DE2251178B2 - Lautsprecheranordnung fuer eine in einem breiten frequenzbereich weitgehend ungerichtete schallabstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungerichtete Schallabstrahlung mit mehreren in unterschiedlichen Teilfrequenzbereichen arbeitenden Lautsprechersystemen, die koaxial zueinander angeordnet sind, von denen jeder in einem getrennten, bis auf die Lautsprecheröffnung allseitig geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, deren Membranabmessungen kleiner als die Länge der jeweils abzustrahlenden Wellen sind und die so gespeist sind, daß sie gleichphasig arbeiten.

Bei 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-Stereoübertragungen in einer möglichst breiten räumlichen Hörzone gleichmäßig verteilt ist.

Herkömmliche Lautsprecheranordnungen vermögen diese Forderung nur unvollkommen zu erfüllen. Durch das Hauptpatent 20 52 045 wird eine Lautsprecheranordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die die Nachteile bekannter Anordnungen nicht aufweist und ein interferenzfreies Schallfeld abzustrahlen in der Lage ist und dabei mit vertretbarem Aufwand aufgebaut werden kann. Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine gegenüber dieser bereits vorgeschlagenen Anordnung weiter verbesserte Anordnung der Lautsprecher. Die Lösung besteht in einer Abwandlung der bereits vorgeschlagenen Lösung, macht jedoch von deren grundsätzlichen Erfindungsgedanken Gebrauch. Diese Abwandlung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Lautsprecheröffnungen wenigstens der Lautsprechersysteme, die nicht im höchsten Teilfrequenzbereich arbeiten, in eine gemeinsame Richtung weisen, daß die Gehäuse der Lautsprechersysteme für benachbarte Teilfrequenzbereiche einander benachbart sind und der Schallweg zwischen den Membranen benachbarter Lautsprechersysteme kleiner als die halbe Schallwellenlänge bei der Übergangsfrequenz im Frequenzbereich dieser Lautsprechersysteme ist.

In dem Hauptpatent wurde erläutert, daß der meistverwendete Schallwandler, der dynamische Lautsprecher mit Konusmembran, nur im Idealfalle ein Schallereignis mit allen seinen Ober- und Nebenschwin gungen gleichzeitig abstrahlt. In der Praxis ist diese Fähigkeit nur in einem relativ schmalen Teilbereich des Hörbarkeitsspektrums gegeben. Ein dynamischer Lautsprecher mit Konusmembran genügt nur in einem Bereich, dessen Grenzfrequenzen sich wie 1 :5 verhalten, hohen Anforderungen an die Übertragungsqualität. Warum dieser Bereich nicht größer ist, wird in dem Hauptpatent ausführlich erläutert. Man ist also gezwungen, zur Übertragung des gesamten Hörbarkeitsbereiches mehrere Einzellautsprecher-Systeme zu verwenden, die in verschiedenen, einander benachbarten Teilfrequenzbereichen arbeiten.

Dabei entsteht naturgemäß ein Bereich, in dem beide Lautsprechersysteme einander benachbarter Frequenzbereiche arbeiten. Dieser Bereich läßt sich durch die den Lautsprechersystem^ Ii vorgeschalteten Filter zwar verkleinern, aber nicht beseitigen. Zumindest bei der Übergangsfrequenz sind beide Lautsprechersysteme in Betrieb. Somit ist die Möglichkeit gegeben, daß es im Übergangsfrequenzbereich zu Interferenzerscheinungen im Schallfeld kommt. Diese lassen sich vermeiden, wenn der gegenseitige Abstand der sie erzeugenden Schallquellen genügend klein ist. In dem Hauptpatent wurde dazu vorgeschlagen, die Lautsprecheröffnungen der Systeme für benachbarte Frequenzbereiche einander zuzukehren, ihren gegenseitigen Abstand kleiner als eine halbe Wellenlänge bei der Übergangsfrequenz zu wählen und die Lautsprechersysteme gleichphasig arbeiten zu lassen.

Der gleiche Gedanke liegt auch der vorliegenden Abwandlung der oben erwähnten Lautsprecheranordnung zugrunde. Wieder sind die Lautsprechersysteme benachbarter Frequenzbereiche örtlich einander so eng benachbart, daß beide Systeme im Übergangsfrequenzbereich als eine einzige Schallquelle anzusehen sind. Auf gleichphasige oder zumindest nahezu gleichphasige, dabei aber im Übergangsbereich weitgehend phasensl.arre Arbeitsweise muß wiederum geachtet werden. Exakte Gleichphasigkeit ist nicht notwendig. Ein geringer Unterschied in der Phasenlage hat nur Einfluß auf den Schalldruckverlauf. Damit dieser sich aber nicht ändert, muß die Phasenlage der Systeme zueinander bei allen Amplituden und Frequenzen im Übergangsgebiet nahezu starr sein. Wenn die Membrandurchmesser der Lautsprechersysteme — wie auch bei der Anordnung gemäß dem Hauptpatent — kleiner als die kleinste jeweils von ihnen abzustrahlende Schallwellenlänge gewählt ist, werden die zur Erzielung eines gleichmäßigen Schallfeldes gewünschten Kugelwellen erzeugt.

Der Unterschied im Aufbau zur in dem Hauptpatent vorgeschlagenen Lösung besteht darin, daß die Lautsprecheröffnungen nicht einander zugekehrt sind, sondern in gleiche Richtung weisen. Betrachtet man eine derart aufgebaute Kombination aus zwei Laut-Sprechersystemen für verschiedene Frequenzbereiche, so zeigt sich, daß die Lautsprecheröffnung des einen Systems iiie Gehäuserückseite des benachbarten Systemes anstrahlt Wegen der Forderung nach möglichst kurzen Schallwegen zwischen den beiden Systemen ist erstgenanntes Sysiem dasjenige für den tieferen Frequenzbereich und das System im von hinten von ersterem angestrahlten Gehäuse dasjenige für den höheren Frequenzbereich.

Der Vorteil der nunmehr vorgeschlagenen Anordnung gegenüber der in dem Hauptpaten' beschriebenen liegt darin, daß bei Unterteilung in mehr als zwei Teilfrequenzbereiche und demzufolge der Verwendung von mehr als zwei Ein/.cllautsprechersystemen die Abstände zwischen allen beteiligten Systemen klein gemacht werden können und somit eine angenähert punktförmige Schallquelle entsteht. Bei einer aus vier Einzelsystemen bestehenden Anordnung nach dem Hauptpatent konnten nur zwei Systeme einander eng benachbart werden.

Der Lösungsgedanke nach dem Hauptpatent wird auch bei einer Anordnung verwendet, die nach e'er hier vorgeschlagenen Art aufgebaut ist. Hierzu sei nachfolgend einiges erläutert

Eine beispielsweise aus vier in verschiedenen Frequenzbereichen arbeitenden Einzellautsprechersystemen bestehende Lautsprecheranordnung besteht aus einer Reihe verschieden großer Gehäuse, die gleichsam wie verschieden große Perlen der Größe nach geordnet auf einer Kette aufgefädet sind. Alle Gehäuse sind so dicht benachbart, daß der Schallweg jeweils bei der Übergangsfrequenz zweier diesen zugeordneten Lautsprechersysteme kleiner als eine halbe Schallwellenlänge bei dieser Frequenz ist. Nun lassen sich aber die Lautsprechersysteme in ihren geometrischen Abmessungen nicht beliebig klein machen und so ist es speziell beim höchstfrequent arbeitenden System möglich, daß der Schallweg bei der Übergangsfrequenz zum dahinter angeordneten, im nächsttiefergelegenen Frequenzbereich arbeitenden System im Sinne einer interferenzfreien Schallquelle unzulässig groß ist. Zur Vermeidung dessen kann man das letzte System der Kette, also das höchstfrequent arbeitende, in seiner Strahlungsrichtung umdrehen und auf diese Weise der Schaliweg zwischen den beteiligten Systemen im Übergangsfrequenzbereich wieder genügend klein gemacht werden. Es kann dabei zweckmäßig sein, zwischen diesen beiden Systemen einen Schallführungskegel anzuordnen, um Reflexionen der vom letzten System der Kette abgestrahlten Schallwellen am Gehäuse des vorletzten Systems zu vermeiden.

Wie mehrfach erwähnt, kommt es auf kurze Schallwege zwischen benachbarten Lautsprechersystemen an. Die Einzelgehäuse zu diesen Systemen müssen daher zwangsläufig mit sehr dichtem Abstand zueinander angeordnet werden. Man gibt daher zweckmäßig den vom benachbarten System angestrahlten Rückseiten der Gehäuse eine solche Form, die schallführende Eigenschaften aufweist, z. B. eine Kalottenform. Es ist damit auch möglich, den Abstand zwischen den Gehäusen so klein zu machen, daß deren kalotten- oder ähnlich geformte Rückwand in die Membrankonusöffnune des sie anstrahlenden Lautsprechersystems hinein

Anhand der Zeichnungen sei an darin abgebildeten Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert. F i g. 1 zeigt eine Lautsprecheranordnung, die vier in verschiedenen Teilfreqenzbereichen arbeitende Einzellautsprechersysteme enthält Das System für den tiefsten Teilfrequenzbereich ist mit 11 bezeichnet und in einem bis auf die Schallaustrittsöffnung allseits geschlossenen Gehäuse 1 untergebracht. Dessen Volumen ist in bekannter Weise von den Ansprüchen bestimmt die man an die Übertragungsqualität stellt, und u. a. von der Art des verwendeten Lautsprechersystems und vom Arbeitsfrequenzbereich abhängig. Gleiches gilt für die übrigen drei Lautsprechersysteme 12, 13 und 14 sowie deren Gehäuse 2,3 und 4.

Auf der gleichen Achse wie das Lautsprechersystem 11 sind die anderen Lautsprechersysteme 12, 13 und 14 angeordnet. Die Schallaustrittsöffnungen in den Gehäusen 2, 3 und 4 weisen in die gleiche Richtung wie diejenige des Gehäuses 1. Wird die Gesamtanordnung senkrecht aufgestellt, also so, daß die Hubrichtung der Lautsprechermembranen in die Senkrechte fäll·., so erhält man längs eines gedachten horizontalen Kreisringes mit der Lautsprecheranordnung als Mittelpunkt einen völlig gleichmäßigen Schalldruckverlauf.

Die Rückwand des vom Lautsprechersystem 11 angestrahlten Gehäuses 2, in dem das im nächsthöheren Teilfrequenzbereich arbeitende Lautsprechersystem 12 untergebracht ist, weist eine Gestalt auf, die Schallführungseigenschaften hat. Dadurch wird trotz des geringen Abstandes zwischen der Schallaustrittsöffnung des Gehäuses 1 und der Rückwand des Gehäuses 2 eine befriedigende Schallabstrahlung erreicht. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel ist zur Erzielung eines minimalen Abstandes die Gesamtanordnung so getroffen, daß die kalottenartige Rückwand des Gehäuses 2 in die Konusöffnung des Lautsprechersystems 11 hineinragt. Die Übergangsfrequenz zwischen den Lautsprechersystemen 11 und 12 kann bei dem gezeigten Beispiel etwa bei 160 Hz liegen.

Bei einer Abstufung der Frequenzbereiche im Verhältnis 1 :5 läge die nächste Übergangsfrequenz dann bei etwa 800 Hz. In diesem Bereich bereitet es keine Schwierigkeiten, die erforderlichen Abstände zwischen dem Lautsprechersystem 12 und dem Lautsprechersystem 13 einzuhalten. Die Gehäuseabmessungen des letzteren Lautsprechersystems sind dazu klein genug.

In gleicher Weise wie die drei vorgenannten ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 auch das vierte Lautsprechersystem 14 angeordnet. Wie bereits erwähnt, kann es hier jedoch zu Schwierigkeiten kommen, wenn die geometrischen Abmessungen des Lautsprechersystems 14 allein schon es nicht zulassen, daß im Übergangsfrequenzbereich zwischen den Bereichen des Systems 13 und des Systems 14, der im erläuterten Beispiel bei etwa 4000 Hz liegt, ein Abstand zwischen den Schallquellen selbst (im dargestellten Beispiel sind es wegen der günstigen Abstrahlungseigenschaften bei den Systemen 13 und 14 Kalottenmembranen) nicht unter der halben Schallwellenlänge bei der Übergangsfrequenz erreicht werden kann. Um dem abzuhelfen, kann man in der Weise verfahren, daß man nach F i g. 2 das Gehäuse 4 samt Lautsprechersystem 14 um 180° dreht, sodaß die Membranen der Systeme 13 und 14 einander zugekehrt sind. Wenn Reflexionen am Gehäuse 3 den Schallfeldverlauf des vom Lautsprechersystem 14 stammenden Schallfeldes beeinflussen sollten,

wie es bei einer in Fig.3 dargestellten Gehäuseform zum Lautsprechersystem 13 der Fall sein könnte, kann dies durch Einfügen eines schallführenden Kegels 6 zwischen die Membranen der Systeme 13 und 14 beseitigt werden (siehe Fig. 3).

In den Figuren wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung von Befestigungselementen zur Montage der einzelnen Gehäuse und Lautsprechersysteme verzichtet. Es versteht sich von selbst, daß diese nicht stärker als notwendig sein sollten, um nicht das Schallfeld zu beeinflussen. Über der Gesamtanordnung ist ein Gitterkäfig 5 od. dgl. angeordnet (F i g. 1), um die Systeme vor Berührung zu schützen und der Anordnung ein gefälliges Äußeres zu geben.

Es wurde in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit vier Einzellautsprechersystemen angegeben. Bei geringeren Ansprüchen an die Klangqualität kann auch mit weniger Systemen gearbeitet werden. Trotzdem erhält man damit ein Klangbild, das vergleichbaren herkömmlichen Anordnungen an Qualität überlegen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lautsprecheranordnung für eine in einem breiten Frequenzbereich weitgehend ungerichtete Schallabstrahlung mit mehreren in unterschiedlichen Teilfrequenzbereichen arbeitenden Lautsprechersystemen, die koaxial zueinander angeordnet sind, von denen jeder in einem getrennten, bis auf die Lautsprecheröffnung allseitig geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, deren Membranabmessungen kleiner als die Länge der jev/eils abzustrahlenden Wellen sind und die so gespeist sind, daß sie gleichphasig arbeiten, in Abwandlung einer solchen nach Patent 20 52 045 ausgebildeten Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecheröffnungen wenigstens der Lautsprechersysteme, die nicht im höchsten Teilfrequenzbereich arbeiten, in eine gemeinsame Richtung weisen, daß die Gehäuse der Lautsprechersysteme für benachbarte Teilfreqenzbereiche einander benachbart sind und der Schallweg zwischen den Membranen benachbarter Lautsprechersystem kleiner als die halbe Schallwellenlänge bei der Übergangsfrequenz im Frequenzbereich dieser Lautsprechersysteme ist.

2. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils von benachbarten Lautsprechersystemen angestrahlten Rückseiten der Lautsprechergehäuse so geformt sind, daß sie Schallführ'ingseigenschaften aufweisen.

3. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuserückwände in die Konusöffnungen der sie anstrahlenden Lautsprechersysteme hineinragen.

4. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das im höchsten Teilfrequenzgebiet arbeitende Lautsprechersystem mit seiner Öffnung der des ihm benachbarten Systems zugewandt ist.

40