DE2725346A1

DE2725346A1 - Lautsprecher

Info

Publication number: DE2725346A1
Application number: DE19772725346
Authority: DE
Inventors: Josef Wilhelm Manger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-04
Filing date: 1977-06-04
Publication date: 1978-12-07
Also published as: IT7824143A0; DD136915A5; NO781913L; US4268719A; BE867772A; DE2725346C3; CA1100883A; DE2725346B2; NO143010C; NO143010B; SE7806221L; AU3684078A; FR2393500A1; IT1096429B; JPS543521A; SE426132B; NL7805956A; DK246778A; FR2393500B1; GB1604489A

Description

2725348

-A-

Lautsprecher

Lautsprecher dienen zur Umwandlung von elektrischen Signalen in hörbaren Schall und bestehen aus wenigstens einem elektroakustischen Wandler, der eine kolbenförmig hin- und herbewegbare Membran aufweist und in der Regel in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist, damit die vom Wandler erzeugten mechanischen Schwingungen der Membran ohne Bildung von akustischen Kurzschlüssen als longitudinale Schallwellen in das umgebende Medium, z.B. Luft, ausgestrahlt und vom menschlichen Ohr wahrgenommen, d.h. gehört werden.

Jede auf diese Weise ausgestrahlte Schallwelle breitet sich in Luft unter Normalbedingungen mit einer Geschwindigkeit von etwa 340 m/sec aus und erzeugt in jedem Raumpunkt einen mit der Zeit und dem Ort schwankenden Schalldruck, der im Vergleich zum Normaldruck ein über- oder Unterdruck ist. Das als Empfänger dieses Schalldrucks dienende menschliche Ohr hat im wesentlichen die Aufgabe, den am Ort des Ohrs erzeugten und aus allen, von den unterschiedlichsten Richtungen eintreffenden Schallwellen zusammengesetzten Schalldruck zu analysieren und zu Signalen zu verarbeiten, die über Gehörnerven an die Gehörzellen des Gehirns weitergeleitet werden und das Hören ermöglichen.

Als wichtigste Größe in der Schalltechnik gilt bisher die Frequenz. Dies äußert sich beispielsweise darin, daß bei Verstärkern oder elektroakustischen Wandlern der Frequenzgang und bei Lautsprechern insgesamt die Abhängigkeit des an einem Meßort erzeugten Schalldrucks von der Frequenz für so bedeutsam gehalten wird, daß alle HiFi-Normen auf das Einhalten bestimmter, von der Frequenz abhängiger Werte ausgerichtet sind. Auch alle Schutzvorschriften gegen Gehörschädigungen am Arbeitsplatz werden aus Frequenzanalysen der am Arbeitsplatz erzeugten Schallwellen hergeleitet.

Neuere Untersuchungen zeigen dagegen, daß bei Schalluntersuchungen die Abhängigkeit der Meßwerte von der Frequenz weit weniger wichtig als deren Abhängigkeit von der Zeit zu sein scheint. Schalldruck-

809849/0473

analysen haben nämlich beispielsweise ergeben, daß die durch zu großen Lärm am Arbeitsplatz verursachten Gehörschäden bisher nur deshalb in keinen erkennbaren Zusammenhang mit dem Frequenzspektrum des am Arbeitsplatz herrschenden Lärms gebracht werden konnten (Technical Review, No. 1, 1976, Seiten 4 bis 26, veröffentlicht von Brüel & Kjaer), weil bisher niemals der Schalldruck selbst bzw. dessen zeitliche Veränderung, sondern stets das mittlere, über einen relativ langen Zeitraum gemittelte Amplitudenquadrat des Schalldrucks gemessen und ausgewertet wurde. Dies hat einerseits zur Folge, daß kurzzeitige Schalldruckschwankungen mit einer Dauer von einigen Mikro- oder Millisekunden überhaupt nicht bemerkt wurden. Andererseits bringt diese Meßmethodik insoweit eine Verfälschung der tatsächlichen Gegebenheiten mit sich, als nur die positiven Amplitudenquadrate des Schalldrucks ausgewertet werden, obwohl das Ohr in Wirklichkeit Druckwechsel verkraften muß, die den Differenzen der Spitzenwerte der positiven und negativen Amplituden des Schalldrucks entsprechen. Auch hinsichtlich der Reproduktion von Musik nehmen daher die Zweifel daran immer mehr zu, daß Frequenzmessungen und die Einhaltung bestimmter Frequenzgänge allein zu einer ausreichend guten Wiedergabe fahren können (HiFi Stereofonie, Heft 3/1977, S. 369, "Musikhörtest^w und Kommentar).

Ein weiterer wesentlicher Grund dafür, der Abhängigkeit des Schalldrucks von der Zeit eine größere Aufmerksamkeit als bisher zu widmen, besteht darin, daß die sogenannte erste Schallwellenfront, d.h. die erste Halbwelle einer von einer Schallquelle ausgestrahlten Schalldruckwelle als besonders bedeutungsvoll für das menschliche Ohr bezeichnet werden muß, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Ortung einer Schallquelle, die Beurteilung des Klangs einer Schallquelle und die verschiedenen subjektiv empfundenen Störungen in den von einer Schallquelle ausgestrahlten Schallwellen. Obwohl die Vorgänge, die mit der Verarbeitung von Schallwellen durch das menschliche Ohr und die subjektive Beurteilung des Schalls durch das menschliche Gehirn noch nicht vollständig erklärt werden können, scheint festzustehen, daß sich Druckwechsel innerhalb dieser ersten Schallwellenfront zumindest hinsichtlich der Ortung und des Klangs besonders unangenehm bemerkbar machen, sofern diese Druckwechsel durch system-immanente Störungen, d.h. durch Störungen

809849/0473

oder Fehler im übertragungsweg bei der Umwandlung der elektrischen Schwingungen in Schallwellen bedingt und in der zu reproduzierenden Schallwelle nicht vorhanden sind.

Die Bedeutung der ersten Schallwellenfront läßt sich insbesondere an dem Vermögen des menschlichen Ohrs erkennen, die Richtung zu bestimmen, aus der eine Schallquelle strahlt. Die Bestimmung dieser Richtung beruht auf dem Zusammenwirken beider Ohren. Messungen zeigen, daß der Mensch die Richtung einer Schallquelle auf 3° genau bestimmen kann, was Laufzeitunterschieden der Schallwellen zu beiden Ohren von 30 Mikrosekunden entspricht, und daß die Richtung einer Schallquelle auch dann genau bestimmbar ist, wenn sich die Schallquelle in der Verbindungslinie beider Ohren befindet, was bei einem mittleren Ohrabstand Laufzeitunterschieden von etwa 620 Mikrosekunden entspricht Hieraus und aus dem weiteren Phänomen, daß ein von einer Schallquelle ausgestrahlter Ton trotz der genannten Laufzeitunterschiede niemals doppelt, sondern stets als einheitlicher Ton empfunden wird, und daß die Richtungsbestimmung unabhängig von der-Frequenz der ausgestrahlten Schallwellen ist, muß geschlossen werden, daß für die Richtungsbestimmung durch das Ohr im wesentlichen nur ein kleiner Teil einer Schallwelle benötigt wird, der innerhalb der ersten 620 Mikrosekunden der ersten ausgestrahlten Schallwelle liegt und eine Länge von etwa 30 bis 620 Mikrosekunden hat.

In ähnlicher Weise lassen Überlegungen betreffend die Beurteilung des Klangs und des Abstandes einer Schallquelle vom Ohr den Schluß zu, daß nur die ersten Schallwellenfronten wesentlich für die Auswertung aller auf das Ohr treffenden Schallwellen sein können.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, daß beispielsweise in geschlossenen Räumen keinerlei Echoeffekte zu bemerken sind, obwohl die von einer Schallquelle ausgestrahlten Schallwellen an zahlreichen im Raum befindlichen Flächen reflektiert werden, und daß trotz der vielfältigen Reflexionen genaue Ortungen, Abstandsbestimmungen und Klangbeurteilungen möglich sind. Würden alle Teile aller dem Ohr zugeführten Schallwellen in gleicher Weise maßgebend sein und vom Ohr und/oder vom Gehirn verarbeitet werden müssen, ließen sich viele Gesetzmäßigkeiten des Hörens nicht erklären.

809849/0473

Die obigen Überlegungen führen zu dem Ergebnis, daß Untersuchungen oder Vorschriften, die ausschließlich auf die Messung eines mittleren Schalldrucks des Frequenzspektrums einer Schallquelle gerichtet sind, keine befriedigenden Ergebnisse liefern, solange sie nie ht von Messungen des zeitlichen Verlaufs der ersten Schallwellenfronten der von der Schallquelle ausgestrahlten Schallwellen begleitet werden.

Bei dieser Erkenntnis setzt die Erfindung ein.

Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, daß bei allen bisher bekannt gewordenen Lautsprechern insbesondere deren Gehäuse Ursache für zahlreiche Störungen im Bereich der ersten Wellenfronten sind, und daß daher weitgehend ideal arbeitende Verstärker und elektroakustische Wandler allein keine wesentliche Verbesserung des gesamten Lautsprechers bewirken können.

Schließlich berücksichtigt die Erfindung noch ein weiteres Phänomen, das weiter unten anhand &r Zeichnung ausführlicher erläutert wird. Wird die Membran eines in einer unendlichen Schallwand angeordneten elektroakustischen Wandlers sprungartig angeregt, d.h. kolbenförmig in sehr kurzer Zeit vorgeschoben und dann in der vorgeschobenen Stellung belassen, dann steigt der Druck an irgendeinem Ort vor dem Lautsprecher zunächst schnell auf einen Maximalwert an, um dann zunächst allmählich auf einen unter dem Normaldruck liegenden Wert abzufallen und danach wieder auf den Normaldruck anzusteigen ( R.Lion, AES 56th Convention Reprint 1207, C-5X Daraus folgt, daß es unmöglich ist, die ersten Wellenfronten von sinus- oder rechteckförmigen elektrischen Signalen völlig originalgetreu in Schallwellen umzuwandeln, was insbesondere für niederfrequente Rechteckschwingungen gelten muß, deren erste Halbwellen eine Dauer von fünf Millisekunden (entsprechend 100 Hertz) bis zu etwa einunddreißig Millisekunden (entsprechend 16 Hertz) aufweisen, weil alle bisherigen Messungen an Lautsprechern üblicher Größe ergeben haben, daß der Druck nach einer Sprunganregung in spätestens etwa vier bis fünf Millisekunden den maximalen Unterdruck erreicht und dann unter Richtungsumkehr wieder dem Normaldruck zustrebt.

809849/0473

Erfindungsgemäß wird aus den genannten Erkenntnissen und Erscheinungen jedoch erstmals die Aufgabe abgeleitet, einen Lautsprecher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung zu schaffen, der mit Bezug auf die erste Schallwellenfront weitgehend störungsfrei arbeitet. Insbesondere wird diese Aufgabenstellung mit der Forderung verbunden, den Lautsprecher so auszubilden, daß er bei einer einmaligen, schnellen und sprunghaften Auslenkung der Membran in deren eine extreme Stellung eine Schallwelle ausstrahlt, die an einem vor dem Lautsprecher befindlichen Meßort einen Schalldruck erzeugt, der nach Erreichen seines Maximalwertes möglichst linear abfällt und zu einem möglichst spaten Zeitpunkt eine Richtungsumkehr im zeitlichen Verlauf erfährt. Ein Lautsprecher mit dieser Eigenschaft müßte die ersten Wellenfronten aller Schallwellen bis herab zu sehr tiefen Frequenzen nahezu originalgetreu aussenden, weil die beiden ersten Umkehrpunkte der nach einer Sprunganregung erhaltenen Schalldruckkurve um einen Wert beabstandet wären, der in der Größenordnung der tiefsten bisher durch Lautsprecher übertragbaren Frequenzen liegt, und weil der Verlauf der Schalldruckkurve zwischen den beiden ersten Umkehrpunkten frei von system-immanenten Schwankungen oder Druckwechseln wäre.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Dabei ist davon auszugehen, daß es zwar bereits bekannt ist, mehrers Wandler in einem Gehäuse unterzubringen (z.B. mehrere Hoch-, Mittel- und Tieftonwandler), daß es jedoch neu ist, die beiden Wandler in der Vorder- und Rückwand anzuordnen, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Vorteile, theoretischen Grundlagen und wesentlichen Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen in eine unendliche Schallwand eingebauten elektroakustischen Wandler;

Fig. 2 die mit einem herkömmlichen Wandler bei der Anordnung nach Fig. 1 aufgenommene Schalldruckkurve in Abhängigkeit von der Zeit;

809849/0473

Fig. 3 die mit einem Wandler neuer Art in der Anordnung nach Fig. aufgenommene Schalldruckkurve in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 4 einen in einem Raum aufgestellten Lautsprecher, bestehend aus einem elektroakustischen, in einem Gehäuse angeordneten Wandler;

Fig. 5 die mit der Anordnung nach Fig. 4 aufgenommene Schalldruckkurve in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 6 einen in einem Raum aufgestellten erfindungsgemäßen Lautsprecher, bestehend aus zwei gleichphasig parallel geschalteten, in einem Gehäuse angeordneten Wandlern;

Fig. 7 die mit der Anordnung nach Fig. 6 aufgenommene Schalldruckkurve in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 8 eine mögliche Erklärung für die mit der Anordnung nach Fig. 6 erzielten Verbesserungen;

Fig. 9 die mit den Anordnungen nach Fig. 4 und Fig. 6 aufgenommenen Schalldruckkurven in Abhängigkeit von der Zeit im Vergleich;

Fig. 10 und 11 eine weitere Ausführungsform für das Gehäuse des erfindungsgemäßen Lautsprechers;

Fig. 12 die mit der Anordnung nach Fig. 10 aufgenommenen Schalldruckkurven in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform für das Gehäuse des erfindungsgemäßen Lautsprechers;

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Lautsprecher;

809849/0473

Fig. 15 und 16 AusfUhrungsformen für die Halterung bzw. Aufstel lung der erfindungsgemaßen Lautsprecher im Raum, und

Fig. 17 eine weitere Ausführungsforin für einen erfindungsgemaßen Wandler.

In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, die es ermöglicht, don zeitlichen Verlauf des Schalldrucks an einem Ort vor dem Lautsprecher ohne Störung durch Echos zu messen. In einer Wand 1 einen Raums 2 ist ein elektroakustischer Wandler 3 mit einer Membran Λ befestigt, die mit einer Schwingspule kolbenförmig in Pfeilrichtung hin- und herbewegt werden kann und im nicht angeregten Zustand im wesentlichen bündig mit der Wand 1 abschließt. Ein derartiger Wandler ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 201 529 beschrieben. Vor dem Wandler 3 ist ein Halbzoll-Freifeld-Kondensator-Mikrofon 5 aufgestellt, das zum Empfang der vom Wandler 3 ausgestrahlten Schallwellen bzw. zur Messung des von diesem erzeugten Schalldrucks am Ort des Mikrofons 5 dient. Das Mikrofon 5, mit dem Schalldrucke bis herab zu 10 Hertz gemessen werden können, ist an einen Elektro- nenstrahl-Oszillografen angeschlossen, der zur Sichtbarmachung der Schalldruckkurven, d.h. des Schalldrucks am Ort des Mikrofons 5 in Abhängigkeit von der Zeit dient.

Da der Wandler 3 in die Wand 1 eingebaut ist, kann die Wand 1 nlf? unendliche Schallwand bezeichnet werden, die akustische Kurzschlüone verhindert, so daß sich alle von der Membran h nach vorn ausgestrahlten Schallwellen in den vor der Wand 1 befindlichen Raum 2 ausbreiten und eine Ausbreitung dieser Schallwellen in den im Vergleich zum Raum 2 hinter der Wand 1 befindlichen Raum unmöglich ist. Die Schallwellen breiten sich daher mit Schallgeschwindigkeit in einen Raumwinkel 27/ halbkugelförmig aus. Bei der Anordnung des Mikrofons und des Wandlers 3 ist darauf zu achten, daß ihre Abstände von allen reflektierenden Flächen so groß sind, daß Echowellen das Mikro fon 5 erst nach Laufzeiten erreichen, die um mindestens etwa fünf Millisekunden größer als die Laufzeiten sind, die dem direkten Abstand des Wandlers 4 vom Mikrofon 5 entsprechen, was bei einem direkten Abstand von zwei Metern einem Weg von 3,7 Metern entspricht.

809849/0473

Wird die Membran 4 sprunghaft in Richtung des Raums 2 vorgeschoben und in dieser Stellung belassen, ergibt sich am Ort des Mikrofons 5 ein der Kurve 6 der Fig. 2 entsprechender Verlauf der Amplitude des Schalldrucks P in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Amplitude nimmt zunächst schnell zu, erreicht einen Maximalwert, nimmt dann allmählich ab, durchläuft die dem Normaldruck entsprechende 0-Linie, erreicht einen Minimalwert und strebt dann allmählich wieder dem Normalwert zu.

Bemerkenswert an der Kurve 6 sind die im positiven Bereich angesiedelten Druckspitzen 7, die anzeigen, daß der Schalldruck in diesem Bereich abwechselnd in positiver und negativer Richtung ansteigt. Derartige Druckwechsel und der weitgehend e-förmige Abfall der Kurve 6 haben erhebliche Verfälschungen des Schalldrucks am Ort des Empfängers und damit Verfälschungen der vom Empfänger wahrgenommenen Information zur Folge, weil sie in der abgestrahlten Information, die der Sprunganregung entspricht, nicht enthalten sind. Es wird angenommen, daß die Druckspitzen 7 insbesondere durch Schwingungen der Membran bei deren sprunghafter Anregung und durch andere Feder/Masse-Wirkungen verursacht sind, die sich bei herkömmlichen Wandlern nicht vermeiden lassen.

Die aus Fig. 3 ersichtliche Kurve 8 zeigt ein nahezu ideales Verhalten. Sie wurde in einer Anordnung nach Fig. 1 mit einem Wandler nach DT-PS»en 1 815 694 und 2 236 374 oder DT-OS 2 500 397 erhalten, der keine wesentlichen Feder/Masse-Wirkungen verursacht und aufgrund der Verwendung einer viskoelastischen Membran selbst bei Sprunganregung keine Membranschwingungen hervorruft. Deshalb fehlen der Kurve 8 einerseits die für herkömmliche Wandler typischen Druckspitzen 7, andererseits fällt die Kurve 8 nach Erreichen ihres Maximalwertes 9 bzw. ersten Umkehrpunktes nahezu linear bis zum Minimalwert bzw. zweiten Umkehrpunkt 10 ab, der bei etwa 4,5 Millisekunden liegt.

Die aus dem zeitlichen Abstand der beiden Umkehrpunkte 9 und 10 berechenbare Frequenz kann als system-immanente Resonanzfrequenz des gesamten, aus Wandler 2 und Wand 1 bestehenden Lautsprechersystems bezeichnet werden. Wird die Membran 4

809849/0473

daher mit einem Rechtecksignal von 110 Hertz angeregt, können die erzeugten Schallwellen noch ausgezeichnet übertragen und gehört werden, weil ihre ersten Wellenfornten, die zwischen den Umkehrpunkten 9 und 10 liegen, keinerlei störende Wellungen aufweisen und weil im übrigen der Druckabfall weitgehend linear und nicht nach einer e-Funktion erfolgt. Wird schließlich der Umstand berücksichtigt, daß bei sinusförmiger Anregung der Membran 4 die Hälfte der ersten Wellenfront für die Auslenkung der Membran auf ihren Maximalwert benötigt wird, kann die zweite Hälfte der ersten Wellenfront der Sinusschwingung dem Bereich zwischen den Umkehrpunkten 9 und 10 der Kurve 8 nach Fig. 3 zugeordnet werden, so daß Sinustöne sogar bis herab zu etwa 55 Hertz noch gut zu übertragen sein müßten. Die bisherigen Messungen bestätigen dies.

Erfolgt die Anregung mit im Vergleich zur Resonanzfrequenz des Systems tieferen Frequenzen, überlagert sich der ersten Halbwelle der vom anregenden Signal erzeugten Schalldruckwelle die Rückflanke der durch die system-immanente Resonanz bedingten Druckwelle, so daß für diesen Fall Fehlinformationen im ausgestrahlten Schallsignal unvermeidlich sind. Ob Störungen in diesem Frequenzbereich zwischen zwanzig und fünfzig Hertz allerdings noch "hörbar" sind, ist weitgehend unbekannt und unerforscht, so daß es ausreichend erscheint, eine Resonanzfrequenz des gesamten.Lautsprechersystems von maximal etwa fünfzig Hertz bzw. einen Abstand der Umkehrpunkte 9 und 10 nach Fig. 3 von etwa fünf Millisekunden anzustreben bzw. zu fordern.

Für die Praxis sind Ergebnisse mit Wandlern, die in eine unendliche Schallwand eingebaut sind, weitgehend unbrauchbar, weil kommerzielle Lautsprecher in der Regel aus Wandlern bestehen müssen, die in ein geschlossenes Gehäuse mit endlichen Dimensionen eingebaut sind, welches die Aufgabe der unendlichen Schallwand übernimmt und akustische Kurzschlüsse verhindert. Durch das --

809849/0473

geschlossene Gehäuse werden zwar verschiedene zusätzliche "interne" Wirkungen verursacht, die bei der unendlichen Schallwand nicht auftreten und beispielsweise durch die beim Auslenken der Membran in Richtung des Gehäuses herbeigeführte Kompression der im Gehäuse befindlichen Luft bedingt sind«, Die Ursachen dieser "internen" Wirkungen sind jedoch weitgehend bekannt und können auch zum größten Teil berücksichtigt werden, so daß die "internen" Wirkungen des Gehäuses in der nachfolgenden Beschreibung vernachlässigt werden können.

Zur Messung des zeitlichen Verlaufs der von einem Lautsprecher mit endlichem Gehäuse abgestrahlten Schallwellen kann eine Anordnung nach Fig. 4 verwendet werden. Sie enthält einen elektroakustischen Wandler 11 mit einer Membran 12, die ähnlich der Membran 4 nach Fig. 1 in Pfeilrichtung hin- und herbewegbar ist. Der Wandler 11 ist in einem Lautsprecher-Gehäuse 14 derart montiert, daß die Membran 12 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise im nicht angeregten Zustand im wesentlichen bündig mit dessen vorderer Wand 15 abschließt. Zur Messung des zeitlichen Verlaufs des Schalldrucks sind zwei Mikrofone 16 und 17 entsprechend Fig. 1 vorgesehen, wobei das Mikrofon 16 im wesentlichen in der Mittelachse der Membran 16 und das Mikrofon 17 in einer durch das vordere Ende der Wand 15 gebildeten Ebene in Höhe der Membran 12 angeordnet ist. Die Lagen des Gehäuses 14 bzw. der Membran 12 und der Mikrofone 16 und 17 in einem geschlossenen Raum 18 sind außerdem derart gewählt, daß die von der Membran ausgestrahlten Schallwellen die Mikrofone 16 und 17 auf direktem Weg etwa sachs bis zehn Millisekunden früher als irgendeine reflektierte Schallwelle erreichen.

Bei sprunghafter Anregung der Membran 12 und bei Verwendung eines Wandlers wie für Fig. 3 ergeben sich die aus Fig. 5 ersichtlichen Kurven 19 und 20, wobei die Kurve 19 mit dem Mikrofon 16 und die Kurve 20 mit dem Mikrofon 17 aufgenommen ist. Beide Kurven 19 und 20 zeigen an einer Stelle t₁ einen abrupten Abfall des Schalldrucks, der den Kurven 6 und 8 gemäß Fig. 2 und 3 fehlt. Dieser Abfall des Schalldrucks ist auf die Endlichkeit des Gehäuses 14 zurückzuführen und bei allen Lautsprechern, die ein herkömmliches endliches Gehäuse aufweisen,

809849/0473

Ursache eines charakteristischen Druckwechsels innerhalb der ersten Schallwellenfront, der Fehlinformationen in den ausgestrahlten Schallwellen bedingt. Bei Verwendung eines Wandlers, der zur Aufnahme der Kurve 3 eingesetzt wurde, ist der Abfall an der Stelle t₁ besonders deutlich ausgeprägt, weil die Kurven 19 und 20 bis zum Zeitpunkt t,. einen nahezu linearen Verlauf haben. Bei Verwendung von herkömmlichen Wandlern, die zu e-förmig abfallenden Kurven 19 und 20 führen würden, wäre der Druckabfall bei t₁ weniger stark ausgeprägt.

Die Ursache für den Druckabfall an der Stelle t₁ läßt sich aus der Schallgeschwindigkeit berechnen. Stellt man sich vor, daß die Membran 12 mit ihrer gesamten Fläche im wesentlichen gleichzeitig, z.B. kolbenförmig nach vorn bewegt wird, breitet sich die von ihr verursachte Schallwelle zunächst nur in den unmittelbar vor der Membran befindlichen Raum aus, weil wie im Fall der unendlichen Schallwand nach Fig. 1 alle auf die Wand 15 treffenden Teile der Schallwellen reflektiert werden. Nach einer Zeit t~ => a/c allerdings, wobei a der Abstand des Membranmittelpunkts vom Ende der Wand 15 und £ die Schallgeschwindigkeit sind, können die von der Membran 12 ausgehenden Schallwellen nicht mehr an der Wand 15 reflektiert werden, was zur Folge hat, daß sich die Schallwellen ab diesem Zeitpunkt auch in den Raum ausbreiten können, der hinter der Wand 15, d.h. auf der vom Mikrofon 16 abgewandten Seite der Wand 15 liegt. Mit anderen Worten können sich die Schallwellen nach der Zeit t₂ in einen Raumwinkel 4 TT anstatt 2 Tf ausbreiten. Sind S₁ der direkte Weg von der Membran 12 zum Mikrofon 16 und s« der direkte Weg vom Ende der Wand 15 zum Mikrofon 16, dann ergibt sich für die Laufzeit der auf direktem Weg das Mikrofon 16 erreichenden Schallwelle t« = S₁Zc und für die Laufzeit der vom Gehäuseende das Mikrofon erreichenden Schallwelle *4 * ^S2 ^{+ a}^^c* *^{st S}2 ^un6^e*"^{änr s}i» dann ist t^ ungefähr gleich a/c, d.h. der am Mikrofon 16 gemessene Schalldruck müßte im Gegensatz zur Fig. 2 und 3 nach etwa t^ β a/c Sekunden einen starken Druckabfall aufweisen, weil ab diesem Augenblick die Abstrahlung der Schallwellen nicht mehr in den Raum 2 Tf , sondern in den Raum 4 TT erfolgt. Die Messungen erheben, daß der aus Fig. 5 ersichtliche Abfall des Drucks an der durch Messungen erhaltenen Stelle t₁ tatsächlich praktisch dem Wert t^ » a/c entspricht.

Entsprechende Berechnungen bestätigen, daß auch der mit dem Mikrofon

809849/0473

gemessene Schalldruckabfall (Kurve 20) auf die Endlichkeit des Gehäuses 14 zurückgeführt werden muß. Weitere Beweise hierfür liefern Messungen an Gehäusen, deren Höhen und Breiten unterschiedliche Werte besitzen oder in die die Wandler bzw. Membranen unsymmetrisch eingesetzt sind. Die auf diese Weise ermittelten Kurven zeigen nämlich stets dann einen abrupten Abfall des Schalldrucks, wenn die von der Membran ausgehende Schallwelle in irgendeiner Richtung ein Ende des Gehäuses erreicht.

Unter Bezugnahme auf das der Erfindung zugrundeliegende Problem muß daher festgestellt werden, daß es bei Verwendung eines endlichen Gehäuses scheinbar nicht möglich ist, die erste Schallwellenfront sauber zu reproduzieren, es sei denn, man würde die Gehäuseabmessungen so groß machen, daß das Zeitintervall t^ = a/c größer als etwa fünf Millisekunden wird. Hierzu müßte die Strecke a etwa 1,7 Meter betragen, was für die praktische Anwendung unrealistisch ist. Da bei allen üblichen Gehäusen die Strecke a nur etwa zehn bis vierzig Zentimeter beträgt, errechnet sich der Wert t^ zu 0,294 bzw. 1,17 Millisekunden entsprechend 1700 bzw. 425 Hertz, d.h. unterhalb von diesen Frequenzen können erste Schallwellenfronten nicht mehr sauber reproduziert werden. Da die angegebenen Frequenzen außerdem gerade in demjenigen Bereich liegen, in welchem das menschliche Ohr seine größte Empfindlichkeit besitzt, führen die angegebenen Störungen bzw. Fehlinformationen in den ersten Wellenfronten zu einer subjektiven Bewertung jedes Lautsprechers, die als sogenannter "Boxenklang" bekannt ist und auf diese Weise ihre meßtechnische Bestätigung findet.

Erfindungsgemäß wurde nun überraschend gefunden, daß sich der durch das Gehäuse bedingte Abfall des Schalldrucks erheblich vermindern läßt, wenn in die Rückwand des Gehäuses ein zweiter elektroakustischer Wandler eingebaut wird, dessen Abstrahlungsverhalten dem Abstrahlungsverhalten des in der Vorderwand eingebauten Wandlers zumindest bei den durch das Gehäuse gestörten Frequenzen im wesentlichen entspricht und der im Vergleich zum ersten Wandler derart elektrisch "gleichphasig" angeregt wird, daß sich die Membranen beider Wandler stets gleichzeitig nach außen bzw. gleichzeitig nach innen bewegen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 schematisch dargestellt und kann z.B. durch Parallel- oder Serienschaltung der beiden Lautsprecher bei Verwendung von einem Verstärker oder von zwei Verstärkern realisiert werden.

In einem Raum 22 ist ein

geschlossenes Gehäuse 23 angeordnet, in 809849/0473

dessen Rückwand 27 ein entsprechender Wandler 28 mit einer Membran 29 montiert ist. Beide Wandler 25 und 28 sind so angeordnet, da6 ihre Membranen 26 und 29 im nicht angeregten Zustand im wesentlichen bündig mit der Vorder- bzw. Rückseite der Vorder- bzw. Rückwand 24 bzw,? 27 abschließen. Beide Membranen können wie in den vorhergehenden Beispielen kolbenförmig hin- und herbewegt werden, und die beiden Wandler 25 und 28 sind elektrisch so geschaltet, daß die Membranen bei einer Sprunganregung entsprechend Fig. 1 und 4 gleichzeitig in Richtung der Pfeile P₁ und P₂ nach außen vorgeschoben werden. Der Schalldruck wird vor dem Wandler 25 mit einem Mikrofon 30 entsprechend Fig. 1 gemessen.

Die mit der Anordnung nach Fig. 6 erhaltene Kurve 31 ist in Fig. 7 dargestellt und zeigt, daß der für die Kurve 19 nach Fig. 5 charakteristische Druckabfall an der Stelle t.. nahezu verschwunden ist und daß sich im Vergleich zur Fig. 3 ein etwas breiteres Kurvenstück zwischen den beiden Umkehrpunkten 32 und 33 ergibt, welches einer Zeit von etwa fünf Millisekunden entspricht.

Eine Erklärung für die überraschende, aus Fig. 7 ersichtliche Wirkung des Lautsprechers nach Fig. 6 könnte darin bestehen, daß der zweite, auf der Rückseite 27 angeordnete Wandler 28 dieselbe Wirkung wie eine unendliche Schallwand hat und als "pneumatische" Schallwand von praktisch unendlicher Größe wirkt. In Fig. 8 ist schematisch angedeutet, daß sich die vom Wandler 25 ausgestrahlten Schallwellen nach Durchlaufen der Strecke a in den Raumwinkel AT, d.h. teilweise in den Raum hinter der Vorderwand 24 ausbreiten, was am Ort des Mikrofons 30 zu dem aus Fig. 5 ersichtlichen Druckabfall führen würde. Dieser Druckabfall wird jedoch im Fall der Fig. 6 bzw. 8 dadurch kompensiert, daß die vom Wandler 28 ausgestrahlten Schallwellen, die vor Durchlaufen der Strecke a nur in den Raum vor der Rückwand 27 gelangen, danach ebenfalls in einen Raumwinkel 4ΤΓ ausgestrahlt werden und dadurch in dem Raum vor der Vorderwand 24 gerade denjenigen Teil an Schallenergie ersetzen, der bei Verwendung nur des Wandlers 25 verloren gehen würde. Das beschriebene Phänomen ist im übrigen deutlich hörbar.

Eine weitere Bestätigung dafür, daß der zweite Wandler 28 nach einem

809849/0473

im wesentlichen der Strecke a entsprechenden Zeitintervall diejenige Schallenergie "ersetzt", die dem ersten Wandler 25 durch Abstrahlung in den RUckraum verloren geht, liefern die Kurven 34, 35 und 36 nach Fig. 9.

Die Kurve 34 wurde mit einer Anordnung nach Fig. 6 aufgenommen, wobei die Wandler 25 und 28 "gegenphasig", d.h. so gepolt waren, daß bei einer Sprunganregung die Membran 26 des Wandlers 25 in Richtung des Pfeils P₁ und gleichzeitig die Membran 29 des Wandlers 28 in dieselbe Richtung, d.h. entgegen der Richtung des Pfeils Pp ausgelenkt wurde. Zur Aufnahme der Kurve 35, die der Kurve 19 entspricht, wurde nur der vordere Wandler 25 bei kurzgeschlossenem hinteren Wandler benutzt, und die Kurve 36, die der Kurve 31 nach Fig. 7 entspricht, wurde mit beiden "gleichphasig" angeregten Wandlern 25 und 28 aufgenommen. Außerdem wurden im Gegensatz zu den Fig. 5 und 7 noch die Wirk ,ungen der ersten Echos aufgezeichnet, wobei diese Echos im wesentlichen durch Reflexionen der Schallwellen am Erdboden Zustandekommen. Der Zeitmaßstab ist im Vergleich zu den Fig. 3,5 und 7 etwa doppelt so groß.

Die Kurve 35 zeigt nach einer Zeit t,- ein erstes Echo von mittlerer Größe, das etwa 45 % der maximalen Amplitude der ersten Wellenfront entspricht, wohingegen das erste Echo der Kurve 36 erheblich größer ist und einem Wert von 95 % der maximalen Amplitude der ersten Wellenfront entspricht. Aus diesen Messungen muß geschlossen werden, daß der zweite Wandler 28, am Ort des Mikrofons 30 gemessen, tatsächlich dieselbe Wirkung wie eine unendliche Schallwand entfaltet, bei der ähnlich große Echos gemessen werden können. Die Kurve 34 zeigt die Wirkung des zweiten Wandlers 28 noch deutlicher. Wird die Anregung der beiden Membranen 26 und 29 nämlich so gewählt, daß sie bei der Anordnung nach Fig. 6 stets in die gleiche Richtung schwingen, dann macht sich einerseits innerhalb der ersten Schallwellenfront ein durch die Gehäuseabmessungen bedingter starker Druckabfall bemerkbar, während andererseits die Amplitude des ersten Echos nur etwa 10 % der maximalen Amplitude der ersten Schallwellenfront entspricht. Diese Erscheinung dürfte insbesondere auf Interferenzen zurückzuführen sein, durch die dem Fernfeld wesentlich weniger Energie zugeführt wird, als entsprechend Kurve 36 gemessen werden kann.

Die Kurve 36 zeigt schließlich, daß sich der Schalldruck zwischen den Umkehrpunkten 37 und 38 zwar nicht abrupt ändert, aber auch

809849/0473

nicht völlig linear verläuft. Die Abweichungen von der Linearität müssen darauf zurückgeführt werden, daß das Gehäuse 23 nach Fig. 6 im Schnitt rechteckig ist und die Strecke b (Fig. 6) Störungen verursacht. Ähnliche Störungen ergeben sich bei Anwendung eines kugelförmigen Gehäuses mit einem Durchmesser von 50 Zentimeter.

Die aus der Kurve 36 ersichtlichen Störungen lassen sich durch Verwendung eines Gehäuses nach Fig. 10 weitgehend vermeiden. Der in Fig. 10 dargestellte Lautsprecher enthält ein diskusförraiges, rotationssymmetrisches Gehäuse 40, das im Querschnitt eine rhonibusfönnige Gestalt hat. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, sind in der Rotationsachse 41 zwei elektroakustische Wandler 42 und 43 derart montiert, daß ihre Membranen '44 und 45 im nicht angeregten Zustnnd eine möglichst stetige Fortsetzung der Außenseite der Gehäusewondungen darstellen. Die Rotationsachse 41 ist dabei gleichzeitig die Mittelachse beider Membranen 44 und 45. Die Schaltung der beiden

Wandler 42 und 43 ist wie beim Lautsprecher nach Fig. 6so,dnß beide Wandler elektrisch gleichphasig angeregt werden. Von den Bofor.lirsmc rindern der Wandler 42 und 43 an wird der Abstand von dor Vordorv.md 46 zur Rückwand 47 des Gehäuses 40 immer kleiner, bis die Wön Io 46 und 47 in der senkrecht zur Rotationsachse 41 verlaufenden Syinm^trlo ebene 48 aneinanderstoßen.Die Wände 46 und 47 erstrecken sich η mn it aufeinander zu, bis sie sich am Außenumfang 49 des Gehäuses 40 treffen, und bilden zwei Halbschalen,aus denen das Gehäuse 40 ber.teht. ·

Zwischen den Befestigungspunkten der Wandler 42 und 43 und dem Außenurafang 49 des Gehäuses 40 verlaufen die Wände 46 und 47 vorzugsweise nicht eben, sondern mit leicht konvexer Wölbung. Der Grad der Wölbung wird am besten anhand der mit dem Lautsprecher nach Fig. 10 gemessenen Schalldruckkurven festgelegt. Abgesehen davon haben leichte Wölbungen in den Wänden 46 und 47 den Vorteil, daß die Wände gegenüber Biegeschwingungen weniger empfindlich sind. Vorzugsweise rind die Wände 46 und 47 als Kugelflächen ausgebildet, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 10 angedeutet ist. Der Radius der Kugelflächen sollte dabei größer als das Maß a (Fig. 11) sein, um die bei Kugelgehäusen auftretenden Unvollkommenheiten zu vermeiden.

Fig. 11 zeigt die Anordnung eines Lautsprechers nach Fig. 10 in einem Raum 51» wobei zur Messung des Schalldrucks zwei

809849/0473

r/25346

Mikrofone 52 und 53 entsprechend Fig. 1 verwendet werden, die in der Rotationsachse 41 bzw. in der Symmetrieachse 48 in derselben Höhe wie die Membranmittelpunkte angeordnet sind. Bei Sprunganregung der Membranen 44 und 45 in Richtung der Pfeile P₁ und P₂ ergeben sich die in Fig. 12 dargestellten Kurven 54 (Mikrofon 52) und 55 (Mikrofon 53), wenn Wandler 42 und 43 entsprechend den DT-PS'en 1 815 694 und 2 236 374 oder DT-OS 2 500 397 verwendet werden, deren Durchmesser neunzehn Zentimeter bei einem Durchmesser des Außenumfangs 49 def Gehäuses 40 von siebzig Zentimetern betragen. Beide Wandler 42 und 43 sind im übrigen weitgehend identisch ausgebildet.

Zwischen den Umkehrpunkten 56 und 57 verlaufen die Kurven 54 und 55 nahezu linear. Der zeitliche Abstand der Umkehrpunkte beträgt etwa fünf Millisekunden. Die Anstiegszeit zwischen dem Nullpunkt der Anregung und dem ersten Umkehrpunkt 56 beträgt, gemessen mit dem Mikrofon 52, etwa achtzehn Mikrosekunden.

Gelegentlich zeigen sich in den gemessenen Schalldruckkurven nach Fig. 12 geringfügige Abweichungen von der Linearität, die durch das Einspannen der Wandler im Gehäuse oder durch Unstetigkeiten beim Übergang von der Gehäusewand auf die Membranfläche und hierdurch bewirkte Interferenzen verursacht sein können. Derartige Störungen lassen sich durch Wellungen der Gehäusewände, insbesondere der Vorderwand 46 ausgleichen, da Jede konvexe Wellung in dieser Wand eine Erhöhung und jede konkave Wölbung in dieser Wand eine Erniedrigung des Schalldrucks bewirken müßte. In Fig. 13 ist ein dem Gehäuse nach Fig. 10 entsprechendes Gehäuse dargestellt, das in der vorderen Wand 46 je einen konvexen Wulstring 59 und einen konkaven Wulstring 60 aufweist. Die Grenzen derartiger Korrekturmöglichkeiten sind durch den Innenradius von 9,5 Zentimetern und den Außenradius von 35 Zentimetern des Gehäuses 40 nach Fig. 13 festgelegt, was Frequenzen von etwa 1790 und 486 Hertz bzw. Zeiten von 0,28 und 1,02 Millisekunden entspricht.

Aus Fig. 12 ist weiterhin ersichtlich, daß mit den Mikrofonen 52 und 53 (Fig. 11) sehr ähnliche Kurven erhalten werden, wobei die Anstiegszeit der Kurve 54 allerdings wesentlich kürzer ist. Der Lautsprecher nach Fig. 10 ist daher bei sprunghafter Anregung der Membranen praktisch ein Strahler O.ter Ordnung.

Die Dimensionen des Wandlers nach Fig. 6 und 10 richten sich insbesondere nach der erwünschten Lage des zweiten Umkehrpunktes 57

809849/0473

(Flg. 12). Je kleiner das Gehäuse ist, um so kleiner ist der Abstand zwischen den beiden Umkehrpunkten 56 und 57. Weiterhin verläuft der Abfall des Schalldrucks in Fig. 12 um so schneller, Je größer der aus Fig. 11 ersichtliche Winkel ß ist, was mit der Beobachtung des steilen Abfalle an einem kugelförmigen Gehäuse übereinstimmt. Bei gleicher Größe der Membranen und bei gleicher Resonanzfrequenz der Wandler, die unterhalb der Helmholtz-Resonanz des Gehäuses liegen müßte, ist der Abstand der Umkehrpunkte 56 und 57 um so größer, je größer der Gehäusedurchmesser ist. Insgesamt hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Abstand der Membranmittelpunkte, d.h. die Tiefe des Gehäuses 40, nicht größer als der Radius des Aussenumfangs 49 des Gehäuses 40 ist.

Elnfcesonderer Vorteil des beschriebenen Lautsprechers ist darin zu sehen, daß alle erfindungsgemäßen Gehäusekonstruktionen keine Verschlechterung, sondern allenfalls eine Verbesserung im üblichen Frequenzgang des gesamten Lautsprechers mit sich bringen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, die beiden in der Vorder- und Rückwand des Gehäuses eingebauten Wandler unsymmetrisch anzuordnen, obwohl die bisherigen Versuche zeigen, daß mit einer völlig symmetrischen Anordnung gemäß Fig. 10 die besten Ergebnisse erzielt werden. Weiterhin können in der Vorder- und Rückwand des Gehäuses je zwei oder mehr Wandler angeordnet sein, wie in Fig. 14 in der Draufsicht angedeutet ist, wobei sich durch Anordnung Jeweils mehrere Wandler längs einer geraden Linie, insbesondere auf einer Linie senkrecht zur Rotationsachse 41 und senkrecht zur Zei- . chenebene in Fig. 10 eine ausgezeichnete Richtungswirkung bzw. Richtungscharakteristik erhalten läßt. In diesem Zusammenhang können auch Gehäuse angewendet werden, die nicht rotationssymmetrisch sind, sondern zylindrische Vorder- und Rückwände aufweisen. Weiterhin sollte darauf geachtet werden, daß an den übergängen avischen den Membranen und den Gehäusewänden saubere und fließende Übergänge ohne abrupte übergänge vorgesehen werden, deren Wirkung aus den Kurven nach Fig. 12 erkennbar wird. Hierzu können alle in der Lautsprechertechnik üblichen Mittel angewendet werden.

809849/0473

Weiterhin könnte der in der Rückwand 47 eingebaute Wandler 43 (Fig. 10) von dem in der Vorderwand 46 eingebauten Wandler 42 abweichen und insbesondere billiger und schlechter sein, sofern nur Frequenzen zu übertragen sind, die größer als die Gehäuseabmessungen sind, weil der hintere Wandler zu höheren Frequenzen immer mehr an Bedeutung verliert, was sich daraus ableiten läßt, daß die Druckabfälle in den Kurven 19 nach Fig. 5, die mit dem Mikrofon 16 nach Fig. 4 aufgenommen wurden, immer erst nach Zeiten erscheinen, die etwa der Laufzeit der Schallwellen vom Membranmittelpunkt zum Gehäuseende entsprechen. Zur Verbesserung der Kurven 20 nach Fig. 5, die mit dem Mikrofon 17 nach Fig. 4 aufgenommen werden, sollten allerdings in der Vorder- und Rückwand weitgehend gleich gute Wandler eingebaut sein, weil zum Schalldruck am Ort des Mikrofons 17 auch bei mittleren Frequenzen noch beide Wandler wesentlich beitragen.

Mit den erfindungsgemäßen Lautsprechern lassen sich bisher nicht gekannte räumliche und zeitliche Auflösungen erreichen, verbunden mit einer optimalen räumlichen Lokalisierung nicht des Lautsprechers selbst, sondern der Schallquellen, die von den zu übertragenen Schallwellen repräsentiert werden sollen. Bei Verwendung von Schallwandlern gemäß DT-PS«en 1 815 694 und 2 236 374 sowie DT-OS 2 500 397 kommt der weitere Vorteil hinzu, daß auch diese Wandler in dem für die originalgetreue Abstrahlung wichtigen Bereich der ersten Schallwellenfronten keine wesentlichen Druckschwankungen bewirken, so daß mit derartigen Wandlern in den erfindungsgemäßen Lautsprechern für das gesamte, aus Wandlern, Membranen und Gehäuse bestehende System eine einzige system-immanente Resonanzfrequenz von etwa fünfzig Hertz erhalten wird. Die erfindungsgemäßen Lautsprecher ermöglichen daher insbesondere Musikwiedergaben von einmaliger Schönheit und Originalechtheit. Hinzukommt, daß sich die Abstrahlintensität des erfindungsgemäßen Lautsprechers im Vergleich zu Lautsprechern nach Fig. 4 nur sehr wenig ändert, gleichgültig, ob der Lautsprecher im Freien oder im Raum und nahe an einer Wand oder nahe am Boden positioniert ist. Aufgrund der pneumatischen oder akustischen Schallwand und die dadurch bedingte präzise Abstrahlung der ersten Wellenfront ist der erfindungsgemäße Lautsprecher unabhängig von der Umgebung.

Die Erfindung ist weiterhin nicht darauf beschränkt, daß die system-

809849/0473

Immanente Resonanzfrequenz bei etwa fünfzig Hertz liegen muß, da sich durch Änderung Insbesondere der Membranfläche kleinere und größere Resonanzfrequenzen erzielen lassen. Eine Resonanzfrequenz von fünfzig Hertz scheint jedoch ausreichend, wobei sich in Verbindung mit den genannten, eine Membran mit viskoelastischem Verhalten aufweisenden Wandlern noch der besondere Vorteil ergibt, daß mit einem Lautsprecher nach Fig. 10 der gesamte hörbare Frequenzbereich gleich gut abgestrahlt werden kann, d.h. es entfällt die bisherige Notwendigkeit, unterschiedliche Wandler für den Tiefton-, Mittelton- und Hochtonbetrieb vorzusehen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfingungsgemäßen Lautsprechers läßt sich dadurch erzielen, daß die beiden Wandler oder die Vorder- und Rückwand des Gehäuses gegeneinander abgestützt werden. In Fig. 10 ist angedeutetj daß die Wandler 42 und 43 in je einem Ring 62 und 63 abgestützt und beide Ringe 62 und 63 durch eine Verstrebung 64 fest miteiander verbunden sind. Hierdurch werden alle Reaktionskräfte, die durch die gleichphasig parallelen Schwingungen der Schwingspulen und Membranen in Richtung der Pfeile P₁ und P₂ entstehen, von der Verstrebung 64 aufgefangen und nicht auf das Lautsprechergehäuse 40 übertragen. Besonders vorteilhaft ist es,die Wandler zusätzlich mittels viskoelastischen Gummiringen 65 oder dergleichen gedämpft und isoliert in den Ringen 62 und 63 zu lagern,um die Übertragung von Schwingungen auf das Gehäuse zu vermeiden.Alternativ können die Wandler gedämpft und isoliert in den Gehäusewänden gelagert sein, während die Verstrebung 64 an einer anderen Stelle, z.B. im Bereich der Wulstringe 59 und 60 angebracht ist, um an diesen Stellen Durchbiegungen der Gehäusewände zu vermeiden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lautsprecherboxen können die Gehäuse der erfindungsgemäßen Lautsprecher daher aus wesentlich dünneren, z.B. drei bis vier Millimeter dünnen, Materialien hergestellt werden, ohne daß hierdurch störende Resonanzen auftreten oder Durchbiegungen der Gehäuse zu befürchten sind. Schließlich können im Inneren der Gehäuse der erfindungsgemäßen Lautsprecher dieselben Maßnahmen zur Vermeidung störender Resonanzen (z.B. Ausfüllen mit schallschluckenden Materialien) getroffen werden, wie es bei herkömmlichen Lautsprechern bekannt und üblich ist. Dasselbe gilt für alle sonstigen Maßnahmen außerhalb des Erfindungsgedankens.

809849/0473

. ₂₃ -

Die Montage der erfindungsgemäßen Lautsprecher im Raum kann durch Aufhängen oder Aufstellen erfolgen. Zwei Beispiele hierfür sind in Fig. 15 und 16 angedeutet. Die Abmessungen der für die Montage benötigten Gestelle haben keinen wesentlichen Einfluß auf den Verlauf der ersten Schallwellenfronten, da ihre Abmessungen klein im Vergleich zu denjenigen Wellenlängen sind, bei denen die erfindungsgemäßen Lautsprecher besonbrs große Vorteile aufweisen.

Auch das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Lautsprecher ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Ein besonderes Anwendungsgebiet eröffnet beispielsweise die Kunstkopf-Stereofonie, bei der normalerweise je ein Kopfhörer für jedes Ohr verwendet wird, weil stereofone Übertragungen mit herkömmlichen Lautsprechern nicht möglich sind. Die Kunstkopf-Stereofonie läßt sich dagegen mit einem

einzigen erfindungsgemäßen Lautsprecher beispielsweise nach Fig. 10 dadurch vervirklichen, daß dem einten Wandler 42 das Signal für das eine Ohr und dem anderen Wandler 43 das Signal für das andere Ohr bei der anhand von Fig. 10 beschriebenen Polung zugeführt wird. Ist der Lautsprecher beispielsweise in der Mitte des Raumes an der Decke aufgehängt, und zwar mit der Rotationsachse 41 parallel zur Decke, so werden die mit dem Kunstkopf gemachten Aufnahmen in den Raum hinein abgebildet. Der Zuhörer kann sich dann an der Stelle des Kunstkopfes etwa am Ort des Mikrofons 53 nach Fig. 11 positionieren, wobei zu beachten ist, wo vorn und wo hinten ist. Eine Festlegung der Richtungen "vorn" und "hinten" kann allerdings dadurch vorweggenommen werden, daß die Wandler 42 und 43 in der in Fig. 17 angedeuteten Weise leicht schräg gestellt werden, indem den Wandlern ohrähnliche Muscheln aufgesetzt werden oder indem über der Wandlermitte geeignete Blenden angebracht werden. Obwohl bei dieser nur ein Gehäuse benötigenden Kunstkopf-Wiedergabe vielfältige Ausgestaltungen möglich sind, scheint es angesichts der heute üblichen Verfahren der Laufzeit- und Intensitäts-Stereofonie allerdings zur Zeit noch zweckmäßiger, für jedes (hrsignal je einen Lautsprecher (z.B. nach Fig. 10) vorzusehen und die beiden öler mehr Wandler jedes Lautsprechers mit gleicher Phase zu schalten.

809849/0473

24 - i 7 Ü b 3 A 6

Weiterhin ist die Erfindung njüit auf die Verwendung von elektroakustischen Wandlern beschränkt, deren Membran mit Hilfe einer Schwingspule hin- und herbewegt werden, sondern auf alle boknnntcii Wandlertypen anwendbar. Dies gilt auch im Hinblick auf solche Wandler (z.B. DT-PS 2 236 374), deren Membranen nicht ideal kolbenförmig hin- und herbewegt werden, wenn unter einer "kolbenförmigen" Hin- und Herbewegung eine Bewegung verstanden wird, bei der alle Massepunkte einer Membran gleichzeitig mit derselben Amplitude in eine bestimmte Richtung bewegt werden.

Schließlich ist die Erfindung nicht auf die anhand der Fig. 6, 8, 10, 11, 13, 14 und 17 beschriebenen Gehäuseformen beschränkt. Gut geeignet sind beispielsweise auch Gehäuse, deren Querschnitte überall etwa den Querschnitten der Gehäuse nach Fig. 10 entsprechen und daher z.B. sechseckig sind, wobei die oberen und unteren Enden diener Gehäuse durch je eine ebene Wand abgedeckt werden, deren Grundriß der aus Fig. 10 ersichtlichen Querschnittsform entspricht und daher z.B. ebenfalls sechseckig ist. Auch Mischformen zwischen den beschriebenen Gehäuseformen sind möglich.

Unabhängig vom gewählten Wandlertyp fällt bei allen erfindungngemäßen Lautsprechern auf, daß bei sehr tiefen Frequenzen eine hörbare Abstrahlung nur dann möglich ist, wenn beide Wandler des Lautsprechers eingeschaltet sind, während nach dem Ausschalten des einen, z.B. hinteren Wandlers, keine hörbaren Tieftöne mehr abgestrahlt werden.

809849/0473

-ZS-

L e e r s e i t e

Claims

17 ? h j 4 Q Patentanwalt Diplom-Physiker Reinfried Frhr. v. Schorlemer D-35OO Kassel Brüder-Grlmm-Platz 4 Telefon (Ο561) 15335 D 4795 Josef Wilhelm Manger, 8725 Arnstein Patentansprüche

1)' Lautsprecher mit wenigstens zwei gleichartigen elektroaku-3tisehen Wandlern, die in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Wandler (25,42) in der Vorderwand (24,46) und der andere Wandler (28,43) zwecks gleichphasiger elektrischer Anregung in der Rückwand (27,47) des Gehäuses (23,AO) angeordnet ist.

2) Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandler (25,42 bzw. 28,43) symmetrisch in der Mitte der Vorder- bzw. Rückwand (24,46 bzw. 27,47) angeordnet sind.

3) Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (25,28 bzw. 42,43) so im Gehäuse angeordnet sind, daß ihre Membranen (26,29 bzw. 44,45) im wesentlichen bündig mit den äußeren Gehäuseflächen abschließen.

4) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn« zeichnet, daß das Gehäuse (40) rotationssymmetrisch ist.

5) Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (41) des Gehäuses mit den Mittelachsen der Membranen (25,28 bzw. 42,43) übereinstimmt.

809849/0473

OPlGfNAL INSPECTED

6) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (46) und die Rückwand (47) des Gehäuses (40) aus Je einer Halbschale bestehen, die von innen nach außen aufeinander zulaufen und sich länge einer geschlossenen Umfangslinie oder wenigstens länge zwei 'Seitenkanten berühren.

7) Lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) dlskusförmig ausgebildet ist.

8) Lautsprecher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (46) und die Rückwand (47) im wesentlichen aus je einer Kegelfläche bestehen.

9) Lautsprecher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (46) und die Rückwand-(47) im wesentlichen aus je einem Kugelabschnitt bestehen.

10) Lautsprecher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Kugelabschnitte größer als das Maß a ist.

11) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusedurchmesser etwa 70 cm beträgt.

12) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Membranen (44,45) der beiden Wandler (42,43) kleiner als der Gehäuseradius ist.

13) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (42,43) fest gegeneinander abgestützt sind.

14) Lautsprecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler (42,43) in einem Ring (62,63) gelagert ist und beide Ringe (62,63) durch eine Verstrebung (64) miteinander verbunden sind.

15) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gehäusewände (46,47) fest gegeneinander

809849/0473

- 3 abgestützt sind.

16) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler gedämpft und isoliert in den Ringen (62,63) bzw. in den Gehäusewänden (46,47) gelagert sind.

17) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorderwand und in der Rückwand des Gehäuses Jeweils mehrere elektroakustische Wandler angeordnet sind.

18) Lautsprecher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Wandler jeweils auf einer geraden Linie angeordnet und die Wandler in der Rückwand symmetrisch zu den Wandlern in der Vorderwand montiert sind.

19) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorderwand (46) konvexe und/oder konkave Wölbungen (59,60) ausgebildet sind.

20) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in einer aufstellbaren oder aufhängbaren Halterung befestigt ist.

21) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (25,28 bzw. 42,43) eine viskoelastische, von einer Schwingspule ausgelenkte Membran (26,29 bzw. 44,45) aufweisen.

B09849/CK73