DE2648428C2

DE2648428C2 -

Info

Publication number: DE2648428C2
Application number: DE2648428A
Authority: DE
Inventors: Clifford Allan Yorba Linda Calif. Us Henricksen
Original assignee: Altec Lansing Corp
Current assignee: Altec Lansing Corp
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1988-05-26
Also published as: JPS52129517A; DE2648428A1; FR2349252A1; BE856768A; US4050541A; FR2349252B1; JPS547574B2; GB1514007A

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischen Transformator zur Kopplung des Schalls von einer kuppelförmigen Laut sprechermembran an eine ebene Mündung eines Lautspre chertrichters, welcher Transformator ein Teil mit einer kuppelförmigen Fläche mit einer Kugelform entsprechend der Form der Membran und mit einer Fläche entgegenge setzt der kuppelförmigen Fläche in Form eines Kegel stumpfmantels aufweist. Weiterhin ist die Erfindung auf einen Trichterlautsprecher mit einem solchen Transfor mator gerichtet.

Bei Trichterlautsprechern wird allgemein ein als "Pha sentrichter" bekannter akustischer Transformator verwen det, um eine Impedanzanpassung zwischen dem Ausgang der Lautsprechermembran und der Mündung oder Engstelle des Lautsprechertrichters herzustellen. Der Aufbau dieses Transformators ist besonders wichtig zur Erzielung eines guten Frequenzgangs in dem hohen Frequenzbereich (ober halb 7 kHz). Im allgemeinen wird ein Durchmesser der Trichtermündung verwendet, der klein ist im Vergleich zum Durchmesser der Membran.

Bekannte akustische Transformatoren besitzen eine Viel zahl von ringförmigen konzentrischen Kanälen, die nach außen von ihren Einlässen zu ihren Auslässen verjüngt waren. Diese Art von Transformatoren oder "Phasentrich ter" arbeiten recht wirkungsvoll. Sie sind jedoch sehr schwierig und kostspielig herzustellen, da sie wegen ihrer Struktur nicht in einem Stück geformt werden können. Beispiele solcher Transformatoren finden sich in der US-PS 30 27 964 sowie der DE-PS 6 06 087. Um diese Nachteile zu überwinden, wurden verschiedene Versuche zur Konstruktion von Lautsprechertrichtern unter Ver wendung radialer Schlitze/Kanäle unternommen. Solche vorbekannten Anordnungen werden in den US-PS 28 32 844 und 21 83 528 beschrieben. In der US-PS 28 32 844 be sitzt der akustische Transformator radiale Schlitze oder Nuten mit einem rechteckigen Querschnitt. Anders als bei der vorliegenden Erfindung ist kein Kopplungsübergang zwischen dem Ausgang der Membran und der Mündung des Trichters vorgesehen. In der Anordnung nach der US-PS 21 83 528 wird der Versuch unternommen, eine Im pedanzanpassung des Ausgangs der Membran an die Mündung des Trichters dadurch zu schaffen, daß die Kanäle seit lich verbreitert werden. Es ist jedoch keine exponen tielle Erweiterung der Kanäle vorgesehen, welche einen glatten Übergang in der Schallankopplung zwischen der Membrane und der Mündung des Lautsprechers ergibt, und zur Umwandlung der kugelförmigen Wellenfront der von der Membran abgestrahlten Schallwellen in eine ebene Wellenfront zur Ankopplung an die Mündung des Lautspre chertrichters dient, wie dies bei der vorliegenden Er findung der Fall ist. Weiterhin bleibt in der Vorrich tung nach der vorgenannten US-PS ein Luftraum zwischen dem "Phasentrichter" und den Seiten des Polstücks am ausgangsseitigen Ende des Trichters offen, welcher mit großer Wahrscheinlichkeit eine Verzerrung erzeugt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen akustischen Transformator zu schaffen, der einstückig und somit einfacher und wirtschaftlicher herstellbar ist, der andererseits aber einen verbesserten Wirkungs grad und geringere Verzerrung als vorbekannte Trans formatoren dieser Art besitzt. Neben der wirtschaftli chen Herstellmöglichkeit soll der zu schaffende Trans formator deshalb in der Lage sein, eine kugelförmige Wellenfront an seinem Eingang in eine ebene Wellenfront an seinem Ausgang umzuwandeln.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Patentanspruch 7 wird gleichermaßen ein Trichter lautsprecher unter Schutz gestellt, der einen akusti schen Transformator mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 enthält.

In beiden Fällen besitzt der akustische Transformator an seiner Schalleingangsseite eine kuppelförmige Oberfläche und eine Oberfläche in Form eines Kegelstumpfmantels an der entgegengesetzten Seite. Eine Vielzahl von radialen Nuten, Kanälen oder Schlitzen sind zwischen den beiden Oberflächen gebildet, wobei vorzugsweise eine Anzahl dieser Kanäle entsprechend einer Primzahl vorhanden ist. Jeder der Kanäle wird zur Impedanzanpassung des Ausgangs der Lautsprechermembran an den Eingang des Lautsprecher trichters verwendet und ist von seinem Einlaß, welcher den Schall von der Lautsprechermembran empfängt, zu seinem Auslaß exponentiell erweitert, welcher die Form einer ebenen Fläche besitzt und den Schall an die Mün dung des Lautsprechertrichters abgibt. Die Abstände zwischen den entsprechenden Punkten entlang dem kreis bogenförmigen Einlaß jedes Kanals und dem ebenen Auslaß desselben sind alle untereinander gleich, um eine opti male Umwandlung der Schallwellen von einer kugelförmigen Wellenfront in eine ebene Wellenfront zu erhalten.

Weiterhin wird der Abstand zwischen benachbarten Kanälen oder Schlitzen des Trichters klein genug gemacht, so daß innerhalb des Frequenzbereichs des erwünschten Betriebs keine stehende Resonanzwelle auftritt. In einer alter nativen Ausführungsform der Erfindung wird in den mitt leren ("Kern") Teil des Phasentrichters eine Öffnung eingefügt, um einen solchen Resonanzzustand bei irgend einer Frequenz im interessierenden Bereich noch weiter zu unterdrücken. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Anzahl von Kanälen oder Schlitzen entsprechend einer Primzahl verwendet, um die Erzeugung von Oberwel lensignalen auf ein Minimum zu bringen.

Gemäß der Erfindung wird ein Luftspalt zwischen Transfor mator und Polstück nicht zugelassen, das heißt, der "Phasentrichter" liegt passend an dem Polstück an und gestattet dadurch eine vollständige Kontrolle der Luft ströme in jedem der Exponentialkanäle und vermeidet die Entstehung von Komponenten zur Frequenzverzerrung. Um einen Abfall der Frequenzkurven bei den interessieren den höheren Frequenzen zu vermeiden, wird der Abstand zwischen benachbarten Kanälen auf ein Minimum gebracht. Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Zahl von Kanälen oder Schlitzen entsprechend einer Primzahl verwendet, wodurch die Erzeugung von Oberwellenkomponenten in der Membran des Lautsprechers auf ein Minimum gebracht wird.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung sowie aus den Patentansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung in ihrer Verwendung in einem Trichterlautsprecher;

Fig. 2 eine Ansicht der Eingangsseite der bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Ansicht der Ausgangsseite der bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Veranschauli chung der Wände der Kanäle der bevorzugten Aus führungsform;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Veranschauli chung der Abmessungsverhältnisse der "Segmente" zur Trennung der Kanäle für die bevorzugte Aus führungsform;

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausfüh rungsform in der Einbaulage in einer Polstück anordnung;

Fig. 7, 7A und 7B perspektivische Ansichten der "Segmen te" zur Kanaltrennung in der bevorzugten Aus führungsform und

Fig. 8 eine Ansicht des Schall-Eingangsendes einer al ternativen Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist eine Lautsprechermembran 11 auf einen Lautsprecherrahmen 14 mit Hilfe einer Spinne 15 federnd gehalten. Eine Schwingspule 16 ist auf den Spulenform teil der Membranstruktur gewickelt und befindet sich in dem Magnetspalt, welcher zwischen den Polstückelemen ten 18 und 19 gebildet ist. Ein akustischer Transfor mator oder Phasentrichter 20 ist so angebracht, daß ein Teil 20 a seiner Oberfläche, welche die Form eines Kegelstumpfmantels besitzt, an der angepaßten Oberfläche 18 a des Polstücks 18 anliegt. Der mittlere Teil des inneren Umfangs des Phasentrichters ist durch scharfe geradlinige Kanten 20 b und den Trichterteil 20 f mit ebener Oberfläche gebildet. Die äußere Oberfläche 20 c des Phasentrichters ist kuppelförmig und gegenüber liegend zur Membran 11 angeordnet. Die Kugelgestalt der Fläche 20 c entspricht der Kugelgestalt der Membran. Die geradlinigen Kanten 20 b sind gegenüberliegend zur Mün dung des Lautsprechertrichters 22 angeordnet. Der Schall wird von der kugelförmigen Membran 11, welche Schallwel len mit einer kugelförmigen oder sphärischen Wellenfront abstrahlt, durch die im Phasentrichter 20 gebildeten radialen Kanäle auf die Mündung des Lautsprechertrich ters 2 gekoppelt, wobei die sphärische Wellenfront durch den Phasentrichter in eine ebene Wellenfront umgewan delt wird, wie dies unten beschrieben wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators. Die Eingangsseite des Trichters gemäß Fig. 2 besitzt eine kuppelförmige Fläche 20 c, während die gegenüberliegende Seite gebildet durch die Flächen 20 a zusammen mit den mittleren gerad linigen Kanten 20 b und dem mittleren Teil 20 f die Form eines Kegelstumpfmantels besitzt. Eine Vielzahl von ra dialen Kanälen oder Schlitzen 24 verläuft zwischen den Flächen 20 b und 20 a. Sie sind durch Trichterausschnitte oder "Segmente" 20 e gebildet, wobei die Seitenwandteile 20 g der Abschnitte eine exponentielle Krümmung besitzen. Der mittlere oder "Kern"-Teil 20 f des Stopfens ist ke gelförmig gestaltet, wobei die mittleren Teile 20 h (siehe Fig. 7B) der "Segmente" entlang den Seiten des Kegels verlaufen.

Zur bequemeren Darstellung werden die Trichterabschnit te oder "Segmente" in der Fig. 7a und 7b als getrennte Elemente gezeigt. Es ist jedoch zu beachten, daß der Trichter als integrale Einheit hergestellt wird und keine getrennten Teile dieser Art vorhanden sind. Die Fläche 20 g ist eine Fläche zweiter Ordnung, das heißt, sie besitzt eine exponentielle Krümmung. Die Fläche 20 c ist kugelförmig und an die Kugelgestalt der Lautspre chermembran angepaßt. Die Fläche 20 a ist konisch zur An passung an das Polstück 18. Die Fläche 20 h ist konisch zur Anpassung an den konischen Trichterabschnitt 20 f. Die Kante 20 b verläuft in einer geraden Linie.

Es wird nunmehr auf die Fig. 6 Bezug genommen, welche die bevorzugte Ausführungsform des Transformators oder Phasentrichters in ihrer Einbaulage im Polstück zeigt. Die Flächen 20 a liegen an der vertieften Oberfläche des Polstücks angepaßt an diese Oberfläche an, so daß kein Zwischenraum zwischen den beiden Teilen verbleibt, und die Kantenteile 20 b stehen dem mittleren mit einer Öff nung ausgestatteten Teil 18 a des Polstücks gegenüber.

Die exponentielle Krümmung der Flächen 20 g der Schlitze ist in Fig. 4, 7A und 7B gezeigt und so beschaffen, daß die geradlinigen Abstände l₁-l _n zwischen entsprechenden Punkten auf der gekrümmten Fläche 20 c und der geraden Kante 20 b gleich sind. Das heißt, wenn die Fläche 20 c und die Kante 20 b in die gleiche Zahl von gleichen Tei len unterteilt werden, und noch die Gerade l₂ gleich der Geraden l₁ gemacht wird, dann sind die Längen der Gera den l₂, l₃ . . ., l _n-1, welche die Kanten jeder dieser Tei le bilden, alle im wesentlichen zueinander gleich. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, wobei aus Fig. 6 ersichtlich ist, daß 2 die Länge des Bogens zwischen der äußeren und inneren Oberkante jedes der Trichterabschnitte 20 e ist und z die Länge der Kantenteile jedes dieser Abschnitte ist. Die geraden Linien l₁ bis l _n verbinden entsprechen de Punkte mit gleichem Abstand entlang der Linien r und z miteinander. Die Krümmung der Fläche 20 g wird dabei so gestaltet, daß die Linien l₁ bis l _n alle gleich zueinan der sind. Wie bereits bemerkt, wird die Krümmung der Fläche 20 c so gestaltet, daß sie an die Krümmung der Lautsprechermembran angepaßt ist, während andererseits die Kante 20 b eben gestaltet wird zur Anpassung an die Mün dung des Lautsprechertrichters. Die ebene Fläche 20 a des Trichters liegt eng an der Fläche 18 a des Polstücks 18 an, so daß die Schallenergie gut durch die Kanäle 24 zur Mündung des Lautsprechertrichters geleitet wird, wobei keine überflüssigen Lufträume zwischen benachbarten Ka nälen vorhanden sind.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zahl von Kanälen oder Schlitzen entsprechend einer Primzahl vorgesehen, wobei in der dargestellten Ausfüh rungsform die Primzahl 11 verwendet wird. Hierdurch wird die Bildung von Oberwellensignalen auf der Membran mit der daraus entstehenden Verzerrung auf ein Minimum ge bracht.

In Fig. 5 sind bestimmte Abmessungsverhältnisse zur op timalen Auslegung des Trichters schematisch dargestellt. Die Abmessung l _d ist in Fig. 5 als Abstand zwischen der Mitte jedes der Trichtersegmente 20 e und der Mitte je des benachbarten Kanals 24 dargestellt, gemessen am äußeren Umfang jedes dieser Segmente. Die Abmessung l _d wird vorzugsweise so klein wie möglich gemacht und sollte in jedem Falle kleiner sein als eine Viertelwel lenlänge bei der höchsten interessierenden Frequenz. Der Grund hierfür liegt darin, daß die durch die Abmessung l _d gegebene Viertelwellenresonanz im Endeffekt als Ab stimmstutzen arbeitet, welcher Schallwellen bei und in der Nähe dieser Resonanzfrequenz dämpft.

Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Er findung. Sie gleicht der vorher beschriebenen Ausfüh rungsform mit Ausnahme der Einfügung einer Öffnung 35, welche in dem Mittelteil 20 f des Trichters gebildet ist. Die Verwendung dieser Öffnung bewirkt eine Tendenz zur Verhinderung der Ausbildung von akustischen Resonanz wegen und damit eine Tendenz zur Verbesserung des Be triebs des Trichters bei den höheren Frequenzen. Die Verwendung einer solchen Öffnung ist besonders günstig bei Phasentrichtern mit größeren Abmessungen.

Claims

1. Akustischer Transformator zur Kopplung des Schalls, von einer kuppelförmigen Lautsprechermembran (11) an eine ebene Mündung eines Lautsprechertrichters (22), welcher Transformator ein Teil (20) mit einer kuppelförmigen Fläche (20 c) mit einer Kugelform entsprechend der Form der Membran (11) und mit einer Fläche (20 a) entgegengesetzt der kuppelförmigen Fläche (20 c) in Form eines Kugelstumpfmantels auf weist, gekennzeichnet durch
einen mittleren, vollen, Trichterteil (20 f),
eine Anzahl von nicht ringförmigen Schlitzen (24), im Teil (20), wobei diese Schlitze (24) im Teil (20) mit Abstand zueinander angeordnet sind, durch das Teil (20) zwischen den gegenüberliegenden Flächen (20 a, 20 c) verlaufen und sich vom mittleren Teil (20 f) aus radial nach außen zu den äußeren Kanten des Teils (20) erstrecken,
zwischen den Schlitzen (24) gebildete Abschnitte (20 e) des Teils (20), wobei die gegenüberstehenden Wandflächen benachbarter Abschnitte im wesentlichen eine exponentielle Krümmung besitzen und die Schlitze (24) im wesentlichen verjüngte Schallkanäle bilden und das Schalleingangsende der Schlitze (24) an der kuppelförmigen Fläche (20 c) sowie das Schallaus trittsende an dem ebenen Kegelstumpfende der gegen überliegenden Oberfläche (20 a) angeordnet ist, und wobei die Abstände zwischen entsprechenden Punkten entlang der Wandflächen an den Eingangsenden und den Ausgangsenden der Schlitze (24) praktsich gleich sind,
wodurch von der Membran (11) erzeugte Schallwellen mit einer sphärischen Wellenfront, welche in die Schlitze (24) an deren Einlaßende eintreten, zur An koppelung an die Mündung des Lautsprechertrichters (22) an dem Auslaßende derselben in eine ebene Wel lenfront umwandelbar sind.

2. Akustischer Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Trichterteil (20 f) eine Kegelstumpfform mit einer Verjüngung von der kuppelförmigen Fläche (20 c) zum Kegelstumpfende be sitzt.

3. Akustischer Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Wände der Schlitze (24) entlang dem Ende des Kegelstumpfmantels scharfe Kanten besitzen.

4. Akustischer Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Teil (20) eine sich zwischen gegenüberliegenden Flächen (20 b, 20 c) er streckende Öffnung (35) gebildet ist.

5. Akustischer Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mitten der Abschnitte (20 e) am äußeren Rand dersel ben und den Mitten der Schlitze (24) kleiner ist als eine Viertelwellenlänge der maximalen Frequenz der umzuformenden Schallwellen.

6. Akustischer Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zahl von Kanälen (24) ent sprechend einer Primzahl vorgesehen ist.

7. Trichterlautsprecher mit einer kuppelförmigen Laut sprechermembran (11), einem Lautsprechertrichter (22) mit einer ebenen Mündung, einem zylindrischen Teil (18) mit einer Öffnung in seinem Mittelteil und einem konisch vertieften Teil, welches diese Öffnung umgibt, und einen akustischen Transformator zur Kopplung der Schallausgangsleistung der Membran (11) auf die Engstelle des Lautsprechertrichters (22), wobei der Transformator ein Teil (20) mit einer kuppelförmigen Fläche (20 c) mit einer Kugel form entsprechend der Form der Lautsprechermembran (11) aufweist, welche unmittelbar gegenüber der Mem bran (11) angeordnet ist sowie mit
einer Kegelstumpfmantelfläche (20 a) gegenüber der kuppelförmigen Fläche (20 c), dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende (20 b) des Kegelstumpfes eben ausgebil det ist und unmittelbar der Mündung des Lautspre chertrichters (22) gegenüberliegend in einer Ebene parallel zu dieser Mündung angeordnet ist, wobei die Kegelstumpfmantelfläche ( 20 c) eng an den konisch vertieften Teil des zylindrischen Teils (18) ange paßt ist,
daß ein mittlerer, fester Trichterteil (20 f) zwi schen den gegenüberliegenden Oberflächen (20 a, 20 c) vorgesehen ist,
daß eine Anzahl von nicht ringförmigen Schlitzen (24) im Teil (20) gebildet sind und durch dasselbe zwischen den gegenüberliegenden Flächen (20 a, 20 c) desselben verlaufen, wobei diese Schlitze (24) von dem mittleren Trichterteil (20 f) radial nach außen zu den Außenkanten des Teils (20) verlaufen,
daß zwischen den Schlitzen (24) Abschnitte (20 e) des Teils (20) gebildet sind und gegenüberstehende Wand flächen (20 g) benachbarter Abschnitte (20 e), die Schlitze (24) bilden und Flächen im wesentlichen zweiten Grades sind, wodurch die Schlitze (24) im wesentlichen exponentiell zwischen der Membran (11) und der Mündung des Lautsprechertrichters (22) ver laufende Schallkanäle bilden,
und daß die Abstände zwischen entsprechenden Punk ten entlang jeder dieser Wandflächen (20 c) an den Enden zur Lautsprechermembran (11) und an den Enden zur Mündung des Lautsprechertrichters (22) bei die sen Kanälen praktisch gleich groß sind,
wodurch die sphärischen Wellenfronten der von der Lautsprechermembran (11) erzeugten Wellen durch den Transformator in ebene Wellenfronten zur Ankopplung an die Mündung des Lautsprechertrichters (22) um formbar sind.

8. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Teil (18) ein Polstück ist.

9. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Wände (20 g) der Schlitze (24) entlang dem Ende des Kegelstumpfmantels scharfe Kanten besitzen.

10. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (20) eine Kegelstumpf form mit Verjüngung nach innen, ausgehend von der kuppelförmigen Fläche (20 c) zum Ende des Kegel stumpfs besitzt.

11. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zahl von Kanälen (24) entsprechend einer Primzahl besitzt.

12. Trichterlautsprecher nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil eine zwischen den ge genüberliegenden Flächen (20 b, 20 c) verlaufende Öffnung (35) besitzt.