DE2504377A1 - Pyramidenfoermiger beugungslautsprecher mit geringer verzerrung - Google Patents

Description

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Monitron Industries, Inc. 1919 South Susan St. Santa Ana, Kalifornien U. S. A.

"Pyramidenförmiger Beugungslautsprecher mit geringer Verzerrung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf Lautsprechersysteme und insbesondere auf die Kombination eines Konustrichters mit einem Exponentialtrichter zur Verwendung in Lautsprechersystemen.

Trichterlautsprecher lassen sich unterteilen in Konustrichter, Exponentialtrichter und Beugungstrichter. Konustrichter, beispielsweise Megaphone, ergeben zwar sehr geringe Schallverzerrung, höben aber einen sehr niedrigen

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Wirkungsgrad. Exponentialtrichter haben andrerseits hohen Wirkungsgrad, ergeben aber bei steigendem Wirkungsgrad entsprechend stärkere Verzerrungen. Beugungstrichter sind so konstruiert, daß bei ihnen der Schall um die Kanten der Trichtermündung herumgebeugt wird, wodurch sich ein größerer Winkel bzw. ein größeres Ausmaß der Schallstreuung ergeben. Bis jetzt ist es aber nicht gelungen, Zerstreuungstrichter herzustellen, die die gewünschte Schallzerstreuung bzw. Beugung in mehr als einer Richtung ergeben. So kann ein Beugungstrichter brauchbare Schallstreuung von beispielsweise 90 in der Horizontalebene, aber nur sehr geringe Schallzerstreuung von beispielsweise 50° in der Vertikalebene ergeben.

Die Frequenzabhängigkeit dieser Trichterlautsprecher ist nicht kontinuierlich, wenn mit ihnen hohe Frequenzen bei hohen 'Intensitäten oder mit hohen Dezibel-Pegeln erzeugt werden.

Die Mangel bekannter Trichterlautsprecher werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt, indem ein konischer Abschnitt zur praktisch verzerrungsfreien Ankopplung des das System betreibenden Schwingteils an den Trichterteil verwendet wird. Ein Exponentialabschnitt, der am breiten Ende des konischen Abschnitts konzentrisch mit demselben verbunden ist, stellt eine Fortsetzung der Außenaufbiegung des konischen Abschnitts dar, wobei die Aufbiegung aber

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exponentiell verläuft, um die Übertragung des Schalls an die UmgebungsatmospMre in der gewünschten Weise zu verbessern. Der Exponentialabschnitt endet in einer viereckigen Trichtermündung. Ein angehobener, lippenförmiger Rand ist an der Peripherie der Mündung angebracht und bildet eine viereckige Kante in Form einer um die Trichtermündung angebrachten Pyramide zur Schallbeugung. Es ergibt sich damit eine sehr weitgehende Schallbeugung sowohl in der Horizontalebene als auch in der Vertikalebene. Ein mit dem Trichtersystem der vorliegenden Erfindung erhaltener, typischer Beugungswinkel beträgt 120° χ 120°.

Der Trichterlautsprecher umfaßt einen konischen Abschnitt, der vom kleinen Ende des Kegels nach außen aufgebogen ist und am breiten Kegelende einen Exponentialabschnitt haltert, der konzentrisch zur Längsachse des konischen Abschnitts angebracht ist. Der nach außen aufgebogene Exponentialabschnitt bildet die Trichtermündung, an der eine Vorrichtung zur Beugung des Schalls um das Ende des Exponentialabschnitts vorgesehen ist.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der Exponentialabschnitt an seinem Ende eine viereckige Trichtermündung. Eine an der Peripherie der Trichtermündung angebrachte, angehobene Lippe ist so hoch, daß ein Intensitätsabfall von höchstens 6 Dezibel auftritt, wenn der Trichter in einem polaren Beugungstest über einen 60

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Winkelbereich in einer beliebigen Richtung gedreht wird, die durch die durch die Mitte der Anordnung verlaufende Längsachse bei der Ausrichtung auf ein Mikrophon definiert ist.

Die Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Lautsprechertrichters.

Figur 2 ist eine rückseitige Ansicht des in Figur 1 dargestellten Lautsprechertrichters.

Figur 3 ist ein Querschnitt längs der in Figur 1 mit 3-3 bezeichneten Linie.

Figur 4 ist schließlich ein längs der Linie 4-4 der Figur 1 genommener Querschnitt.

Der im folgenden beschriebene Trichterlautsprecher ist speziell zur Verwendung im Frequenzbereich von 2400-15000 Hz vorgesehen. Wie dem Fachmann bekannt, kann durch Abänderung der Abmessungen die im folgende beschriebene Ausführungsform so modifiziert werden, daß sie auch in anderen Frequenzbereichen verwendet werden kann und andere Ausgangsleistungen ergibt.

In der in Figuren 1-4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die einstückig ausgeformte Einheit 10 aus einer mit Glas gefüllten Polyester-Verbindung, Styrol, Styrolschaum

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oder dergleichen hergestellt. Ein passendes Gegenstück 12 wird in der jeweils benötigten Form hergestellt, um den Schwingteil bzw. Antriebsteil des.Lautsprechersystems, für das der !Trichter vorgesehen ist, aufzunehmen. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Schwingteil aus einem konischen Phaseneinstellanschluß an einer Blende, sodaß das Gegenstück 12 zur Aufnahme des Antriebsteils konisch ausgebildet ist, um den Phaseneinstellanschluß aufzunehmen.

Ein konischer Kopplungsabschnitt 14 koppelt den !Trichter mit maximalem Wirkungsgrad und minimaler Verzerrung an den Antriebsteil an. Das Gegenstück 12 ist am verjüngten Ende 16 des Kopplungsabschnitts 14 angebracht, der sich nach außen auf die Trichtermündung hin aufweitet und in ein breites Konusende 18 mündet.

In der vorliegenden Ausführungsform hat Kopplungsabschnitt 14 kreisförmigen bzw. konischen Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 15 mm am verjüngten Ende 16 und von etwa 20 mm am breiten Ende 18. Der Kopplungsabschnitt hat zweckmäßigerweise zwischen seinen Enden 16 und 18 eine Länge, die einer Wellenlänge der niedrigsten zu erwartenden Frequenz entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der konische Ankopplungsabschnitt 14 etwa 56 mm lang und der unten beschriebene Exponentialabschnitt 20 hat eine Länge von etwa 43 mm.

Ein Abschnitt 20 zur Übertragung von Schall an die Luft

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Ist am.äußeren Ende 18 des konischen Abschnitts Η angebracht, um den Rest des Übertragungsgewinns bei der Sehall-Luft-Kopplung zu ergeben. Kopplungsabschnitt 20 kann sich in verschiedener Weise exponentiell aufweiten, zum Beispiel in Form einer Parabel, Hyperbel oder dergleichen, je nach dem mit dem gesamten Trichter zu erzielenden Übertragungseffekt. In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Übertragungsgewinn von 14 Dezibel, gemessen zwischen dem verjüngten Ende 16 und der Trichtermündung, für den Frequenzbereich 2400-15000 Ep von rosa Rauschen gewählt. Zur Erzielung dieses Übertragungsgewinns wird ein Radius von etwa 71 mm im Exponentialabschnitt 20 verwendet.

Der Querschnitt der Trichtermündung ist viereckig, um. symmetrische Schallbeugung zu erzielen, sodaß der Querschnitt des Exponentialabschnitts durchwegs auch viereckig sein muß. Der Radius an jeder Ecke 24 des Exponentialabschnitts 20 muß geringer sein als der Radius längs der Mittellinie 22 zwischen den Wänden dieses Abschnitts. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung beträgt der Radius an jeder Ecke 24 etwa 43 mm, wohingegen der Radius an der Mittellinie 22 zwischen den Ecken 71 mm beträgt.

Eine angehobene Zerstreuungslippe 26 am Außenumfang des Exponentialabschnitts 20 bedeutet eine Schall beugende Kante für die Trichtermündung. Die Innenwände 28 der Lippe sind parallel zur Längsachse des Trichters, und der Abstand

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zwischen den Innenwänden an gegenüberliegenden Seiten der Trichteröffnung beträgt höchstens eine Wellenlänge der höchsten vom Trichter wiederzugebenden Frequenz. Um eine' scharfe Kante zur Schallbeugung zu schaffen, sind die Innenwände 28 und die oberen Abschnlußseiten 30 der Lippe als 90°-Kante ausgebildet. Die Höhe der Innenwände 28 gewährleistet zusammen mit der Ausbildung des Exponentialabschnitts einen Abfall von 6 Dezibel oder weniger in einer polaren Zerstreuungsprüfung, in der der Trichter um einen Winkel von höchstens 60° gedreht wird aus der Ausrichtung der Mittellinie auf ein Mikrophon. Die Höhe der Lippe hängt natürlich von der Ausbildung der anderen Trichterabschnitte ab, doch wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Abfall von etwa 5 Dezibel erhalten, wenn die Höhe der Innenwandung 28 etwa 2,5 mm beträgt; ein Abfall von 5»5 Dezibel wird erreicht, wenn die Zerstreuungslippe vollkommen weggelassen wird. Die Zerstreuungslippe kann deshalb überflüssig sein, wenn die Aufweitung des Exponentialabschnitts ausreicht.

Die Trichterwände werden so dick ausgebildet, daß bei den zu erwartenden Frequenzen keine Resonanz eintritt. Um aperiodisches Verhalten des Trichters zu erreichen, muß die Wandstärke größer sein als wie sie zur Erzielung der notwendigen Steifheit gebraucht wird. Die Wandstärke hängt von den anderen Abmessungen der Anordnung, den verwendeten Materialien und der an den Lautsprecher abgegebenen Leistung

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ab. In der beschriebenen Ausführungsform beträgt der dünnste Wandungsteil des konischen Abschnitts und des Exponentialabschnitts etwa 11,5 mm.

Am Außenende des Exponentialabschnitts ist abgesetzt von Lippe 26 ein Flansch 32 angebracht, der einstückig mit dem Exponentialabschnitt ausgebildet ist und mit Bohrungen 34 zur Aufnahme von Schrauben und dergleichen zur Befestigung des Trichters am Lautsprechersystem versehen ist.

Die vorliegende Erfindung schafft damit eine Vorrichtung zur wirkungsvollen Wiedergabe hoher Schallfrequenzen bei hohen Intensitäten, ohne Verzerrung doch mit maximaler Schallbeugung. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung bei hohen Frequenzen, doch läßt sich das erfindungsgemäße System bei geeigneter Abwandlung auch bei mittleren und niederen Frequenzen verwenden.

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Claims (6)

1. P A I E N I A N S F E it O H E

   Trichterlautsprecher, der von einem Schwingten betrieben wird und der einen konischen Abschnitt mit einem am Schwingteil anzubringenden, kleinen Konusende umfaßt, das sich nach außen auf das größere Konusende hin aufweitet und eine praktisch verzerrungsfreie Ankopplung des Schwingteils an den Trichter ergibt, gekennzeichnet durch einen Exponentialabschnitt (20), der am verbreiterten Konusende (18) konzentrisch um die Längsachse des Konus angebracht ist und sich exponentiell nach außen aufweitet, sodaß eine Trichtermündung mit hochwirksamer Übertragung des Schalls an die Luft geschaffen wird, und durch eine an der Trichtermündung angebrachte Vorrichtung zur Beugung des Schalls um die Trichtermündung herum.
2. 2. Trichterlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichtermündung viereckigen Querschnitt hat, um praktisch symmetrische Schallbeugung zu ergeben.
3. 3. Trichterlautsprecher nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsvorrichtung aus einer an der Peripherie der Trichtermündung angebrachten, angehobenen Lippe (26) besteht, deren Höhe im Zusammenwirken mit der Verbreiterung des Exponentialabschnitts (20) ausreicht, um einen Abfall von etwa 6 Dezibel oder weniger zu erzeugen, wenn der Trichter um mindestens 45° in einer beliebigen Richtung von der zentralen Längsachse weg in einem polaren

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   Beugungstest gedreht wird.
4. 4. Tricliterlautspreclier nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innenwand der angehobenen Lippe (26) parallel zur Längsachse des Trichters verläuft.
5. 5. Trichterlautsprecher nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angehobenen Lippe (26) der Beugungsvorrichtung eine Höhe hat, die zur Erzeugung eines Abfalls von 6 Dezibel oder weniger ausreicht, wenn der Trichter in einem polaren Beugungstest um 60° in einer beliebigen Richtung aus einer Stellung herausgedreht wird, in der die Mittelachse des Trichters auf die Mittelachse eines Mikrophons ausgerichtet ist.
6. 6. Trichterlautsprecher nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der angehobenen Lippe (26) etwa 2,5 mm hoch ist und einen Winkel von etwa 90° mit der äußeren Lippenoberfläche bildet, und daß die Wände des konischen Abschnitts (14) und des Exponentialabschnitts (20) genügend dick sind, um im gewünschten Frequenzbereich einen aperiodischen Trichter zu ergeben.

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