtete Schallabstrahlung mit mehreren Tn unterschiedlichen Teilfrequen/bercichcn arbeitenden Lautsprechersystemen, die koaxial zueinander ungeordnet sind und von denen benachbarte !Frequenzbereiche abstrahlende mit ihren Öffnungen einander gegenüberstehen.

Be: Schallstrahlern, vorzugsweise bei solchen für die Übertragung von Musik in Wohnräumen, wird einhergehend mit der Entwicklung immer besserer Tonträger auch ein entsprechend naturgetreues unverfälschtes Klangbild angestrebt, das besonders bei HiFi-Stercoübertragungen in einer möglichst breiten räumlichen Hörzone gleichmäßig verteilt ist. Es sind Anordnungen mit annähernd kugelförmiger Abstrahlcharakteristik bekannt, bei denen eine Vielzahl von Einz.illauisprechern. die alle oder zum Teil im gleichen Frequenzbereich arbeiten, in einer Kugel oder einem Vielflächner angeordnet sind. Mit solchen Anordnungen ist ein guter Raumklang erzielbar, der allerdings nicht frei ist von Interferenzerscheinungen, die sich aus der Anordnung zwangsläufig ergeben, da eine Tonfrequenz, in mehr als einer Schallquelle erzeugt wird und deren Abstand auf Grund der Abmessungen der Einzelsysteme zueinander größer als etwa '/2 Schallwellenlänge ist. Interferenzfelder sind gestörte Zonen im anzustrebenden homogenen Schallfeld und äußern sich ortsabhängig verfälschend auf den Frequenzgang. Sie werden bei größerer Lautstärke als unnatürliche Klangschärfe empfunden.

In der deutschen Auslegeschrift 1 089 415 ist ein Kugelstrahler beschrieben, bei dem die Schallmembrane eine elastische Kugel ist, die druckdicht mit einem Schallwandler verbunden ist, der wie eine Pumpe wirkt, wobei die Gesamtanordnung unter Überdruck steht. Eine derartige Anordnung ist zum einen sehr aufwendig und zum anderen nicht für Schallabstrahlung in einem sehr breiten Frequenzbereich geeignet, da sie als Schallwandler ein einziges dynamisches System mit Konusmembran verwendet und dieses, wie später noch beschrieben wird, bestimmte ihm eigene ungünstige Eigenschaften aufweist.

Bei einer bekannten Lautsprecheranordnung der eingangs genannten Art sind entweder zwei oder vier Lautsprechersysteme zur Schallabstrahlung vorgesehen (deutsche Offenlegungsschrift 1 512 747). Bei der Ausführung mit zwei Laulsprechersystemen ebenso wie bei der mit vier Systemen, die gegenphasig betrieben werden, werden beide Seiten der Lauiisprechermcmbranen zur Schallabstrahlung ausgenützt, so daß auch hier kein interferenzfreies Schallfeld erzeugt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lautsprecheranordnung der eingangs genannten Art mit

jwei oder mil vier Lautsprechersystem:^ anzugeben.
4ie ein interferenzfreies Schallfeld abstrahlt und mit
vertretbarem Aufwand aufgebaut werden kann. Die Erfindung gehl davon aus. daß eine diese Bedingungen
erfüllende Schallabstrahlung untei Verwendung nur 5
eines einzigen Lautsprechersystem nicht möglich ist.
Auf die Gründe hierzu wird später eingegangen. Die
gestellte Aufgabe wird bei Verwendung von zwei Lautsprechersystemen gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß die Lautsprechersysteme in bis auf ihre Öffnungen 10
allseits geschlossenen, getrennten Gehäusen untergebracht sind, daß der gegenseitige Abstand der Lautsprechersysteme kleiner als die halbe Wellenlänge bei
der Übergangsfiequenz der beiden Teilfrequenzbereiche ist. daß die Abmessungen der Lautsprechermem- 15 gangsnereich liegt damit gerade in dem Frequenzbe

erhalten.

Durch die Verwendung von bis auf die Lautsprecher-Öffnungen allseitig geschlossenen Lautsprechergehäusen wird in bekannter Weise die Ausbildung von Interferenzen, die durch eine beidseitigc Schallabstrahiung von den Membranen auftreten, unterbunden.

An sich zeigt eine Lautsprecheranordnung unter Verwendung von zwei Lautsprechersystemen, die in der erlindungsgemäßen Weise aufgebaut ist. schon sehr befriedigende Übertragungseigenschaften. Bei einer derartigen Anordnung, die den Frequenzbereich von 50 Hz bis 15 kHz überstreichen soll, würde die Übergangslrequenz zwischen den zwei Lautsprechersysiemen zwischen 500 und 1000Hz liegen. Dieser Über-

branen klein gegen die Länge der jeweils abzustrahlenden Wellen sind und daß die Lautsprechersystem so gespeist sind, daß sie gleichphasig arbeiten.

Der meistverwendete Schallwand'er, der dynamische reich (160 Hz bis 4 kHz), der für die erwünschte Durchsichtigkeit und Präsenz des Klangbildes maßgeblich ist. Diese Durchsichtigkeit und Präsenz, die sonst bei Verwendung von zwei im gleichen Frequenzbereich arbei-

Lautsprecher mit Konusmembrane, erfüll! im Idealfall 20 icnücn Schallquellen bei den bekannten Anordnungen b i Shllii i ll fidäß Ad

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Aufgabe, ein Schallereignis mit allen seinen Oberend Nebenschwingungen gleichzeitig abzustrahlen. Dieser dynamische Lautsprecher genügt allerdings nur in einem Frequenzverhältnis von etwa 1 : 5 hohen Anforderungen an die Übertragungsqualität. Die untere Frequenzgrenze ist im allgemeinen durch die mechanische Resonanzfrequenz gegeben und die obere Frequenzgrenze durch die Neigung der Membrane zu Tcilichwingungen. Da die mechanischen Abmessungen der Membran im Interesse eines guten Wirkungsgrades bei den tiefen Frequenzen möglichst groß gehalten werden, führt das bei hohen Frequenzen neben der Neigung zu Teilschwingungen auch zu einer Richtwirkung, wenn die Schallwellenlänge kürzer als der Meinbrandurchmesser wird. Bei tiefen Frequenzen, wo zur Verbesserung des Wirkungsgrades gewöhnlich auch die Resonanzfrequenz noch mit in den Übertragungsbereich einbezogen wird, entstehen große Membranauslenkungen, die, wenn höhere Töne mit abgestrahlt werden, zu Intermodulations-Erscheinungen führen. Aus diesem Grund sind die Lautspreehersysieine gemäß der Erfindung in an sich bekannter Weise derart ausgewählt, daß die Abmessungen ihrer Membranen klein gegen die Länge der jeweils abzustrahlenden Wellen sind.

Da im Bereich der Übergangsfrequenz zwischen den von den Lautsprechern überstrichenen Frequenzbereichen beide Lautsprechersysteme gleichartigen Schall abstrahlen, muß ihr gegenseitiger Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge bei der Übergangsfrequenz gewählt werden, damit die Anordnung a's eine Schallquelle wirkt und somit Interfcrenzerscheiiningen nicht auftreten können. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Gehäuse, in denen die Lautsprecher ungestört ist, bleibt durch die erfindungsgemäße Anordnung voll ei halten, da durch den gewählten gegenseitigen Abstand der Lautsprechersysteme diese in dem fraglichen Bereich, wie bereits erwähnt, als eine Schallquelle anzuseilen sind.

Zur Ubersireichung des vollen Frequenzbereiches von 32 bis 20 000 Hz müssen deren Teilfrequen/bereiche allerdings ein größeres Frequenzverhähnis als das erwähnte Verhältnis 1 : 5 aufweisen. Da jedoch höchste Anforderungen in der Übertragungsqualität nur dann erfüllt werden, wenn die einzelnen Lautsprecher in einem Frequenzverhältnis von höchstens 1 : 5 arbeiten, können diese Anforderungen nur befriedigt werden, wenn man 4 Lautsprechersysteme verwendet, die dann

beispielsweise in den Frequenzbereichen 32 bis 160 Hz (Tiefionbereich). 160 bis 800 Hz (unterer Mittelionbereich). 800 bis 4000 Hz (oberer Mittelionbereich) und 4000 bis 20 000 Hz (Hochionbereich) arbeiten.

Bei einer solchen Verwendung von vier Lautsprechersysteinen besteht die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe darin, daß das im Tieftonbereich and das im oberen Mitteltonbereich arbeitende Lautsprechersystem einerseits und das im unteren Mitteltonbereich und das im Hochtonbereich arbehende Lautsprechersystem andererseits jeweils in bis auf die Lauisprecheröffnungen allseits geschlossenen Gehäusen derart untergebracht sind, daß die Öffnungen einander abgewandt sind, daß die Gehäuse gegeneinander so angeordnet sind, daß sich die Membranen der in den Mitteltonbereichen arbeitenden Lautsprechersysienie mit einem weniger als die halbe Wellenlänge der Übergangsfrequenz zwischen diesen Bereichen betragenden Abstand gegenüberstehen, daß die Abmessungen der Membranen aller Lautsprechersyste-

lergebracht sind, kugelförmig oder kugelähnlich ausge- 55 nie klein gegen die von ihnen abzustrahlenden Wellen-

bildet, so daß auf deren Oberflächen auftreffende Schallwellen diffus reflektiert werden und somit die Möglichkeit von Interferenzbildungen zwischen direkt abgestrahlten und an den Gehäuseoberflächen reflektierten Schallwellen weiter vermindert wird. Eine derartige Lautsprecheranordnung strahlt in Ebenen senkrecht zur Symmetrielinie ein völlig ungerichtetcs Schaltfeld ab. In Richtung dieser Symmetrielinie ist noch eine geringe unbedeutende Ungleichmäßigkeit im Schalldruckverlauf zu beobachten, so daß man die Lautsprechergelläuse zweckmäßigerweise senkrecht übereinander anordnet, um die in der Horizontalebene erwünschte, völlig ungerichtete Schallausbreitung zu längen sind, daß die Volumina der Gehäuse jeweils entsprechend dem tieferfrequenten der in ihnen enthaltenen Lautsprechersysteme dimensioniert sind und daß alle Lautsprechersysteme so gespeist sind, daß sie gleichphasig arbeiten.

Bei einer derartigen Lauisprecheranordnung besteht /wischen dem Tiefton- und dem Hochtonsystem schon ein erheblicher Abstand, so daß für die ungerichtete Abstrahlung in der Horizontalebene die senkrechte

Anordnung der Laulsprechergehäuse übereinander die zweckmäßigste ist. Zur Unterdrückung von Schallbeeinflussungen durch gehäuseinterne Schalldruckwellen der Systeme untereinander werden die Lautsprechcrsy-

steine im Gehäuseinneren zweckmäßigerweise in bekannter Art durch schalldruckfcste Trennwände voneinander abgeschirmt. Diese Trennwände sind bei üblichen Lautsprechersystemen für den oberen Mitiellonbereich und den Hochtonbereich bereits Bestandteil 5 des Lautsprechersystems, so daß bei Verwendung solcher Laulsprechersysteme auf zusätzliche Trennwände verzichtet werden kann, wodurch sich der Aufbau vereinfacht und verbilligt.

Von den Lautsprechersystemen werden neben Kugclwellen auch Beugungswelien um die Gehäuseoberflächen herum erzeugt. Die Beugungswelien jedes Einzellautsprechersystems treffen am dem jeweiligen Lautsprechersystem entgegengesetzten Punkt des Gehäuses gleichphasig aufeinander. Bei bestimmten Krequenzen treffen diese Wellen in so ungünstiger Phasenlage aufeinander, daß an diesem Punkt eine zweite Schallquelle entsteht, die zusammen mit der primären Schallquelle wiederum Quelle für Interferenzerscheinungen sein kann. Aus diesem Grund schlägt eine ao Weiterbildung der Erfindung vor. daß jedes Gehäuse mit mindestens einem etwa tubusförmigen Kragen konzentrisch zur Symmetriclinie der Gesamtanordnung umgeben ist, der an dem Gehäuse eng anliegt, sich etwa von der Stelle größten Gehäuseumfan^es in Richtung »5 auf eines der Lautsprechersysteme erstreckt, im Mittel etwa einen halben Gehäusedurchmesser lang ist und an der dem Lautsprechersystem zugekehrten Seite einen ungleichmäßigen Randverlauf aufweist.

Durch den ungleichmäßigen Randverlauf dieses Kragens wird verhindert, daß alle Schallwellen an dem erwähnten entgegengesetzten Punkt gleichphasig aufeinandertreffen können. Daher kann eine zweite Schallquelle der erwähnten Art sich nicht ausbilden. An sich genügt für jedes Lautsprechergehäuse ein Kragen, da dieser für die Beugungswellen von beiden, im jeweiligen Gehäuse untergebrachten Lautsprechersystemen wirksam ist. Man kann jedoch auch zwei Kragen an jedem Gehäuse vorsehen. Da die Gehäuse in irgcndei ner geeigneten Weise gehalten und in ihrer Lage zueinander fixiert werden müssen, kann man diese Funktionen zweckmäßigerweise den erwähnten Kragen übertragen, die man dabei noch in ästhetisch ansprechender Form ausführen kann. Man kann z. i3. die Kragen um die beiden Gehäuse so anordnen, daß sie aufeinander zulaufen, sie damit zu einer baulichen Einheit zusammenfassen, wobei geeignete Durchbrechungen für den ungehinderten Schaliaustritt vorzusehen sind. Eine derartige Anordnung fixiert die Lage der beiden Gehäuse zueinander. Für die Aufstellung im Wohnraum ist dann noch ein Ständer für das untere der beiden Gehäuse vor/useheii, der ebenfalls aus einem Kragen heraus entwickelt werden kann, sofern man nicht eine andere, /. \i. an der Zimmerdecke hängende Ausführungsform wählt.

An Hand der Zeichnungen sei die Lauisprechcranordnung nach der Erfindung näher erklärt.

Die F i g. 1 zeigt als Standausführung ein mögliches Aiisführungsbcispiel für eine Lautsprecheranordnung unter Verwendung von 4 Lautsprechersystemen. In ihr sind 1 und 2 zwei Lautsprechergehäuse, die kugelförmig ausgebildet sind. Sie werden von einem Mantel 3 getragen, der Durchbrechungen 4 aufweist, die aiii Grund ihrer besonderen Formgebung die Ausbildung von gleichmäßigen Beugungswellen um die Gehäuse herum verhindern. In den Gehäusen sind die Lautsprcchersystemc untergebracht. Im Gehäuse 1 befindet sich unten das Tieftonlautsprechersystem 5 und an der gegenüberliegenden Stelle das Lautsprechersystem für den oberen Miiteltonbereich 6. Die Größe des Lauisprcchcrgchäuscs 1 bemißt sich nach den Erfordernissen für das Tieftonsysicm 5. Im Gehäuse 2 ist das Lautsprechersystem für den unteren Mitteltonbereich 7 unten angeordnet. Oben befindet sich das Hochtonsystem 8. Das Volumen des Gehäuses 2 ist wiederum nach den Erfordernissen des tieferfrequenten Lautsprechersystems, in diesem Fall des Lautsprechersystems 7. bemessen. Der gegenseitige Abstand der Lautsprechersystem«: b und 7 ist kleiner als die halbe Wellenlänge bei der Übergangsfrequenz der Lautsprecher 6 und 7. Als Laulsprechersysteme 6 und 8 sind solche gewählt, die rückseitig schalldicht sind und somit von gchäuseintcrncn Schalldruckwellen des jeweils anderen, im gleichen Gehäuse untergebrachten Lautsprechersystem» nicht beeinflußt werden können. Der Mantel 3 wirkt gleichzeitig als Kragen in der vorerwähnten Art bezüglich der Lautsprechersystemc in der oberen und unteren Kugel 2 und I. Er wirkt außerdem als Kragen um die Kugel 1 im unteren Bereich, in dem er gleichzeitig zu einem Ständer ausentwickclt ist.

Die Kugeln sind im gezeigten Beispiel nach F i g. 1 an der Unterseite jeweils abgeflacht, jedoch können sie durch aufgesetzte, schalldurchlässige Kappen zu voller Kugeln ergänzt werden. \\ \c F i g. 2 zeigt, wenn die; aus ästhetischen Gründen gefordert werden sollte.

Es sei erwähnt, daß man die Lautsprechergehäuse auch in beliebiger anderer Art halten kann, z. B. durcr Aufhängen an der Wohnraumdecke. F i g. 2 zeigt eir solches Ausführungsbeispiel, bei dem zugleich die Oberflächengestalt voller Kugeln erhalten ist. Eine sol ehe Lautsprecheranordnung kommt in der äußeren Gc stallung dem modernen Zeitgeschmack entgegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungerichtcte Schallabstrahlung mit zwei in unterschiedlichen Teilfrequenzbereichen arbeitenden Lautsprechersystemen, die koaxial zueinander angeordnet sind und mit ihren Öffnungen einander gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laut-Sprechersysteme in bis auf ihre Öffnungen allseits geschlossenen, getrennten Gehäusen untergebracht sind, daß der gegenseitige Abstand der Lautsprechersysteme kleiner als die halbe Wellenlänge bei der Übergangsfrequenz der beiden Teilfrequenzbereiche ist. daß die Abmessungen der Lautsprechermembranen klein gegen die Länge der jeweils abzustrahlenden Wellen sind und daß die Lautsprechersysteme so gespeist sind, daß .sie gleichphasig arbeiten. ^ao

2. Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungerichtete Schallabstrahlung mit vier in unterschiedlichen, dem Tiefton-, dem unteren und dem oberen Mitteltontowie dem Hochionbereich entsprechenden Teilfre- «juenzbereichen arbeitenden Lautsprechersystemen, die koaxial zueinander angeordnet sind und von denen benachbarte Frequenzbereiche abstrahlende mit ihren Öffnungen einander gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß das im Tieftonbereich und das im oberen Mitteltonbereich arbeitende Lautsprechersystem einerseits und das im unteren Mitieltonbereich und das im Hochtonbereich arbeitende Lautsprechersystem andererseits jeweils in bis auf die Lautsprecheröffnungen allseits geschlostenen Gehäusen derart untergebracht sind, daß die Öffnungen einander abgewandt sind, daß die Gehäuse gegeneinander so angeordnet sind, daß sich die Membranen der in den Mitteltonbereichen arbeitenden Lautsprechersysteme mit einem weniger als die halbe Wellenlänge der Übergangsfrequenz «wischen diesen Bereichen betragenden Abstand gegenüberstehen, daß die Abmessungen der Membranen aller Lautsprechersysteme klein gegen die von ihnen abzustrahlenden Wellenlängen sind, daß die Volumina der Gehäuse jeweils entsprechend dem ticferfrequenten der in ihnen enthaltenen Lautüprechersysteme dimensioniert sind und daß alle Lautsprechersysteme so gespeist sind, daß sie gleichphasig arbeiten.

3. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprechersysteme für den jeweils höheren Frequenzbereich in den Gehäusen gegen die gehäuseinternen Schalldruck· ivcllen des jeweils anderen Lautsprechersystems in im sich bekannter Weise durch schalldruckfeste Trennwände abgeschirmt sind.

4. l.autsprecheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse kugelförmig oder kugelähnlich ausgebildet sind.

5. Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse senkrecht übereinander angeordnet sind.

b. Lautsprechcranordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse mit mindestens einem etwa tubusförmigen Kragen konzentrisch zur Symmetrielinie der Gesamtanordnung umgeben ist, der an dem Gehäuse eng anliegt, sich etwa von der Stelle größten Gehiuiscumfangcs in Richtung auf eines der Lautsprechersysteme erstreckt, im Mittel etwa einen halben Ge häuscdurchmesser lang ist und an der dem Lautsprechersystem zugekehrten Seite einen ungleichmäßigen Randverlauf aufweist.

7 Lautsprechersystem nach Anspruch (>. dadurch gekennzeichnet, daß die Kragen zugleich die Gesamtanordnung tragende Elemente sind.