DE2401925B2

DE2401925B2 - Trichterlautsprecher

Info

Publication number: DE2401925B2
Application number: DE2401925A
Authority: DE
Inventors: Taro Dipl.-Ing. Osaka Eguchi; Masanori Dipl.-Ing. Hirakata Osaka Hino; Chitoshi Dipl.-Ing. Yagumo Shimane Shiraga
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 1973-01-17
Filing date: 1974-01-16
Publication date: 1980-05-29
Also published as: CA993367A; US3972385A; DE2401925C3; GB1463191A; DE2401925A1

Description

wobei / die effektive Länge des Schalldurchgangs von der Einlaßebene des Trichters zu einem in der Mündungsebene befindlichen Punkt, der im Abstand y von dem Schnittpunkt der Hauptachse mit der Mündungsebene angeordnet ist, 10 die Länge der Hauptachse von der Einlaßebene zu der Mündungsebene und f die virtuelle Brennweite der von der Mündungsebene ausgestrahlten Schallwellen bedeuten.

2. Trichterlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsebene die Form eines Rechtecks hat, dessen Längsachse im wesentlichen mit dem Abstand y übereinstimmt, und daß die Innenflächen der Trennwände (3; 44; 91; 92) zumindest erste Bereiche (46a; 94,95) aufweisen, die in Richtung dieses Abstandes ausgerichtet und längs der Hauptachse gekrümmt sind.

3. Trichterlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter durch eine gerade Zahl von Trennwänden (3; 44; 91; 92), die in Richtung der Hauptachse verlaufen, in eine ungerade Zahl von Schalldurchgängen unterteilt ist und daß die Schalldurchgänge (1, 2; 41, 42) symmetrisch zur Hauptachse angeordnet sind.

4. Trichterlautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Trennwände (91, 92) zweite Bereiche aufweisen, die zu einer Linie ausgerichtet sind, die in der Ebene der Mündung liegt und den Abstand unter einem rechten Winkel schneidet, und daß die zweiten Bereiche längs der Hauptachse und längs des Abstandes y gekrümmt sind.

5. Trichterlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsfläche Kreisform hat, und daß jede diametrale Richtung der Mündungsebene mit der den Punkt enthaltenden Linie zusammenfällt.

6. Trichterlautsprecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter durch mindestens eine zylindrische Trennwand (54; 131,132; 194, 195)

mit einer Achse, die mit der Hauptachse zusammenfällt, in einen ersten Durchgang (51; 131; 191) mit der Hauptachse und in einen ringförmigen, äußeren Durchgang (52; 135,136; 182,193) unterteilt ist

7. Trichterlautsprechef nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß in einem parallel zu der Mündungsebene verlaufenden Querschnitt der erste Durchgang (134) im aligemeinen kreisförmig und der zweite, ringförmige Durchgang (135,136) wellenförmig ist wobei sich sie Länge des zweiten Durchganges (135, 136) mit der Umfangsabweichung des ersten Durchgangs (134) ändert

8. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mehrere gewellte, ringförmige Schalldurchgänge (135,136), wobei sich der Längenunterschied zwischen zwei Schalldurchgängen (135, 136), die von dem ersten Schalldurchgang (134) radial hintereinander liegen, mit der Umfangsabweichung des ersten Durchgangs (134) ändert

9. Trichtei lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß in einem parallel zur öffnungsebene verlaufenden Querschnitt der erste Schalldurchgang (191) Kreisform und der zweite Schalldurchgang (192, 193) Ringform haben und daß die zylindrische Trennwand (195) mehrere durchgehende öffnungen (197) aufweist die im Abstand voneinander sowie längs des Umfangs der zylindrischen Trennwand (195) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft einen Trichterlautsprecher der

is im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-PS 9 71 730 ist ein Lautsprecher mit Kugeicharakteristik bekannt bei dem die Schallverbreitung an der Mündung auf sich nach qußen aufweitenden Wänden beruht, die radial angeordnet sind. Mit anderen Worten werden die Richtungen der von der Membran des Lautsprechers abgestrahlten Schallwellen im Grunde durch die Richtung dieser aufgeweiteten, beispielsweise exponential verlaufenden Wände bestimmt.

4") Das akustische Empfinden eines Hörers für die in einen Raum abgestrahlten Schallwellen wird stark durch die Art der Ausbreitung der aus dem Lautsprecher austretenden Schallwellen beeinflußt. Bei hohen Frequenzen muß daher ein Lautsprecher mit breiter

Richtcharakteristik verwendet werden.

Trichterlautsprecher werden üblicherweise als Hoch- und Mittelton-Lautsprecher verwendet. Diese Lautsprechertypen haben jedoch nur eine geringe Richtwirkung, da die Schallwellen von der Trichteröffnung als ebene Wellen abgestrahlt werden. Ferner wird für die

Verwendung bei der Abstrahlung von niederfrequenten Schallwellen eine größere Trichterlänge benötigt, so

daß der Lautsprecher insgesamt größer wird.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind verschiedene

bo Ausführungsformen eines Trichterlautsprechers entwikkelt worden. So wurden beispielsweise mehrere Trichter in der Weise nebeneinander angeordnet, daß die öffnungen der Trichter eine Kugelfläche bilden. Ein solcher Trichterlautsprecher ist jedoch konstruktiv sehr aufwendig, so daß seine Herstellungskosten sehr hoch sind. Außerdem benötigt dieser Trichterlautsprecher viel Raum, was der angestrebten Verkleinerung solcher Geräte widerspricht.

Ein Trichterlautsprecher der angegebenen Gattung ist aus »The Journal of the Acoustical Society of Amerika«, Band 21. Nr. 5, September 1949, bekannt Auch dieser Trichterlautsprecher erfüllt jedoch nicht die gestellten Anforderungen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Trichterlautsprecher der angegebenen Gattung zu schaffen, der bei kompaktem Aufbau eine äußerst gleichmäßige, ungedämpfte Abstrahlung innerhalb des Öffnungskegels ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßige Ausfühningsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Richtung der von der Membran abgestrahlten Schallwellen im wesentlichen durch die Längen der in dem Trichter ausgebildeten Schalldurchgänge bestimmt wird, wie im folgenden noch erläutert werden soll. Die Zeitspanne, die eine Schallwelle benötigt, um längs der Mittelachse des Trichters diesen zu durchlaufen, ist nämlich kürzer als di J Zeitspanne, welche die den langen Schalldurchgang mit den Krümmungen in dem Trichter durchlaufenden Schallwellen benötigen. Deshalb beginnen die inneren Schallwellen, ausgehend von der Trichtermündung, damit, sich zu verteilen bzw. auszubreiten, bevor die äußeren Schallwellen die Trichtermündung erreichen. Wenn also die äußeren Schallwellen die Trichtermündung durchlaufen, wirkt der Druck der inneren Schallwelle von innen auf die äußeren Schallwellen ein und drückt die äußeren Schallwellen nach außen, so daß sich eine sehr gleichmäßige Ausbreitung der von der Mündung abgegebenen Schallwellen ohne wesentliche Dämpfung bestimmter Frequenzen in bestimmten Richtungen ergibt Ein solcher Trichterlautsprecher hat also eine konstante, lineare Frequenzkurve, ohne daß dies mit einer Vergrößerung oder gar einer Erhöhung der Herstellungskosten erkauft werden muß. Der oben erläuterte Effekt kann auch bei hohen Frequenzen ausgenutzt werden, so daß dieser Trichterlautsprecher praktisch über den gesamten interessierenden Frequenzbereich eingesetzt werden kann.

Und schließlich verlaufen die Schallwellen durch unterschiedlich lange Durchgänge bis zur Ebene der öffnung, so daß die Impedanzkurven der einzelnen, dadurch gebildeten »Trichter« in bezug auf die Frequenzachse gegeneinander verschoben sind; dadurch werden die Minima und Maxima in den Kurven der Trichter gegeneinander versetzt, so daß sich insgesamt ein sehr gleichmäßiger Kurvenverlauf ergibt, wie er für die Abstrahlung von Schallwellen mit niedrigen Frequenzen wesentlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des Grundprinzips des Trichterlautsprechers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.2 eine Kurvendarstellung der Impedanz des Trichterlautsprechers,

F i g. 3 eine Ansicht der Abstrahlung der Schallwellen,

F i g. 4 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Trichterlautsprechers nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 5 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Trichterlautsprechers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.6 und 7 Diagramme der Richtcharakteristiken und der Frequenzkurven der Trichterlautsprecher p.ach den F i g. 4 und 5,
Fig.8 eine teilweise weggebrochene Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Trichterlautsprechers η ich der vorliegenden Erfindung,

F i g. 9 und 10 vertikale Schnitte durch den Trichterlautsprecher nach F i g. 8 längs der Linien A, B und C parallel zu der Hauptachse sowie Scnnittansichten des

ίο Trichterlautsprechers längs der Linien A', B' und C parallel zu seiner öffnungsebene,

F i g. 11 und 12 Diagramme der Richtcharakteristiken und der Frequenzkurven des Trichterlautsprechers nach Fig. S,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Trichterlautsprechers nach der Erfindung,

Fig. 14 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht des Trichterlautsprechers nach F i g. 13,

Fig. 15 und 16 Längsschnitte des Trichterlautsprechers nach Fig. 13 und seiner Hauptachse sowie einen Querschnitt durch ein Viertel des Trichters parallel zu seiner öffnungsebene,
Fig. 17 und 18 Diagramme der Frequenzkurven des Trichterlautsprechers nach Fig. 13 sowie ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen den unterschiedlichen Längen der Durchgänge und dem Schalldruckpegel bei einem Trichierlautsprecher aufgetragen ist,

Fig. 19 einen Längsschnitt durch die weitere Ausführungsform eines Trichterlautsprechers nach der Erfindung,

Fig.20 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer bei dem Trichterlautsprecher nach

i'i F i g. 19 verwendeten Zwischenwand und

F i g. 21 bis 23 ein Diagramm der Frequenzkurven des Trichterlautsprechers nach Fig. 19, ein Diagramm der Verteilung der Schallwellenphasen in der öffnungsebene des Trichters sowie ein Diagramm für die Beziehung

4(i zwischen der Phasendifferenz und dem Schalldruckpegel von einem Trichterlautsprecher.

Anhand von F i g. 1 wird nunmehr das Prinzip des Trichterlauisprechers nach der vorliegenden Erfindung erläutert. In dem Schalldurchgang eines Trichters sind

•π zwei von einem Trichterhals 5 zu einer öffnung verlaufende Zwischenwände ♦ symmetrisch bezüglich der geraden Hauptachse des Trichters angeordnet, wodurch der Trichter in drei Schalldurchgänge 1 und 2 mit derselben Länge unterteilt wird. Eine Membran ist

5(i nahe dem Trichterhals 5 angeordnet und die Oberfläche der öffnung ist im allgemeinen eben. Die öffnungsebene verläuft im wesentlichen parallel zu der Einlaßfläche des Trichters. Die voneinander getrennten Schalldurchgänge 1 und 2 sind bezüglich ihrer Flächenausdehnung

>5 einander im wesentlichen gleich, so daß die Flächen der voneinander getrennten Schalldurchgänge 1 und 2 im Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Trichterhauptachse stetig um etwa gleiche Beträge in Richtung der Hauptachse von dem Trichterhals 5 bis zu

W) der öffnungsebene zunehmen.

Die Zwischenwände 4 weisen an ihren Außenseiten Ausbauchungen 3 auf. Die Außenflächen der Zwischenwände 4 sind daher entlang der Hauptachse des Trichters gewölbt. Außerhalb der Zwischenwände 4

hi sind Seitenwände 6 angeordnet, deren Innenflächen in ähnlicher Weise entlang der Haupttrichterachse gewölbt sind, so daß auch die voneinander getrennten Schalldurchgänge 2 gewölbt sind und langer als die

Haupttrichterachse, welche in dem Schalldurchgang 1 des aufgeteilten Trichters liegt.

Von dem Trichterhals 5 in den Trichter abgegebene Schallwellen breiten sich getrennt über die voneinander getrennten Schalldurchgänge 1 und 2 aus und werden dann von der öffnungsebene aus abgestrahlt. Da die voneinander getrennten Schalldurchgänge 2 länger sind als der abgetrennte Schalldurchgang 1, ist die Laufzeit der Schallwelle von dem Trichterhals 5 durch die Schalldurchgänge 2 bis zu der öffnungsebene größer als ι ο die Laufzeit einer Schallwelle durch den Schalldurchgang 1, so daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle in dem ersterwähnten Fall scheinbar kleiner ist.

Folglich, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle an der öffnungsebene scheinbar in Abhängigkeit von der Stelle verschieden, von welcher die Schallwelle abgestrahlt wird. Die Schallwelle wird daher in die Richtung gebrochen, in welcher die Schallwellengeschwindigkeit kleiner ist. Der Brechungsindex η zu diesem Zeitpunkt ist gegeben durch die Gleichung (a):

J_

Io

(a)

25

in welcher Co die Geschwindigkeit der Schallwelle ist, die sich durch den Schalldurchgang 1 ausbreitet, C die scheinbare Geschwindigkeit der Schallwelle ist, welche sich durch den Schalldurchgang 2 ausbreitet, Io die wirksame Länge des Schalldurchgangs 1 und / die wirksame Länge des Schalldurchgangs 2 ist.

Infolgedessen wird die Schallwelle mit dem durch die Gleichung (a) gegebenen Brechungsindex in die Richtung der geraden Richtungslinie gebrochen. Folglich werden die Schallwellen von der öi'fnungsebene aus gestreut abgestrahlt, wodurch breite Richtcharakteristiken erhalten werden.

Die Brechung aufgrund der unterschiedlichen Länge der Durchgänge läßt sich durch die Gleichung (b) wiedergeben:

(11- - 1) .ν- + Ifχ (/i-l)- }-² = 0;

(b)

in welcher η der Brechungsindex, χ die Länge der Mittellinie des Schalldurchgangs 1, / ein virtueller Brennpunktabstand der von der öffnungsebene aus abgestrahlten, krummlinigen Wellen und yder Abstand der Mittenachse des Schalldurchgangs 1 und der Mittenachse des Schalldurchgangs 2 in der öffnungsebene ist. Aus den Gleichungen (a) und (b) ergibt sich:

/ = -/+ l'(x+/)² +j·¹; da .ν = Io ist. wird

/ = -/+ V(Io+f)² + Y⁵;

(C)

50

55

Wenn folglich der virtuelle Brennpunktabstand /"so, wie gefordert, vorgegeben wird, wird die Größe /durch die Größe ^bestimmt

Nunmehr wird der mit der Erfindung an der ebenen Öffnungsfläche des Trichters erzielte Effekt beschrieben. Im allgemeinen weisen, wenn ein Trichter kurzer Länge verwendet wird, um den. Trichterlautsprecher kompakt zu halten, die Impedanzkurven Scheitel und Täler bei niedrigen Frequenzen auf, wie sie durch die Kurve 21 in Fig.2 dargestellt sind, wodurch die Schallqualität verschlechtert wird.

Bei dem Trichterlautsprecher gemäß der Erfindung weist jedoch der Schalldurchgang 2 eine größere Länge als der Schalldurchgang I auf, so daß die Impedanzkurve (die in F i g. 2 mit 22 bezeichnete Kurve) de; Schalldurchgangs 2 und die Impedanzkurven (die ir F i g. 2 mit 21 bezeichnet sind) gegeneinander bezüglich der Frequenzachse verschoben sind. Hierdurch werden infolgedessen die Kurven bzw. die Werte der Schalldurchgänge 1 und 2 miteinander kombiniert bzw vermischt, so daß sich glatte Gesamtkurven bzw. -werte ergeben, da die Scheite! und Täler der einen Kurve gegenüber denen der anderen versetzt sind. Es steh) somit ein Trichterlautsprecher zur Verfügung, der ohne Schwierigkeiten für eine Tonwiedergabe bei niedrigen Frequenzen geeignet ist, und welcher trotz seines kompakten Aufbaus für eine niederfrequente Wiedergabe eine niedrige Schwellenwertfrequenz aufweist

Im folgenden wird die Anzahl der voneinander getrennten Schalldurchgänge im Hinblick auf die Richtcharakteristiken sowie die Impedanzkurven beschrieben. Die Beziehung zwischen dem Brechungswinkel θ und dem Brechungsindex π ist gegeben durch: η " l/cos6. Aus Gleichung (a) erfolgt somit, daß cos θ = /o//ist

Der Kosinus des Brechungswinkels θ ist somit durch das Verhältnis Io zu /bestimmt Je kleiner das Verhältnis lo/l ist, d. h. je größer die Länge /ist um so größer ist der Brechungswinkel in dem abgetrennten Durchgang 2, wodurch sich eine größere Richtwirkung ergibt Wenn jedoch die Anzahl der voneinander getrennten Durchgänge klein ist ergibt sich ein Tal in der Richtcharakteristikkurve und sogar in dem Richtwinkel, was einen niedrigen Schalldruck zur Folge hat Um daher die Scheitel und Täler in den Impedanzkurven bei niedrigen Frequenzen wirksam auszunützen, muß jeweils der Scheitelpunkt in den Impedanzkurven des abgetrennten Schalldurchgangs 2 einem Tal in den Impedanzkurven des abgetrennten Schalldurchgangs 1 überlagert sein und umgekehrt so daß das Verhältnis zwischen /und Io entsprechend gewählt werden muß; folglich ist der Brechungswinkel θ begrenzt Es kann daher auch erwogen werden, den Trichter in eine große Anzahl von Schalldurchgängen aufzuteilen. In Fig.3 ist ein in sieben Abschnitte unterteilter Schalldurchgang dargestellt Hierbei sollen die voneinander getrennten Schalldurchgänge 31 bis 34 die wirksamen Längen h\ bis Z₅₄ haben. Für die voneinander getrennten Schalldurchgänge 31 und 32 ergibt sich ein Brechungswinkel Θ31, wobei cos Θ31 = h\lkz ist Bezüglich des Brechungswinkels Θ32, welcher sich für die voneinander getrennten Schalldurchgänge 31 und 33 ergibt wird cos Θ32 = ii/fo. Für den Brechungswinkel Θ33. der sich für die voneinander getrennten Schalldurchgänge 31 und 34 ergibt, wird cose» = h\lk*- Die Größe und die Richtung der von den voneinander getrennten Schalldurchgängen austretenden Schallwellen sind in Fig.3 durch Pfeile angezeigt Die Form der Schallwellen ist durch eine Einhüllende dargestellt die durch Verbinden der Pfeilspitzen erhalten wird und mittig zu einem virtuellen Brennpunkt F eingestellt ist Wie hieraus zu entnehmen ist gleicht die Wellenform einer glatten Kurve um so mehr, je größer die Anzahl der voneinander getrennten Schalldurchgänge ist

Nunmehr werden die Impedanzkurven dieses Trichterlautsprechers beschrieben. Die Impedanzkurven des abgeteilten Schalldurchgangs 31 werden aus den Kurven des abgeteilten Schalldurchgangs 32, die Kurven des abgeteilten Schalldurchgangs 32 aus denen

des abgeteilten Schalldurchgangs 33 bzw. die Kurven des abgeteilten Schalldurchgangs 33 aus denen des abgeteilten Schalldurchgangs 34 erhalten. Die vier Kurven sind folglich gegeneinander versetzt, wodurch sich Gesamtkurven ergeben, welche glatter sind als die ^r> der F i g. 3, wodurch sich eine bessere bzw. zufriedenstellendere Wiedergabe bei niedrigen Frequenzen ergibt.

Wenn der Trichter, wie oben ausgeführt, in eine größere Anzahl von Schalldurchgängen unterteilt ist, ist auch eine entsprechend größere Anzahl von Zwischenwänden erforderlich. Hierdurch werden die Herstellungskosten größer, jedoch ist das erhaltene Ergebnis bezüglich der Richtwirkungseigenschaften sowie der Frequenzkurven bzw. -gänge entsprechend. Im folgenden werden weitere Ausführungsforrncn der Erfindung beschrieben. Der in Fig.4 dargestellte Trichterlautsprecher weist drei Schalldurchgänge 41 bis 43 auf, die durch zwei Zwischenwände 44 voneinander getrennt sind, welche durch den Trichter in Richtung dessen Hauptachse verlaufen. Der Trichter weist eine rechtekkige Öffnung und eine erste gerade Richtungslinie auf, welche mit der Längsmittenachse der rechteckigen öffnung übereinstimmt. Die Zwischenwände 44 weisen Ausbuchtungen 43 und die Innenflächen der Seitenwän- n de 46 erste Teile 46a auf, welche in Richtung der ersten Richtungslinie angeordnet und entlang der Haupttrichterachse gebogen sind, so daß die Beziehung der Gleichung (c) an der ersten geraden Richtungslinie gegeben ist.

Die Anzahl der Zwischenwände muß nicht notwendigerweise zwei sein, sondern sie kann auch irgendeine gerade Zahl sein, um eine ungerade Anzahl von abgeteilten Schalldurchgängen zu bilden, welche symmetrisch bezüglich der Haupttrichterachse in der J5 Richtung der ersten, geraden Richtungslinie angeordnet sind.

In F i g. 6 sind die gemessenen Werte der Richtcharakteristiken von Trichterlautsprechern dargestellt, wobei mit der Kurve 62 die Richtcharakteristik eines herkömmlichen Trichterlautsprechers ohne Zwischenwände und mit der Kurve 61 die Richtcharakteristik eines Trichterlautsprechers mit dem Aufbau der F i g. 4 wiedergegeben ist Ein Vergleich zwischen diesen beiden Richtcharakteristiken 61 und 62 zeigt, daß der Trichterlautsprecher gemäß der Erfindung stark verbesserte Richtkennlinien aufweist.

In F i g. 7 sind die gemessenen Werte von Frequenzkurven dargestellt, wobei mit der Kurve 72 der Frequenzgang eines herkömmlichen Trichterlautsprechers mit einem nicht unterteilten Trichter und mit der Kurve 71 der Frequenzgang eines Trichterlautsprechers mit dem Aufbau der Fig.4 wiedergegeben ist Bei einem Vergleich dieser beiden Kurven zeigt sich, daß der erste Scheitelwert der Kurve 71 bei einer niedrigeren Frequenz als der der Kurve 72 liegt; die Kurve 71 zeigt somit für eine niederfrequente Wiedergabe eine niedrigere Schwellenwertfrequenz.

Während der in F i g. 4 dargestellte Trichterlautsprecher eine rechteckige Öffnung aufweist, bei welchem die gerade Richtungslinie nur in einer Richtung orientiert ist, zeigt die F i g. 5 eine weitere Ausführungsform, in welcher die Richtungslinie in jeder Richtung orientiert ist Insbesondere weist der Trichterlautsprecher der F i g. 5 eine zylindrische Zwischenwand 54 auf, dessen Mittelachse im wesentlichen mit der Hauptachse fibereinstimmt und dessen Schalldurchgang in zwei Abschnitte 51 und 52 unterteilt Die Trichteröffnung ist kreisförmig, und jede diametrale Richtung der öffnungsebene stimmt mit der vorbeschriebenen, geraden Richtungslinie überein. Ferner weist in einer Querschnittsfläche parallel zu der Öffnungsachse der erste abgeteilte Schalldurchgang 51, welcher die Haupttrichterachse enthält, eine im allgemeinen kreisförmige Form auf, während der zweite abgetrennte, den ersten Schalldurchgang 51 umgebende Schalldurchgang 52 eine ringförmige Form besitzt. Obwohl die Ausführungsform der F i g. 5 nur eine Zwischenwand 54 aufweist, kann natürlich auch eine Anzahl von Zwischenwänden vorgesehen sein, und zwar eine gerade oder eine ungerade Anzahl.

Die sich über die Schalldurchgänge 51 und 52 getrennt ausbreitenden Schallwellen werden gebrochen und an der Öffnungsfläche gestreut und werden von dieser Fläche infolge der scheinbar unterschiedlichen Geschwindigkeit zwischen den sich über die Schalldurchgänge 51 und 52 fortpflanzenden Schallwellen als Kugelwellen von der öffnungsebene abgestrahlt.

Wie bereits ausgeführt, hat der Trichterlautsprecher gemäß der Erfindung erheblich verbesserte Richtcharakteristiken und für eine niederfrequente Wiedergabe ist seine Schwellenwertfrequenz niedriger; er kann daher kompakt hergestellt werden. Aufgrund seiner ebenen Öffnungsfläche kann der Lautsprecher ohne weiteres in einer Lautsprecherbox untergebracht werden und bei seinem Einbau wird Platz gespart.

Die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Trichterlautsprecher weisen daher aufgrund der Unterteilung des Schalldurchgangs mit Zwischenwänden verbesserte Richtcharakteristiken auf. Wo eine geringe Anzahl von Zwischenwänden verwendet wird, weisen folglich die erhaltenen Frequenzkurven den Nachteil auf, daß der Schalldruck bei einer bestimmten Frequenz deutlich schwächer ist. Wenn insbesondere eine geringe Anzahl von Zwischenwänden verwendet wird, muß notwendigerweise der Unterschied zwischen den Längen der unterteilten Durchgänge größer werden, um die Richtwirkung zu vergrößern, so daß der Längenunterschied zwischen den Durchgängen sich stark schrittweise ändert. Hierdurch ist dann in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine von dem einen abgeteilten Schalldurchgang austretende Welle aufgrund der unterschiedlichen Durchgangslänge an der öffnungsebene gegenüber einer von einem anderen Durchgang austretenden Schallwelle mit einer umgekehrten Phase verschoben, wodurch sich eine starke Abschwächung des Schalldrucks ergibt

Diese Abschwächung des Schalldruckes bei einer bestimmten Frequenz kann dadurch abgeholfen werden, daß die Anzahl der Zwischenräume vergrößert wird, um den Längenunterschied pro Durchgang zu verringern und um dadurch eine Schallwelle mit umgekehrter Phase auszuschalten; hierdurch wird jedoch der Lautsprecher im Aufbau kompliziert, und es ist aufwendig, eine größere Anzahl von Teilen zusammenzubauen, was darüber hinaus zu einer Kostensteigerung führt

In den Fig.8 und 13 sind Ausführungsformen dargestellt bei welchen diese Nachteile überwunden sind. Bei dem Trichterlautsprecher der F i g. 8, welcher eine Weiterbildung der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform darstellt, ist keine Zwischenwand verwendet, wie sie bereits beschrieben worden ist, sondern er ist so aufgebaut daß die wirksame Durchgangslänge sich stetig mit der inneren Form des durch die Seitenwände begrenzten Trichters ändert

In Fig.9 ist der Trichterlautsprecher der Fig.8 in Längsschnitten entlang Linien dargestellt, die in axialer Richtung verlaufen und den Abstand zwischen der Trichterhauptachse und dessen Seitenwand in bestimmten Verhältnissen unterteilen. Der Schnitt entlang des Pfeils A verläuft nahe der Hauptachse, der Schnitt entlang des Pfeils B zeigt einen Mittelteil und der Schnitt entlang des Pfeils C liegt sehr nahe der Seitenwand.

Im einzelnen zeigt der Schnitt (a) in Fig.9, welcher entlang des Pfeiles A vorgenommen ist, einen durch die oberen und unteren Wände 91 und 92 begrenzten Schalldurchgang. Eine Mittellinie 93a, welche in der Mitte zwischen den oberen und unteren Wänden 91 und 92 verläuft, ist eine leicht gekrümmte Linie, welche beinahe eine gerade ist. Der Schnitt (b) in Fig.9, welcher entlang des Pfeils B vorgenommen ist, zeigt den entsprechend der oberen und unteren Wände 91 und 92 gekrümmten Schalldurchgang, so daß die effektive Mittellinie 936 viel stärker gebogen ist als die in F i g. 9 (a) dargestellte Mittellinie 93a.

Die Länge der effektiven Mittellinie 936, d.h. die wirksame Länge des Durchgangs, ist daher größer als die der Mittellinie 93a in F i g. 9 (a). Der in der F i g. 9 (c) dargestellte Schnitt entlang des Pfeils Czeigt die oberen und unteren Wände 91 und 92, welche noch stärker gekrümmt sind, wodurch ein Durchgang mit einer noch größeren wirksamen Länge geschaffen ist.

Die Darstellungen in Fig. 10 sind Schnitte entlang der Linien A', B' und C" in Fig.8. Ein in Fig. 10 (a) wiedergegebener Schnitt A', welcher verhältnismäßig nahe der Öffnungsebene liegt, zeigt den durch die rechten und linken Wände 94 und 95 sowie durch die oberen und unteren Wände 91 und 92 begrenzten Schalldurchgang, dessen rechte und linke Hälfte gleich sind, d.h. der zu einer Mittellinie symmetrisch ist. In Fig. 10(b) ist ein Schnitt B' etwa im Mittelteil der Haupttrichterachse gezeigt, wo die oberen und unteren Wände 91 und 92 eine maximale Krümmung aufweisen. In F i g. 10 (c) ist ein Schnitt C'dargestellt, der sehr nahe bei dem Trichterhals an einer Stelle liegt, an welcher die oberen und unteren Wände 91 und 92 eine geringere Krümmung aufweisen.

Die Krümmung der oberen und unteren Wände 91 und 92, welche an der öffnung gerade sind, nimmt ständig bis etwa zum mittleren Teil der Haupitrichterachse bis zu einer maximalen Krümmung zu und nimmt dann zum Trichterhals hin wieder ab, wo die Wände dann im Schnitt wieder geradlinig sind.

Mit anderen Worten, die Seitenwände weisen die ersten Teile 94 und 95 auf, welche in Richtung der vorerwähnten ersten geraden Richtungslinie ausgerichtet sind und entlang der Haupttrichterachse gebogen sind; die Seitenwände weisen ferner die zweiten Teile 91 und 92 auf, welche in Richtung einer zweiten geraden, in der öffnungsebene Hegenden Richtungslinie ausgerichtet sind und die erste gerade Richtungslinie unter rechtem Winkel schneiden. Die zweiten Teile sind ferner entlang der Haupttrichterachse sowie entlang der ersten geraden Richtungslinie gebogen. Oder kurz gesagt, die zweite Seitenwandteile 91 und 92 sind so gebogen, daß, wenn der Abstand zwischen einem Punkt in der öffnungsebene und dem vorerwähnten Schnittpunkt zunimmt, die Länge eines Durchgangs, in welchem sich eine Schallwelle von der Membran aus bis zu der öffnungsebene fortpflanzt, ebenfalls größer wird.

Aus Obigem ist zu ersehen, daß bei dem in F i g. 8 dargestellten Trichterlautsprecher die Form des Schalldurchgangs in besonders vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung geändert ist, um dadurch die wirksame Länge des Schalldurchgangs zu verändern. Tatsächlich wird mit dem Trichterlautsprecher dieselbe Wirkung erreicht, wie die durch Aufteilen des Schalldurchgangs in eine unendlich große Anzahl von Abschnitten erreicht ist; ferner weist der Trichterlautsprecher den Erwartungen entsprechend gute Richtcharakteristiken sowie zufriedenstellende Frequenzkurven auf.

ι« In Fig. 11 sind die gemessenen Werte der mit 111 bezeichneten Richtcharakteristik dieses Lautsprechers dargestellt, während eine mit 112 bezeichnete Kurve die Richtcharakteristik eines herkömmlichen Trichterlautsprechers darstellt. Ferner sind in Fig. 12 eine mit 121 bezeichnete Frequenzkurve des Lautsprechers gemäß der Erfindung und eine mit 122 bezeichnete Kurve eines herkömmlichen Lautsprechers dargestellt.

In Fig. 13 ist eine Weiterbildung des Trichterlautsprechers der F i g. 5 gezeigt. Gemäß dieser verbesserten Ausführungsform ist der Schalldurchgang durch zwei zylindrische Zwischenwände 131 und 132, deren Mittenachse im wesentlichen mit der Haupttrichterachse übereinstimmt, in Abschnitte bzw. Unterteilungen 134 und 135 aufgeteilt. Wie aus Fig. 14 zu ersehen ist, weisen die Zwischenwände 131 und 132 Ausbuchtungen auf, deren Dicke sich kontinuierlich in Richtung der Haupttrichterachse sowie in Umfangsrichtung ändert.

In F i g. 15 ist der Trichterlautsprecher der F i g. 13 in Längsschnitten dargestellt, in welchen die Haupttrich-

JO terachse enthalten ist; Fig. 15(a) ist ein Schnitt A-O-O'-A' in Fig. 13, Fig. 15 (b) ist ein Schnitt B-O-O'-B' in derselben Figur und Fig. 15(c) ist ein Schnitt C-O-O'-C" ebenfalls in F i g. 13.

Obwohl der erste Schalldurchgang 134 in jeder der

r> Schnittansichten 134a, 1346 und 134c gleich ist, hat der ringförmige, zweite Schalldurchgang 135, welcher um den ersten Schalldurchgang 134 herum angeordnet ist, unterschiedliche Längen, wie an den Stellen 135a bis 135c gezeigt ist; zwar liegt an der Stelle 135a ein Minimum vor, welches allmählich bis zu Stelle 1356 zunimmt und bei 135c ein Maximum erreicht. Ferner weist der andere, zweite durch Unterteilung erhaltene Schalldurchgang 136 an der Stelle 136a eine Maximallänge, welche bis zur Stelle 1366 allmählich abnimmt und an der Stelle 136c bis auf ein Minimum abgenommen hat Obwohl diese abgeteilten Schalldurchgänge gekrümmt bzw. verdreht sind, ändern sich ihre Schnittflächen um einen konstanten Betrag entlang der Haupttrichterachse von dem Trichterhals bis zur

öffnungsebene hin.

In Fig. 16 sind parallel zu der öffnungsebene verlaufende Viertelquerschnitte dargestellt Der Querschnitt in Fig. 16(a) liegt verhältnismäßig nahe der Öffnungsebene, während der Schnitt in F i g. 16(b) in der Mitte und der Schnitt in Fig. 16(c) verhältnismäßig nahe bei dem Trichterhals liegt. Wie aus Fig. 16 zu ersehen ist, ist in dem parallel zu der öffnungsebene verlaufenden Querschnitt der erste abgeteilte Schalldurchgang 134 im allgemeinen kreisförmig, währen die

bo ringförmigen zweiten Schalldurchgänge 135 und 136 wellig und wellenförmig sind. Die Wellenformen der beiden zweiten geteilten Schalldurchgänge 135 und 136 müssen nicht notwendigerweise in der Periode und in den Scheitel- und Talpegeln gleich sein, sondern die Stelle, wo der Schalldurchgang 135 eine Maximallänge hat, und die Stelle, wo der Schalldurchgang 136 eine minimale Länge hat, liegen auf der selben Radiallinie.
Wie beispielsweise aus Fig. 16(a) zu ersehen ist

liegen der Scheitel des Schalldurchgangs 135a'und das Tal des Schalldurchgangs 136a' auf der durch den Mittelpunkt gehenden Linie C-O". Der Längenunterschied zwischen den Schalldurchgängen 134 und 135 ist an der Linie O"-O"(D"bzw. A"-O")ein Minimum und ■> nimmt in Umfangsrichtung zu der Linie O"-O" (O"-C") oder O"-F" hin zu, wo er ein Maximum ist. Ferner nimmt in Umfangsrichtung der Unterschied allmählich ab. In ähnlicher Weise ist der Längenunterschied zwischen den Schalldurchgängen 135 und 136 bei der Linie O"-O"(O"-C") oder O"-F"ein Minimum und bei der Linie O"-<4"oder O"-D" ein Maximum. Zwischen diesen Linien ändert sich der Unterschied kontinuierlich. Wenn die Schalldurchgänge 134 und 135 bei der Linie O"-A" in der Länge so gleich wie möglich r> gemacht werden, dann kann der Unterschied in der Durchgangslänge kontinuierlich von Null an geändert werden. Wenn in ähnlicher Weise die Schalldurchgänge 135 und 136 bei der Linie O"-C" oder O"-F" so gleich wie möglich gemacht werden, dann kann der Unterschied in der Durchgangslänge kontinuierlich von Null an geändert werden.

Wie bereits beschrieben, muß die wellige Wellenform des Schalldurchgangs in Umfangsrichtung nicht periodisch gleichmäßig sein, sondern sie kann sich am Umfang von Stelle zu Stelle ändern. Auch brauchen die Scheitel- und Talwerte nicht konstant zu sein. Die Stelle jedoch, wo ein Schalldurchgang eine Maximallänge aufweist, muß in radialer Richtung mit der Stelle übereinstimmen, wo der benachbarte Schalldurchgang in eine minimale Länge hat. Die Periode der Wellenlinie kann vorzugsweise kurz sein, um wirksame Ergebnisse zu erhalten. Darüber hinaus sind die sich ergebenden Richtcharakteristiken und die Frequenzkurven um so besser, je größer die Anzahl der Zwischenwände ist. r.

Wie bereits beschrieben, sind die zwei zweiten abgeteilten Schalldurchgänge 135 und 136 wellig und wellenförmig, wobei sich der Unterschied in der Durchgangslänge kontinuierlich mit der Umfangsabweichung des ersten Schalldurchgangs 134 ändert, so daß die sich aus dem Unterschied in der Durchgangslänge ergebende Phasenabweichung von Null an kontinuierlich verteilt wird. Der Faktor, der zu einer Phasenumkehr führt, ist, wenn überhaupt, klein (d. h. bei Fin Fig. 18). Da der gesamte Schallpegel durch den -r. integrierten Wert der Kurve gegeben ist, findet eine Abschwächung des Schalldruckes kaum statt.

In Fi g. 17 sind die Frequenzkurven des Trichterlautsprechers der Fig. 13 in ausgezogenen Linien dargestellt, während die Kurven des Lautsprechers, der w dieselbe Anzahl von aufgeteilten Durchgängen aufweist, bei dem die Zwischenwände nicht wellenförmig bzw. wellig ausgebildet sind, mit gestrichelten Linien dargestellt ist Die Frequenzkurven in Fig. 17(a) sind bei einem Richtungswinkel Null gemessen, während die ^r» Kurven in Fig. 17(b) an einer um 30° von der Mitte abweichenden Stelle und die Kurven in F i g. 17(c) an einer um 45° abweichenden Stelle aufgenommen sind. Ein Vergleich zwischen den beiden Kurven zeigt, daß die Abschwächung des Schalldrucks bei 7000 Hz, 13 000 w> Hz und 17 000 Hz beseitigt ist, so daß sich flache Frequenzkurven ergeben.

Bei dem in F i g. 13 dargestellten Trichterlautsprecher kann somit die Abschwächung bzw. Dämpfung des Schalldrucks beseitigt werden, und es wird eine größere bs Wirkung erreicht, wenn die Anzahl der ringförmigen, zweiten abgeteilten Schalldurchgänge größer ist Jedoch ist die Herstellung der erforderlichen, welligen Zwischenwände nicht ohne weiteres möglich und kann eine Kostensteigerung zur Folge haben. Dieser Nachteil ist mit der in Fig. 19 dargestellten Ausführungsform überwunden, in welcher eine zylindrische Zwischenwand, welche viel leichter hergestellt werden kann, verwendet ist, um dieselbe Wirkung zu erreichen, die mit dem in Fig. 13 dargestellten Trichterlautsprecher erzielt worden ist.

In Fig. 19 ist der Schalldurchgang durch zwei zylindrische Zwischenwände 194 und 195, deren Mittelachse mit der Haupttrichterachse übereinstimmt, in drei Abschnitte 191,192 und 193 unterteilt. In einem parallel zu der öffnungsebene verlaufenden Querschnitt ist der erste unterteilte Schalldurchgang 192, welcher die Haupttrichlerachse aufweist, im allgemeinen kreisförmig, während die zweiten unterteilten Schalldurchgänge 192 und 193 ringförmig sind. Die Zwischenwand 195 weist entlang einer um die Haupttrichterachse herum mittig angeordneten Umfangsfläche an bestimmten Stellen eine Anzahl durchgehender Bohrungen 197 auf.

Folglich pflanzt sich die sich über den äußeren, zweiten Schalldurchgang 193 ausbreitende Schallwelle teilweise über die Bohrungen 197 in den zweiten aufgeteilten Schalldurchgang 192 fort, wobei die Welle sich mit der Schallwelle verbindet, die sich in dem inneren zweiten Schalldurchgang 193 ausbreitet. Zu diesem Zeitpunkt hat die Schallwelle, welche sich nach innen von dem äußeren, zweiten Schalldurchgang 193 durch die Bohrung 197 ausbreitet, eine größere Strecke durchlaufen als die Schallwelle, welche die Bohrung 197 über den inneren, zweiten abgeteilten Schalldurchgang 192 erreicht hat, und ist infolgedessen phasenverzögert. Somit eilt die Phase der Schallwelle, die sich mit den Schallwellen vermischt, die sich über die zweiten Schalldurchgänge 192 und 193 ausbreiten, hinter der Phase der Schallwelle in dem inneren, zweiten Schalldurchgang 192 nach, aber gegenüber der Phase der Schallwelle vor, welche sich über den äußeren, zweiten Schalldurchgang 193 ausbreitet. Daher eilt in dem inneren Schalldurchgang 192 die Phase der Schallwelle, welche sich über die Bohrung 197 ausbreitet, hinter der Phase der Schallwelle nach, welche sich über eine Stelle bewegt, wo keine Bohrung 197 ausgebildet ist.

In der öffnungsebene weisen die Schallwellen eine Phasenverteilung auf, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist. Die Phase 19Γ der Schallwelle aus dem ersten, abgeteilten Schalldurchgang 191 ist gleichförmig entlang des Umfangs des Trichters und ist als 0°-Phase angezeigt. Die Phasenverzögerung infolge des Unterschieds in der Durchgangslänge in dem inneren, zweiten Schalldurchgang 192 ist mit Φ° bezeichnet, während die Phasenverzögerung der gemischten Schallwelle an der Bohrung 197 mit Φ" + Φ'° bezeichnet ist. Mit 192' ist in Fig.22 die Phasenverteilung bezeichnet, welche sich durch die Schallwellen von dem inneren zweiten Schalldurchgang 192 und dem ersten Schalldurchgang 191 in der öffnungsebene an dem Schalldurchgang 192 ergibt

Im einzelnen weist die Schallwelle einen Phasenwert von Φ° + Φ'° an einer Stelle in der öffnungsebene auf, wobei die Stelle auf derselben Radiallinie wie die Bohrung 197 liegt, wie aus Fig. 22 zu ersehen ist, während die Schallwellen einen Phasenwert von Φ° an einer anderen Stelle in der öffnungsebene aufweist, wobei diese Stelle nicht auf der Radiallinie liegt, auf welcher die Bohrung 197 angeordnet ist. In Wirklichkeit

ist die von der Bohrung 197 austretende Schallwelle vermischt, da sie sich über den Schalldurchgang ausbreitet, so daß eine wellige und wellenförmige Phase erhalten wird, welch; sich ständig zwischen Φ" + Φ'° and Φ" ändert. Die Steigung der Wellenlinie ändert sich mit der Lage und der Größe der Bohrung 197 sowie mit dem Diffusions- bzw. Vermischungsgrad der Schallwelle.

In Fig.22 ist mit 193' eine Phasenverteilung in der öffnungsebene an dem äußeren zweiten Schalldurchgang 193 gekennzeichnet, welche auf ähnliche Weise mittels der Schallwelle erzeugt wird, welche von dem inneren zweiten Schalldurchgang 192 aus sich über die durchgehenden Bohrungen 197 in den äußeren Schalldurchgang 193 bewegt und dann dort hindurchgeht.

Durch die Ausbildung der durchgehenden Bohrungen 197 in der Zwischenwand 195 ist es somit möglich. Schallwellen zu erzeugen, welche entlang des Umfangs in demselben aufgeteilten Schalldurchgang kontinuierlich in der Phase ändern, wodurch sich eine kontinuierliche Phasendifferenzverteilung ergibt, wie aus F i g. 23 zu ersehen ist, in welcher eine Phasenumkehr, wenn überhaupt (wie bei Fin Fig.23) insgesamt kaum eine Abschwächung des Schalldruckes zur Folge hat. Obwohl aufgrund der Verwendung einer zylindrischen Zwischenwand dies leicht hergestellt werden kann, wird damit dieselbe Wirkung erhalten, wie sie mittels des in F i g. 13 dargestellten Trichterlautsprechers erreicht ist In Fig.21 sind gemessene Frequenzkurven dargestellt; die Frequenzkurven des erfindungsgemäßen Lautsprechers sind mit 211 bezeichnet, während die eines Trichterlautsprechers, welcher dieselben Abmessungen, aber keine durchgehenden Bohrungen aufweist mit 212 bezeichnet sind Wie der Zeichnung zu

ίο entnehmen ist, ist die starke Abnahme bzw. Dämpfung des Schalldrucks bei etwa 7000 Hz beseitigt, so daß sich eine insgesamt flachere Frequenzkurve ergibt

Obwohl die durchgehenden Bohrungen 197 nur in dei Zwischenwand 194 ausgebildet sind, kann, um entsprechende Ergebnisse zu erreichen, darüber hinaus auch die Anzahl der Zwischenwände entsprechend erhöhl werden, wodurch dann eine verbesserte Richtcharakteristik und bessere niederfrequente Kurven erhalter werden. Obwohl die Lage der ebenen Öffnungsfläche ir der obigen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen so dargestellt und beschrieben ist daß sie im wesentlichen parallel zu der Eingangsfläche des Horntrichters verläuft kann selbstverständlich eine leichte Abweichung in der Lage der Oberfläche zugelassen werden.

Hierzu 14 Blatt Zcichniinccn

Claims

Patentansprüche:

1. Trichterlautsprecher mit einer Membran und mit einem Trichter, der durch Trennwände in einen mittleren Schalldurchgang und mindestens einen weiteren Schalldurchgang für die von der Membran abgestrahlten Schallwellen unterteilt ist, wobei der Trichter einen in einer Ebene liegenden Einlaß, eine Mündung, die sich in einer im wesentlichen parallel zu der Einlaßebene liegende Ebene befindet, und eine geradlinige, durch den mittleren Schalldurchgang verlaufende Hauptachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche eines jeden Schalldurchgangs, längs senkrecht zu der Hauptachse des Trichters verlaufenden Ebenen gesehen, von der Einlaßebene zu der Mündungsebene und in Richtung der Hauptachse des Trichters mit im wesentlichen konstanter Flächenvergrößerung zunimmt, und daß jede innere Trennwand (3; 44; 91, 92) innere und äußere Oberflächen aufweist, von denen wenigstens die äußere Oberfläche in Richtung der Hauptachse des Trichters gewölbt ist wobei sich zu jedem Schalldurchgang die folgende Beziehung ergibt