DE2114976B2 - Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung mit einer Vielzahl von Lautsprechern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung in einer Lautsprecher-Schallwand von weiigehend kugelartiger Form mit einer Vielzahl von Lautsprechern, die in der Schallwand in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und sich in Richtung auf die Peripherie der Schallwand öffnen, und einer Vorrichtung zum Einsteilen der Lautstärke der Lautsprecher.

Bislang war man der Meinung, daß eine pulsierende Kugel als Idealtyp eines Schallabstrahlsystems mit vollkommener Kugelcharakteristik anzusehen sei.

ίο Diese pulsierende Kugel ist eine Schallstrahlvorrichtung, die eine kugelförmig schwingende Membran aufweist, die zur Schallabstrahlung ausgedehnt und zusammengezogen wird, wobei sie stets vollkommen kugelförmig bleibt. Die Richtcharakteristik der Schallabstrahiung dieser pulsierenden Kugel ist vollkommen kugelförmig, und der Schall breitet sich unabhängig von der Frequenz kugelförmig nach allen Seiten aus. Im Vergleich zu einem Schallstrahler mit schwingendem Kolben, der eine endliche Schallwand

so aufweist und als schwingende Fläche eine Scheibe mit einem Durchmesser verwendet, der gleich dem Durchmesser der pulsierenden Kugel ist, hat die pulsierende Kugel im Bereich niedriger Tonfrequenzen, in dem der Strahlungswiderstand der Luft gering ist, nahezu die doppelte Schalleistung pro Flächeneinheit. Ein kugelförmiger Schwingkörper hat daher gegenüber einem ebenen Schwingkörper den Vorteil, daß er eine Kugelcharakteristik unabhängig von der Frequenz und eine hohe Schallstrahlungsleistung im Bereich niedriger Frequenzen aufweist. Ein Lautsprechersystem mit einer derartigen pulsierenden Kugel wird daher als am günstigsten angesehen.

Wenn es auch theoretisch als wahrscheinlich anzusehen ist, daß es möglich ist, eine kugelförmige schwingende Membran auszubilden, die sich zur Schallabstrahlung ausdehnt und zusammenzieht und dabei eine vollkommene Kugelform beibehält, so ist dies doch praktisch unmöglich zu erreichen. Technisch zu verwirklichen ist ein schallabstrahlender Körper, der der idealen pulsierenden Kugel sehr nahe kommt, bei dem mehrere Lautsprecher in einer weitgehend kugelförmigen I.autsprecherschallwand angeordnet werden.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 742 069 ist eine kugelförmige Lautsprecheranordnung der eingangs genannten Art mit vielen Lautsprechern zur Abstrahlung mittlerer und hoher Frequenzen in einer angenähert kugelförmigen Abstrahlungscharakteristik bekannt: diese Anordnung muß zur Abstrahlung des gesamten hörbaren Frequenzbereiches mit einem Tieftonschallstrahler kombiniert werden. Sie dient im wesentlichen der Verbesserung der sehr stark gerichteten Abstrahlscharakteristik für hohe Frequenzen durch einen einzigen Lautsprecher und lost diese Aufgäbe durch das Aneinanderfügen vieler derartig stark gerichteter strahlender Lautsprecher in einer kugelförmigen Anordnung.

Die Kugelcharakteristik des Lautsprechersystems ist zwar in zahlreichen Fällen erwünscht, es kann aber auch eine bestimmte Abhängigkeit der Abstrahlcharakteristik vom Aufsteilungsort, Verwendungszweck und Wiedergabeprogramm des Lautsprechersystems gefordert werden. Bei der oben beschriebenen, idealen pulsierenden Kugel ist diese Einstellbarkeit der Richtcharakteristik nicht möglich, auch ist sie aus dem Schallstrahlgerät nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1 742 069 nicht bekannt. Es ist jedoch aus der deutschen Patentschrift 704 243 eine andere geome-

trische Anordnung einer Vielzahl von Lautsprechern in Gruppen mit dem Ziel bekannt, in einem bestimmten ringförmigen Raumteil alle in Betracht kommenden Frequenzen durch Interferenzwirkung praktisch auszulöschen. Bei diesem bekannten Gerät sind die Lautsprecher auf einer Zylinderoberfläche in zwei Reihen angeordnet und die Membranen süjd so angetrieben, daß die Membranen der ersten Reihe Lautsprecher Überdruck hervorrufen, während zur gleichen Zeit die Membranen der anderen Reihe, bezogen auf denselben Raum, Unterdruck erzeugen. Es ist auch bereits eiue Regelung der Lautstärke der einzelnen Lautsprecher vorgesehen. Es ist jedoch nicht möglich, mit diesem bekannten Gerät auf Grund seiner Zylinderform eine mndstrahlende kugelförmige Abstrahlcharakteristik zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine rundslrahJende kugelförmige Lautsprecheranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine qualitativ gute Wiedergabe aller Hörf requenzen von hohen Tönen bis zu tiefsten Tönen in einem einzigen System gewährleistet ist und bei dem weiterhin die kugelförmige Abstrahlcharakteristik in eine andere gewünschte Abstrahlcharakteristik gemäß den räumlichen Verhältnissen eingestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß diese Vielzahl von Lautsprechern aus Tieftonlautsprechern und Hochtonlautsprechern besteht, die in der kugelförmigen Lautsprecher-Schallwand derart angeordnet sind, daß jeder Tieftoniautsprecher als seine nächsten Nachbarn Hochtonlautsprecher besitzt, und daß die Vorrichtung zur Einstellung der Lautstärke die Abstrahlcharakteristik der kugelförmigen Lautsprecheranordnung dadurch zu regeln gestattet, daß die Lautstärke wenigstens eines Lautsprechers individuell eingestellt werden kann.

Es wird dabei zweckmäßigerweise bei mehreren Lautsprechern die Lautstärke einzeln oder gruppenweise entsprechend der gewünschten Gesamtcharakteristik des Lautsprechersysienis einstellbar gemacht. Entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die nach der Erfindung ausgebildete rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung hat den Vorteil, daß sie besonders leicht herstellbar ist. Die Richtcharakteristik läßt sich in der gewünschten Weise einstellen, und zwar durch Verwendung von verhältnismäßig wenigen Einstellmitteln, z. B. Dämpfungsgliedern.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Aust'uhrungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 Inv < stellen jeweils eine Vorderansicht, eine Ruckansicht bzw. eine Draufsicht eines ersten Ausfiihrungsbeispiels eines Kugellautsprechersystems nach dem Zusammenbau dar;

Fig. 4 A und 4 B stellen jeweils Schaltbilder einer ersten Richtcharakteristik-Einstcllschaltung für das Kugellautsprechersystem dar;

Fig. 5 stellt die Richtcharakteristik des Kugellautsprechersyslems in dem auf Kugelcharakteristik eingestellten Zustand des Laulsprechersystems dar;

Fig. 6 stellt eine anders eingestellte Richtcharakteristik des Kugellautsprechersystems dar;

Fig. 7 A und 7 B stellen jeweils Schaltbilder weiterer Richtcharakleristik-Einstellschaltungen dar;

Fig. 8 stellt eine Vertikalschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kugellautsprechersystems dar;

Fig. 9 stellt eine Richtcharakteristik des Kugellautsprechersystems nach Fig. 8 dar, und

Fig. 10 stellt den Schalldruck-Frequenzgang des Kugellautsprechersystems nach den Fig. 1 bis 3 dar.

In dem Ausführungsbeispiel der rundstrahlenden kugelförmigen Lautsprecheranordnung nach Fig. 1 bis 3 werden die Lautsprecher in eine kugelförmige Schallwand eingesetzt, deren halbkugelförmige Schallwandmäntel 11a und lift ζ. Β. im Spritzgußverfahren aus Polystyrolharz mit geringer Schaumbildung, ζ. B. Acrylnitrilbutadienstyrolharz (ABS-Harz) hergestellt sind. Das ABS-Harz wird gegossen durch Schaumbildung mit einer Schaubildungsrate von 0,7 bis 0,8, so daß sich eine Schallcharakteristik wie die von Holz ergibt. Die halbkugelförmigen Mäntel 11a und 11 b sind jeweils mit Lautsprecheröffnungen 12a bis lld von verhältnismäßig großem Durchmesser und Lautsprecheröffnungen 13a bis 13d von verhältnismäßig kleinem Durchmesser in der nachstehend beschriebenen Anordnung versehen.

Die Lautsprecheröffnungen 12a bis 12d und 13a bis 13d der halbkugelförmigen Mäntel Πα und 116 sind jeweils mit Tieftonlautsprechcrn bzw. Hochtonlautsprechern verbunden.

Die halbkugelförmigen Mäntel 11a und 11/? werden zu einer kugelförmigen Lautsprecherschallwand zusammengefügt. Geeignete Öffnungen ermöglichen das Herausführen von Anschlußdrähten fur den elektrischen Betrieb der Lautsprecher.

Die die Lautsprecher enthaltenden halbkugelförniigeii Manie! 11 u und 11b sind mit Aceiatwoile, Baumwolle und dergleichen tonabsorbierenden Materialien gefüllt. Das Füllmaterial dient zum Verhindern stehender Wellen in dem kugelförmigen Mantel, dämpft den Hochfrequenzbereich und verringert die obere Grenzfrequenz/,,. Die kugelförmige Schall wand 10 weist eine hohe Luftundurchlässigkeit auf.

I η den Fig. 1 bis 3 sind jeweils Vorder-, Rück-und Draufsicht der kugelförmigen Schallwand 10 dargestellt. Die Lautsprecheröffnungen 12a und 12b der halbkugelförmigen Mäntel 11a und 116 sind jeweils beispielsweise mit Tiefton-Lautsprechern 30a bis 3Od versehen, die einen Durchmesser von 13 cm aufweisen, während die Lautsprecheröffnungen 13a bis 13d jeweils mit beispielsweise als Trichterlautsprecher mit einem Durchmesser von 5 cm ausgebildeten Hochtoniautsprechern 31a bis 31 ά versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Tieftoniautsprecher 30a und 306 und die Hochtonlautsprecher 31a und 316 abwechselnd in dem halbkugelförmigen Mantel 11a angeordnet. Auch in dem halbkugelförmigen Mantel 116 sind die Ticiionlautsprecher 30c und 30d und die Hochtonlautsprecher 31c und 31 d abwechselnd angeordnet Ferner liegen die Tieftonlautsprecher 30a bis 3Od und die Hochtonlautsprecher 31a bis 31 d von dem halbkugelförmigen Mantel Ha zum Mantel 116 in vertikaler Richtung benachbart.

Ein in der beschriebenen Weise aufgebautes Kugellautsprechersyslem hat eine ähnliche Richtcharakteristik wie eine pulsierende Kugel. Unter welchem Winkel man auch in einem vorbestimmten Abstand von der Kugel mißt, man erhält stets im wesentlichen den gleichen Schalldruck-Frequenzgang, wie er in Fig. 10dargestellt ist. Diese Figur stellt das Ergebnis einer in einem Abstand von 50 cm von der kugelförmigen Schallwaiid-Oberfläche mit einer konstanten Eingangsspannung von 2,8 Volt durchgeführten Mes-

sung dar. Die Kurve I zeigt die Abhängigkeit des Schalldruckes, die Kurve II die Abhängigkeit des Widerstandes, die Kurve III die Abhängigkeit der zweiten Harmonischen und die Kurve IV die Abhängigkeit der dritten Harmonischen von der Frequenz der Eingangsspannung dar. Die Schalldruck-Richtcharakteristik ist in Fig. 5 dargestellt. Wie man sieht, wird die ideale Kugelcharakteristik nahezu vollständig erreicht.

Im folgenden wird eine erste Richtcharakteristik-Einstellschaltung des Kugellautsprechersystems beschrieben. Nach F i g. 4 A wird das in Schall umzusetzende Signal Eingangsanschlüssen 32a und 32b zugeführt. Diese sind jeweils mit Stiftanschlüssen 34a und 34b eines Vier-Stift-Steckers 33 verbunden. Ein Stiftanschluß 34 c des Steckers 33 ist mit den Schleifern 35a eines Dämpfungsgliedes 35 verbunden. Ein Ende eines ohmschen Widerstandes 35 b des Dämpfungsgliedes 35 ist mit dem Anschluß 32a und ein Ende des anderen ohmschen Widerstandes 35c mit dem Anschluß 32b verbunden.

Nach Fi g. 4 B ist ein Sockel 36 mit Anschlußbuchsen 37a bis 37c versehen, in die jeweils die Stiftanschlüsse 34a bis 34c des Steckers 33 gesteckt werden. Die in Reihe geschalteten Tieftonlautsprecher 30a und 30c und die in Rerhe geschalteten Hochtonlautsprecher 31a und 31c liegen parallel zwischen Anschlüssen 37a und 37b. Auch die in Reihe geschalteten Tieftonlautsprecher 30b und 3Od sowie die in Reihe geschalteten Hochtonlautsprecher 31a und 31c liegen parallel zwischen den Anschlüssen 37a und 37c. In diesem Beispiel haben die Kondensatoren 38a und 38 b jeweils eine Kapazität von 1 Mikrofarad und die Spulen 39a und 39b jeweils eine Induktivität von 0,77 mH.

Zum Einstellen der Richtcharakteristik wird der Schleifer 35a des Dämpfungsglicdes 35 verschoben. Die Tieftonlautsprecher 30a und 30c und die Hochtonlautsprecher 31a und 31c, die im vorderen Teil der kugelförmigen Schallwand 10 angeordnet sind, sind unmittelbar über die Anschlüsse 37a, 37b und 34a, 34b mit den Eingangsanschlüssen 32a und 32b verbunden. Deshalb werden die Tieftonlautsprecher 30a und 30c und die Hochtonlautsprecher 31a und 31 c nicht von der Einstellung des Dämpfungsgliedes 35 beeinflußt. Das Kugellautsprechersystem hat daher vor dem Kugellautsprechersystem stets eine konstante Richtwirkung. Wenn der Schleifer 35a die Lage für den maximalen Wert des Widerstandes 35 b (die Lage des minimalen Wertes des Widerstandes 35c) einnimmt, strahlen die Tieftonlautsprecher 30b und 3Od und die Hochtonlautsprecher 31b und 31c auf der Rückseite der kugelförmigen Schallwand 10 die Töne bzw. den Schall in der gleichen Weise wie die oben erwähnten vorderen Lautsprecher ab. Dann hat die Gesamtrichtcharakteristik (die Richtcharakteristik wird auch Richtdiagramm genannt) des Kugellautsprechers die Rundstrahleigenschaft mit kugelförmiger Ausdehnung.

Wenn der Schleifer 35a in diejenige Richtung verschoben wird, in der der Wert des Widerstandes 35b kleiner wird (nämlich in der Richtung, in der der Wert des Widerstandes 35c größer wird), werden die rückseitigen Lautsprecher 30b, 3Od, 31b und 31d gedämpft, so daß ihr Klangvolumen, d.h. ihre Lautstärke abnimmt. Wenn der Schleifer 35a in eine Lage verschoben wird, in der der Wert des Widerstandes 35b Null wird (nämlich in der Richtung, in der der Wert des Widerstandes 35c sein Maximum erreicht), wird das direkte Klangvolumen der rückseitigen Lautsprecher nahezu gleich Null. Fig. 6 zeigt die Richtcharakteristiken für den Fall, daß nur die Frontlaut-Sprecher Töne abgeben. Wenn der Schleifer 35a stetig weiter bewegt wird, läßt sich die Richtcharakteristik des Kugellautsprechersystems von einer Kugelcharakteristik, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, in eine Richtcharakteristik mit starker Richtwirkung in einer

ίο vorbestimmten Richtung ändern, wie es in F i g. 6 dargestellt ist.

Weitere Richtcharakteristik-Einstellschaltungen sind in den Fig. 7 A und 7 B dargestellt. Nach F i g. 7 A werden die Eingangssignale jeweils tischen Eingangsanschlüssen 40a und 40b, zwischen Anschlüssen 40c und 4Od, zwischen Anschlüssen 4Oe und 40/ sowie zwischen Anschlüssen 40g und 40/t angelegt. Die Anschlüsse 40a, 40c, 4Oe und 40g sind jeweils über Dämpfungsglieder 41, 42, 43 und 44 mit

ao Stiftanschlüssen 46a, 46b, 46c und 46d eines Fünf-Stift-Steckers 45 verbunden. Auch die Anschlüsse 40b, 4Od, 40/ und 40Λ sind jeweils mit einem Stiftanschluß 46e verbunden.

Nach Fi g. 7 B ist ein Sockel 47 mit Anschlußbuch-

»5 sen 48α bis 48e versehen, in die jeweils die Stiftanschlüsse 46a bis 46e des Steckers 45 gesteckt werden. Auf der kugelförmigen Schallwand 10 sind der Tieftonlautsprecher 30a und der Hochtonlautsprecher 31a im vorderen und oberen Viertel der Schallwand 10 angeordnet und zwischen Anschlüssen 48a und 48e parallel geschaltet. Der Tieftonlautsprecher 30b und der Hochtonlautsprecher 31b sind im hinteren und oberen Viertel parallel zwischen Anschlüssen 48 b und 48e angeordnet. Der Tieftonlautsprecher 30c und der Hochtonlautsprecher 31c sind im vorderen unteren Viertel parallel zwischen Anschlüssen 48c und 48f angeordnet und der Tieftonlautsprecher 3Od und der Hochtonlautsprecher 31 d sind im hinteren unteren Viertel parallel zwischen Anschlüssen 48d und 48e angeordnet. Kondensatoren 49a bis 49d liegen jeweils in Reihe mit den Hochtonlautsprechern 31a bis 31 d, während Spulen 50a bis 5Od jeweils dazu parallel geschaltet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Dämpfungsglieder 41 bis 44 jeweils unabhängig voneinander zur Änderung der Richtcharakteristik einstellbar. Dadurch ist die Lautstärke jeder Lautsprechergruppe im vorderen oberen Viertel, im hinteren unteren Viertel der kugelartigen Schallwand getrennt einstellbar. Dadurch, daß die Lautstärke bzw. das Klangvolumen in vier Richtungen unabhängig einstellbar ist, läßt sich die Gesamtcharakteristik in der gewünschten Weise einstellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher die Richtcharakteristik stärker veränderbar als bei dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel.

Fi g. 8 stellt eine Querschnitlansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kugellautsprechersystems dar.

Eine kugelartige Lautsprecher-Schallwand 60 ist mit mehreren Lautsprechern 61a, 61b... versehen. Schwingspulen 62a, 62b... der Lautsprecher 61a, 61b... sind sind jeweils mit veränderbaren ohmschen Widerständen 63a, 63b... konstanter Impedanz in Reihe geschaltet. Die Schwingspulen 62a, 62b...

werden parallel geschaltet und mit einem Anschluß 64 verbunden, der an der Schallwand 60 vorgesehen ist.

Werden bei diesem Ausführungsbeispiel alle ver-

änderbaren Widerstände 63α, 63b... auf Null oder den gleichen Wert eingestellt, entspricht die Richtwirkung des Lautsprechersystems einer Kugelcharakteristik.

Die Charakteristik für diesen Fall ist in F i g. 9 durch iJie gestrichelte Linie A dargestellt. Wenn der Wert der veränderbaren Widerstände, die mit den Lautsprechern im oberen Teil von Fig. 8 verbunden sind, vergrößert und somit die Lautstärke dieser Lautsprecher verringert wird, während die Lauttstärke der Lautsprecher im unteren Teil unverändert bleibt, wird die Richtcharakteristik des Lautsprechersystems 65

nahezu herzförmig, wie es durch die Kurve B in F i g. 9 wiedergegeben wird. Ferner ist es möglich, die Widerstandswerte der mit den linken und rechten Lautsprechern nach F i g. 8 verbundenen Widerstände zu erhöhen und die Widerstandswertc der mit den oberen und unteren Lautsprechern verbundenen Widerstände nicht zu ändern. Dann erhält das Lautsprechersystem 65 eine Zweirichtungs-Richtcharakteristik, wie es durch die Kurve C in F i g. 9 veranschaulicht ist. Die

ίο veränderbaren Widerstände 63a, 63b... können mithin so eingestellt werden, daß sich die gewünschte Richtcharakteristik ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung in einer Lautsprecher-Schallwand von weitgehend kugelartiger Form mit einer Vielzahl von Lautsprechern, die in der Schallwand in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und sich in Richtung auf die Peripherie der Schallwand öffnen, und einer Vorrichtung zum Einstellen der Lautstärke Lautsprecher, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vielzahl von Lautsprechern (30a bis 3Od, 31a bis 3Id) aus Tieftonlautsprechern (30a bis 3Oi/) besteht, die in der kugelförmigen Lautsprecher-Schallwand (10) derart angeordnet sind, daß jeder Tieftonlautsprecher als seine nächsten Nachbarn Hochtonlautsprecher besitzt, und daß die Vorrichtung zur Einstellung der Lautstärke (35; 41 bis 44) die Abstrahlcharakteristik der kugelförmigen Lautsprecheranordnung dadurch zu regeln gestattet, daß die Lautstärke wenigstens eines Lautsprechers individuell eingestellt werden kann.

2. Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Lautsprecher hinsichtlich ihrer Anordnung in der kugelförmigen Lautsprecher-Schallwand (10) in mehrere Gruppen unterteilt ist, die Lautsprecher jeder ei nzelnen Gruppe jeweils untereinander verbunden und durch eine jede Gruppe gemeinsame Einstellvorrichtung (35,41 bis 44) in der Lautstärke einstellbar sind.

3. Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Lautsprecher hinsichtlich ihrer Anordnung in der kugelförmigen Lautsprecher Schallwand (10) in zwei Gruppen unterteilt ist, die Lautsprecher einer Gruppe jeweils untereinander verbunden sind und die Einstellvorrichtung (35) die Lautstärke einer Gruppe (30/?, M)d, 316,31 d) zu regeln gestattet (Fig. 4 A und 4 B).

4 Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordniing nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Tieftonlautsprecher (30a bis 30t/) und ein angrenzender Hochtonlautsprecher (31 α bis 31 d) eine Gruppe (30a, 31a; 30b, 31 b...) bilden und untereinander verbunden sind, und die Einstellvorrichtung (41 bis 44) die Lautstärke jeder Gruppe für sich zu regeln gestattet (Fig. 7 A und 7B).

5. Rundstrahlende kugelförmige Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch jickennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung veranderbare Widerstände (63a, 636,...) in gleicher

Anzahl wie Lautsprecher (61a, 6lb ) enthält

und diese veränderbaren Widerstände jeweils mit den entsprechenden Lautsprechern verbunden sind (Fig. 8).