DE2739523A1

DE2739523A1 - Lautsprechersystem

Info

Publication number: DE2739523A1
Application number: DE19772739523
Authority: DE
Inventors: Thomas A Froeschle; William P Schreiber; Joseph L Veranth
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1978-03-16
Also published as: SE415624B; JPS5330317A; DE2760480C2; JPS617799B2; SE7708202L; DE2739523C2; AU2787477A; NL7709527A; AU512097B2; GB1589998A; IT1083817B; FR2363955A1

Description

Lautsprechersystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Lautsprechersystem mit einem Gehäuse für mehrere ähnliche Lautsprecher-Driver und Gehäusekammern mit einer entsprechenden Anzahl von öffnungen zur Aufnahme je eines der Lautsprecher.

STAMP DER TECHNIK

Gegenstand der Erfindung ist vornehmlich die Vervollkommnung der international bekannten BOSE 901-LautSprechersysteme mit direkter und reflektierenden Schaltstrahlung nach US-PS 3,582,553 und 3,038,964. Diese bekannten Systeme enthalten acht Lautsprecher an zwei rückseitigen Schallwänden der Lautsprecherbox, welche einen Winkel von etwa 30 t&it der i^m Abstand hinter der Lautsprecherbox befindlichen reflektierenden Zimmerwand bilden und einen zusätzlichen FrontlautSprecher.

Dadurch ergibt sich eine Kombination von reflektiertem und direktem Schall im Verhältnis von etwa 8:1 mit Schallbild aus einem Bereich der etwa ein Fuß hinter der Zimmerwandung liegt, wenn sich die Lautsprecherbox in einem Abstand von etwa 1 Fuß vor der Zimmerwand befindet. Dadurch ist es möglich, Stereo einwandfrei in einem großen Bereich des Hörraumes wahrzunehmen. Dies bekannte. System zeichnet sich auch durch gleichmäßige akustische Abstrahlung als Funktion der Frequenz über im wesentlichen den gesamten Hörfrequenzbereich aus. Dieser bekannte, in Fachkreisen des In- und Auslandes mit überschwenglichem Lob herausgestellte BOSE 901 Lautsprecher

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arbeitet "besonders gut mit Endverstärkern mäßigei* Kapazität, Jedoch werden größere Endvei'stärker benötigt, um einen hohen akustischen Spiegel bei den niederen Hörfrequenzen zu erzeugen. Es ist ferner bekannt, mit Luftöffnungen versehene Lautsprechergehäuse zu verwenden, um mit einer gegebenen elektrischen Eingangsenergie bei tiefen Frequenzen einen höheren akustischen Spiegel ζu£ev/innen. Eine einfache Luftöffnung arbeitet auch befria^nd in einem herkömmlichen Tiefton-IIochton-LautSprechersystem und ist beispielsweise in dem 30SE 301-Lautsprechersystem verwirklicht. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine einfache Belüftung der Lautsprecherbox im System nach US-PS 3,582,553 keine befriedigenden Ergebnisse zeitigt. Insbesondere wurde beobachtet, daß in der Nachbarschaft der Luftöffnungsresonanz alle kleinen Lautsprecher nicht in Phase arbeiten, mit dem Ergebnis, daß die Schwingungen der zusammenarbeitenden Lautsprecher zur Kompensation der Schwingungen der außerphasig arbeitenden Lautsprecher anstiegen, so daß sich bei verhältnismäßig niedrigem Schallspiegel ein nichtlineares Arbeiten ergab.

AUi¹GABE

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lautsprechersystem zu schaffen, das eine hochrealistische SchallwicLergabe bietet, dabei kompakt, relativ leicht und unaufwendig ist, sich auf einfache Weise in Massenproduktion herstellen läßt und zur Erzeugung eines hohen Schallspiegels bei ver-

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hältnismäßig niedrigem elektrischem Eingang geägnet ist.

LOSUNG DER AUgGABE

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindun^sgemäß in einem Lautsprechersystem der vorbezeichneten Art einer akustischen Masse (mass) bzw. Federung (compliance) des Lautsprechersystems zur i3ildung eines zusätzlichen Resonanz systems im tiefen Hörfrequenzbereich wenigstens eine akustische Federung bzw. Nasse zugeordnet, und es sind ferner Mittel vorgesehen, die verhindern, daß die in Phase verbundenen Lautsprecher bei Erregung durch ein elektrisches Signal mit Komponenten im tiefen, die zusätzliche Hesonanzfr-equenz einschließenden Frequenzbereich außer Phase schwingen. Dabei sind Mittel zur Herabsetzung des Q-Wertes der zusätzlichen Resonanzsysteme vorgesehen. Die Lautsprecherbox kann zur Aufnahme der zugeordneten akustischen Federung bzw. Masse zusätzliche Kammeröffnungen aufweisen, an welche Luftröhre oder Summkonusse angeschlossen sind. Den Q-Wert kann man durch Dämpfungsmittel herabsetzen, vorzugsweise derart, daß der tiefe, die zusätzliche Resonanzfrequenz einschließende Hörfrequenzbereich gerade unter der vorbestimmten Resonanz des LautSprechersystems liegt, welche sich aus dem Kammervolumen und den elektromechanischen Parametern <fer Lautsprecher-Driver ergibt.

Vorzugsweise sind ein oder mehrere Luftrohre zur gemeinsamen Belüftung mehrerer Lautsprecherkammern vorgesehen und es sind hierzu Kopplungsöffnungen von jeder der Lautsprecherkammern

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zu dem gemeinsamen Luftrohr angebracht, deren Querschnitt einerseits klein genug ist, um bei tiefen Baßfrequenzen eine wirksame akustische Isolation zwischen den Lautsprecherkammern zu bewahren und andererseits groß genug ist, um bei diesen tiefen Frequenzen ausreichend Luft zu führen. Wie bei dem bekannten BOSE 901-LautSprecher sind vorzugsweise je vier Lautsprecherkammern zwischen einer frontalen· Schallwand und zwei, einen stumpfen Winkel bildenden rückseitigen Schallwänden in Verbindung mit einem Frontlautsprecher in einer neunten Lautsprecherkammer vorgesehen. Dabei kann für jede Vierergruppe ein Luftrohr und für die neunte Lautsprecherkammer ein Luftrohr vorgesehen sein. Dabei ist in jedem der Luftrohre zweckmäßig ein Leitdorn angebracht und die Luftrohre sind so gestaltet, daß sich eine laminare Luftströmung ergibt.

Der Entzerrer ist wie beim bekannten BOSE-LautSprecher so ausgebildet, daß eine gleichmäßige Übertragung über den ganzen Hörfrequenzbereich gewährleistet ist, wobei Frequenzen unterhalb der zusätzlichen Resonanzfrequenz von beispielsweise 4O Hz scharf unterdrückt werden derart, daß die Lautsprecher nicht durch Energie unterhalb der zusätzlichen Resonanz beaufschlagt werden.

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BESCHREIBUNG EIMES aUSFUHRTOGSBEISPIELS

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Aüsführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigt

eine Rückansicht des Lautsprechergehäuses mit drei Luftrohranordnungen nach der Er

findung ,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Lautsprechergehäuses, ohne Bespannung, wobei der FrontlautSprecher und die Basis von Leitdornen für zwei der Luftrohre zu erkennen sind,

Fig. 3 eine !Perspektivische Ansicht des Lautsprechergehäuses ohne Rückwand und Seitenwand, in größerem Haßstab,

Fig. 4- eine Draufsicht auf das Lautsprechergehäuse, mit teilweise weggenommener Decke,

Fig. 5 eine Rückansicht des Lautsprechergehäuses

mit weggenommener Bespannung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Kanals für ein System nach der Erfindung mit einem Ent-ζerrer,

Fig. 7 ein Frequenzdiagramm zum Entzerrer nach

Fig. 6,
Fig. 8 Teilansicht einer Bajonettschlußverbindung

für einen Lautsprecher und Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform zur Herab

setzung des Q-Wertes eines Resonanzsystems mit akustischer Masse der Kammer und

akustischer Federung durch Luftrohre. 809811/0758

Pig. 1 zeigt das Lautsprechersystem mit Decke 11, Boden 12, Seitenwandungen 13,14-, rückseitigen Bespannungen 15>16 der rückseitigen Schallwände 52 und 3p für Vollbex^eichlautsprechex*, konphas und in Serie geschaltet (i'ig. 5) » sowie Luftrohre

^ und 18 mit Leitungen 21,22.

Durch ein zentrales Luftrohr 23, das durch einen Hals 28 in der Verbindung zwischen den rückseitigen Schallwänden geführt ist, wird eine Kammer hinter dem Lautsxjrecher an der vorderen Schallwand belüftet (Pig. 2).

Fig. 2 zeigt die Vorderseite der Lautsprecherbox ohne Bespannung. Die vordere Schallwand 24 ist vorzugsweise aus hochgepreßtem Plastikmaterial, wie Styrol hergestellt und mit einer zentralen öffnung 25 zur Aufnahme eines frontalen Lautsprecbars 26' sowie mit einer rechten und linken öffnung und 27 versehen, die zur Aufnahme der Basen 31 und 32 der Leitdorne 21 und 22 mit ringförmigen Passungsringen (in der Zeichnung Pig. 2 nicht dargestellt) versehen sind. Eine Aussparung 19 dient zur Aufnahme eines Halters für einen Schriftträger.

Die Schallwände haben öffnungen zur Aufnahme der Lautsprecher, die Schallwand 33 (vgl. Pig. 3) beispielsweise die öffnungen 34,35>36 und 37· An jede der öffnungen schließt sich eine Kammer an, die sich bis zur vorderen Schallwand 24 erstreckt. Eine horizontale Scheidewand 41 und Teile des Luftrohres 18

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trennen die Kammer hintei¹ der öffnung 36 von der Kammer hinter der öffnung 37, und öffnungen 42 und 4-3 koppeln diese Kammern nit dem Eingang des Luftrohres 18 vor der Schallwand 24 über Ringlip^enbereiche 44' und 4-5', Vielehe den xiand der inneren

l> Luftrohröffnung bilden und helfen, eine sanfte Luftströmung aus jeder Kammer in das angeschlossene Luftrohr zu erzielen. Jede der Öffnungen 4-2 und 4-3 ist groß genug, um bei der Übertragung in tiefen Baßbereich Störgeräusche zu vermeiden und ist klein genug, um eine akustische Kopplung zwischen den Lautsprechern auszuschließen. Als geeignet hat sich hierfür ein Strömungsquerschnitt jeder öffnung von 2,25 Quadratzoll. Dieser optimale Öffnungsquerschnitt wurde eingestellt, indem die Luftrohre so nahe an die vordere Schallwand herangerückt wurden, wie es zur Vermeidung unerwünschter Störgeräusche beim Betrieb der Lautsprecher mit tieffrequenten Signalen praktikabel war. Stehbolzen 38 sind vorgesehen, um Heftklammern o.dgl. zur Befestigung der Bespannung aufzunehmen.

Eine vertikale Scheidewand 44 mit einwärts geneigten Teilen trennt die Kammer vor der öffnung 36 von der Kammer vor der öffnung 35} ebenso trennt eine vertikale Scheidewand 46 mit einwärts geneigtem Bereich 47 die Kammer vorder öffnung 37 von der Kammer vor der öffnung 34. Es ist wünschenswert, daß die Lautsprecherkammern gleiches Volumen haben. Zu diesem Zweck sind die einwärts geneigten Bereiche 45 und 47 der vertikalen Trennwände vorgesehen, damit für die außen liegenden

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Kammern die geringere Entfernung zwischen der rückseitigen Schallwand 33 und der vorderen Schallwand 24 gegenüber den inneren Kammern mit ihrer größeren Ausdehnung zwischen Vorder- und Hinterwand ausgeglichen wird.

Die vordere Schallwand 24 enthält eine zentrale öffnung 25 zur Aufnahme eines FrontlautSprechers 26'. Die Kammer hinter diesem FrontlautSprecher 26' (vgl. Fig. 4) wird durch eine im wesentlichen zylindrische Wandung 51 begrenzt, die an der Bückseite mit dem Luftrohr 23, durch welches die Lüftung der zentralen Kammer durch den Hals 28 an der Verbindungsstelle zwischen den gegeneinander geneigten Schallwänden 33 und 52 erfolgt. Eine vertikale Scheidewand 53 über und unter der zylindrischen Kammerwand 51 trennt die in der Mitte liegenden Lautsprecherkammern voneinander.

Das Volumen der von der Scheidewand 51 umschlossenen Kammer ist im wesentlichen ebenso groß wie das der acht anderen Kammern und ergibt mit dem zentralen Luftrohr 23 eine Kammer-Luftrohr-Resonanz von im wesentlichen 40 Hz. Eine gleich hohe Resonanzfrequenz von 40 Hz haben auch die anderen Kammern in Verbindung mit ihren Luftrohren.

Obwohl die verschiedenen Trennwände und anderen Elemente des Gehäuses als getrennte Teile hergestellt werden können, erfolgt/.j die Herstellung vorzugsweise im Spritzverfahren unter Zusammenfassung geeigneter Elemaate der Konstruktion zu einer Formein-

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heit, insbesondere kann die Scheidewand 53 zusammen mit dem Luftrohr 23 und der zylindrischen Kammerwand 51 aus einem einheitlichen Spritzteil bestehen, ebenso wie auch jede der rückseitigen Schallwände mit dem zugehörigen Luftrohr und den zugehörigen Scheidewänden. Weitere Spritzteile sind die Leitdorne 21 und 22. Vorzugsweise wird Plastikmaterial zur Formung verwendet. Zur Herstellung der Boxen sind nur drei Formen erforderlich, und zwar eine Form für die frontale Schallwand mit den zugehörigen Teilen, eine zweite Form für die rückseitigen Schallwände und eine dritte für die Leitdorne, da die Leitdorne unter sich identisch sind und ebenso auch die rückseitigen Schallwände 33 und 52 zusammen mit den von ihr getragenen Scheidewänden, wobei der Hals 28 aus zwei gleichen Hälften zusammengefügt wird. Dadurch ergibt sich eine gute Heproduzierbarkeit verbunden mit niedrigen Herstellungskosten und gleichbleibend guten akustischen Eigenschaften.

Ein wesentliches Merkmal der .Erfindung ist die Belüftung der Kammern nach der Bückseite. Es hat sich herausgestellt, daß sich hiermit eine bessere Wiedergabe des Baßbereiches erzielen läßt als bei der bisher üblichen Frontlüftung. Probleme durch Einflüsse der Haumwandung auf die Luftströmung ergeben sich nicht, wenn die schon aus anderen Gründen bevorzugte Anordnung der Lautsprecherbox mit ein Fuß^ Abstand von der benachbarten Raumwand eingehalten wird.

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Wie aus Pig. 6 ersichtlich ist, kann ein Kanal eines Entzerx*ers mit einem ώ'ΐηρ fänger zur Beaufschlagung der neun in Reihe geschalteten Lautsprecher einer Lautsprecherbox nach der Erfindung verwendet werden. Zur Stereowiedergabe v/erden zwei solche Kanäle eingesetzt. Beispielhafte Parameterwerte sind in Pig. 6 angegeben.

Pig. 7 zeigt die i?\inktion der Prequenzabhängigkeit in Verbindung mit einem Entzerrer nach Pig. 6 für eirfcreme Hiitelbaß- und Sopransteuerung, wobei die mittlere Kurve sich auf die Normaleinstellung bezieht sowie für Grenzeinstellungen des 40 Hz-Grenzschalters. Eine weitere Eigenheit der Anordnung besteht in der Kompensation der Lautsprecherrandresonanzen im Bereich zwischen 1 und 2 KHz, ferner in der Mittelbaßsteuerung zwischen 100 und 300 Hz zur Anpassung an verschiedene Raumgegebenheiten und die Sopransteuerung mit Beeinflussung der Wiedergabe lediglich oberhalb 2 kHz.

Pur jeden Lautsprecher ist in der zugehörigen Schallwand eine öffnung 62 zum Einbau vorgesehen. Diese öffnung wird begrenzt durch eine vertiefte ringförmige Handzone 63 zur Auflage einer ringförmigen rückseitigen Montagefläche des Lautsprechers.

Der Durchmesser der Schallwandöffnung 62 ist gerade groß genug, um den hinter der Montagefläche des Lautsprecherkorbes liegenden Korbteil aufzunehmen. Drei um 120° gegeneinander winkelversetzte Randaussparungen sind vorgesehen zur Aufnahme von 3efestigungsnasen des Lautsprecherkorbes. Diese Aussparungen

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sind offen für die Befestigung durch Drehen des Lautsprecherkorbes entgegen dem Uhrzeigersinn und sind mit Hasten 65 für den Eingriff entsprechender Vorsprünge am Lautsprecher versehen, um den Lautsprecher bei Verdrehen ira Uhrzeigersinn zu verriegeln.

Die Stärke des Schlitzes in Richtung senkrecht zur Schallwand ist vorzugsweise ein wenig kleiner ä.s die Dicke der Lautsprechernase, so daß bei Verdrehen des Lautsprechers im Uhrzeigersinn bis zum Eingriff seiner Vorsprünge in die Rasten 65 ein festes Anpressen der Lautsprechersitzlippe an der die Öffnung 62 begrenzenden Randfläche 66 erzielt wird. Dadurch wird eine strömungsdichte Verbindung erzielt ohne daß besondere Abdichtungen mit Dichtringen oder Schrauben erforderlich sind.

In der Ausführungsform nach Fig. 9 sind zwei Lautsprecher 71 und 72 einer gemeinsamen Kammer 73 zugeordnet. Diese Kammer ist mit einem Luftrohr 74- versehen, das mit flockigem Material 75 oder anderem akustisch dämpfendem Material zur Herabsetzung des Q-Wertes des Resonanzsystems, bestehend aus der Kammer 73 und dem Luftrohr 74 herabzusetzen. Dieses Erfindungsmerkmal läßt sich auch anwenden in Verbindung mit einem Lautsprecher» system nach US-PS 3>582,553₅ bei welchem alle Lautsprecher teilweise eine gemeinsame Kammer einschließen und eine Belüftung dieser gemeinsamen Kammer durch jede rückseitige Schallwand erfolgt, wobei jedes Luftrohr mit flockigem oder anderem geeignetem akustischem Dämpfungsmaterial versehen ist bzw. wie in Fig. 9 solches Dämpfungsmaterial enthält. Es lassen sich auch andere Mittel einsetzen, um den Q-Wert herabzusetzen, bei-

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spielsweise durch Anbringung von Dämpfungsnaterial innerhalb oder über einer oder beiden öffnungen des Luftrohres, durcii Beschichtung der Kammerwände oder durch Füllungen der Kammer mit dämpfendem Material oder auf sonstige Weise.

liachdem der Aufbau der Anordnung und wichtige Merkmale der .Erfindung beschrieben worden sind, ist es angebracht, Bemerkungen über die Prinzipien der Arbeitsweise zu machen. Ein Aspekt der Erfindung befaßt sich mit der Minderung der Schwingung des Konus bei einer gegebenen Schaltschwelle. Eine wich- tige Funktion der Erfindung besteht darin, die Linearbewegung der Konusse zu verbessern und den dynamischen Bereich wesentlich zu vergrößern, über welchen das Lautsprechersystem die Baßtöne der Musikinstrumente akkurat wiedergibt. Zu diesem Zweck sind vierzehn Hauptbereiche in der Lautsprecherbox vorgesehen: Die neun Kammern hinter den Lautsprechern, die drei Luftrohre 17, 18 und 23 mit Belüftung an der Bückseite und die beiden Mischzonen an der Frontseite der Luftrohre 17 und Zeitweise strömt die Luft in den Luftrohren 17 und 18 schneller als 60 Meilen je Stunde und würde unerwünschte Störgeräusche verursachen, wenn nicht spezifische Hilfsmittel gemäß der Erfindung vorgesehen wären, durch welche aerodynamisch eine Laminarströmung in den Mischzonen und innerhalb der Bohre 17 und 18 erzeugt würde. Zu diesem Zweck sind die Vorderenden der Luftrohre 17 und 18 mit einer abgerundeten wulstförmigen Bandfläche versehen, indem sie lippenförmig gefaltet sind und die Leitdorne 21 und 22 sind, wie aus der Abbildung ersichtlich,

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vorn in Anpassung an die Wölbung der Lippe 4V , 4-5' abgerundet und laufen hinten konisch in Anpassung an die Luftröhre zu. Durch die allmähliche Herabsetzung des Ströraungsquerschnitt es wird die Laminarströmung gefördert und die Luftkanäle wirken als Tiefpaßfilter mit Unterdrückung hoher Störfrequenzen in den Kammern. JSs ist vorteilhaft, die Leitdorne 21 und 22 fliegend anzuordnen, so daß Tragelemente im Innern des Strömungskanales vermieden v/erden,welche die Laminarströraung stören und dadurch unerwünschte akustische Störeffekte hervorrufen könnten.

Die Luftsäule in Jedem der Luftrohre läßt sich als akustische Masse auffassen, welche in Reihe mit der wie eine akustische Federung wirkenden Luft in der zugehörigen Kammer liegt. Jeweils vier der akustischen Federungen (Kammern) liegen parallel, derart, daß sich mit der effektiven akustischen Masse des angeschlossenen Luftraumes eine Kammer-Luftrohr-Resonanz von etwa 4-0 Hz ergibt, die gleiche Frequenz, mit welcher die Kammer mit der zylindrischen Kammerwand 51 und dem Luftrohr 23 in Resonanz stehen. Kur wenig unterhalb der Grundfrequenz, beispielsweise unterhalb 32 Hz beschneidet der Entzerrer scharf die elektrische Energie zu den Lautsprechern, weil die Beaufschlagung der Lautsprecher mit erhöhter elektrischer Energie bei diesen Frequenzen zusätzliche Ablenkung des Konus hervorrufen würde, die sich in den nichtlinearen Bereich erstrecken kann ohne nennenswerte hörbare akustische Energie zu liefern.

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ist daher der Entzerrer go ausgebildet, daß sich ein scharfer Abfall als Funktion der Frequenz unter etva 32 Hz von beispielsweise 18 db je 01:tave ergibt, i£s kann vox¹-teilhaft sein, ein scharfes Abschneiden unterhalb der fundamentalen Launaer-Laftrohr-iiesonanz von 4-0 Hz vorauseilen, uui den dynamischen Bereich ohne nennenswerten Verlust der Reproduktion spektraler, in den meisten Musikstücken vorhandener Komponenten wiederzugeben. Die Wahl der Begrenzung bei 32 Hz ergibt noch einen angemessenen dynamischen Bereich und erleichtert die Reproduktion sehr tiefer, in ma.nchen Musikwerken vorhandener Baßkomponenten.

iis ist ferner wünschenswert, das einsprechen des Entzerrers oberhalb der Höx'frequenü von 15 I3iz herabzusetzen, um zu verhindern, daß unerwünschte nichthörbare Signale die Verstärker oder Laut-Sprecher überlasten und um eine exakte Vergrößerung des dynamischei Wieder^cibebei'eiches für Hörfrequenzen zu gewinnen.

Der Entzerrer dient zui* optimalen Anpassung an wechselnde Raumverhältnisse und Lautsprecherpositionen im Wiedergaberaum. Der Sopranfrequenzteil beeinflußt die hohen Frequenzen zum Kompensieren des Einflusses von Stoffen mit Absorption der hohen Frequenzen, wie etwa von Vorhängen an der Wand hinter dem Lautsprechersystem, wo an sich eine vollkommene Reflexion erwünscht wäre. Der Hittelbaßteil kompensiert die störenden Einflüsse, die sich aus wechselnden Positionen der Laut-Sprecher im Raum und durch solche Px^equenzen absoi'bierenden Materialien ergeben.

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Wie bereits oben dargelegt, ergeben sich bei Lautsprechersystemen mit mehreren Lautsprechern, die im gleichen Frequenzbereich arbeiten und im gleichen Gehäuseraum mit einem oder mehreren Luftröhren oder Suinmkonussen liegen ,leicht Unstabilitäten mit gegenseitigen Veränderungen der Charakteristiken. Dieses Problem stellt sich vornehmlich im Frequenzbereich zwischen der Resonanz des akustischen Gebildes aus Kammer und Luftrohr oder Summkonus um. -4-0 liz und der Grundresonanz des Lautsprechersystems, bestimmt durch das Kamiaervolumen und die elektromechanischen Lautsprechercharakteristiken bei etwa 15O Kz. Betrachten wir den Doppellautsprecherfall nach Fig. 9 mit den gleichphasig verbundenen Lautsprechern 7I und 72 und den auf die Lautsprecher gegebenen elektrischen Kräfte F _r und F , durch welche die Konusse einwärts angetrieben werden. Ist der Lautsprecher 72 stärker derart, daß die Kraft F größer ist als die Kraft F„, so kann der Druck in der Kammer 73 <ien Konus des Lautsprechers 71 i*¹ Gegenphase zur Bewegung des Konus des Lautsprechers 72 nach außen bewegen. Iei E:rtremfall kann die Spule des Lautsprechers vollständig aus dem Luftspalt herausgetrieben v/erden, xvc-durch unerwünschte Verzerrungen, Herabsetzung des maximalen Baßausgangs und potentielle frühe Fehler des Lautsprechers entstehen. Obwohl man diesem Problem in Systemen ohne Luftöffnungen begegnen kann, ist es jedoch wesentlich ernster in Systemen mit Luftöffnungen oder Summkonussystemen, in welchen die Luft-Öffnung oder der Summkonus druckerhöhend auf die Konusse wirkt. Ein Mittel zu verhindern, daß die gleichphasig verbundenen

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Lautsprecher teilweise in Gecenphase arbeiten, besteht darin, daß die Bo:c in getrennte Kammern aufgeteilt wird, uia die Kopplung, wie oben beschrieben, herabzusetzen. Ein anderes Mittel besteht darin, daß die Lautsprecher mit steifen Spinnen arbeiten, eine ungünstige Lösung, weil Lautspi'echer mit steifen Spinnen schwer zu steuern sind und die Baßwirksamkeit des Systems verringern.

Ein weiterer Schritt zur Lösung der Probleme besteht in der Steuerung des Q-Wertes des Resonanzsystems durch Gestaltung der akustischen Feder-Masse-Zusammenwirkung von Kammer und Luftröhren oder Konussen. Die Differenzen zwischen den Lautsprechertreibern (F - I¹,.)/F, , welche zugelassen werden

y j! jl

können, hängen direkt ab von der Spinnensteifheit, dem Kammervolumen und invers der Zahl von der Zahl der Lautsprecher übex· dem atmosphärischen Druck, dem Quadrat des Konenbereiches und Q+1, wobei Q auf die Schärfe der Luftrohr/Kammer_TResonanz bezogen ist. Wenn die Kammer-Federung (enclosure compliance « Kammer-Nachgiebigkeit) ein Paar komplexer Nullstellen hat in Verbindung mit dem Luftrohr, welche durch Lösung einer Gleichung der Form

s² +O>_os/Q +Cu₀ ²

bestimmt werden kann, so ist der Q-Wert durch diese Gleichung definiert. Der Q-Wert ist eine strenge Funktion der Parameter von Kammer, Luftrohr oder Summkonus und ist nur unbedeutend abhängig von den Lautsprechercharakteristiken. Der Q-Wert kann durch Herabsetzung der Luftströmung in dem Luftrohr erniedrigt

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Y.'ordcn, beispielcv/eise durch Einführung eines Stückes offenzelli^.en öchauiüstoff es in das Luft rohr oder durch Überziehen der Innenseite des Luftrohres 72 mit flockigem Ilatex^ial 75·

Eine Punktion des Luftrohres 72 besteht darin, die Abweichung '·'_/ der Laut spreche·, zu verringern und die Verzerrung; im Bereich VcA die Kaininer-Luitrohr-Eesonanz au mindern. Der Q-Wert kann von Werten v/ie "i_~ odor 20 bis auf 1 oder 2 herabgedrüclct v/erden, um die Stabilität zu erhöhen unter gleichzeitiger Beibehaltung des VorUbils der Entzerrung durch das Luftrohr.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung Luftröhre benutzt, um zu der gewünschten effektiven akustischen Ilasse zur Resonanz mit der akustischen Federung der Kammer su gelangen, liegt es jedoch auch im Bereich der Prinzipien der vorliegenden Erfindung, einen Suminkonus-LautSprecher zu verwenden als Ersatz für ein oder mehrere Luftrohre im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen. In der Ausführungsform nach Fig. 9 können die Dämpfungsmittel am Summkonus angebracht werden und aus Schaummaterial an der Peripherie oder Randwulst des Konus oder anderem geeignetem Material mit entsprechendem Dämpfungseffekt bestehen.

Die zulässigen Kräftedifferenzen werden d,urch folgende Gleichung bestimmt:

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darin ist:

V das Kamiaervolu;jen,

K die Spinnensteifheit,

Ii die Zahl der Laut sp rech ex*,

Q der weiter oben bestimmte Q-Wert, P der atmoshpärische Druck, und

A die Fläche der Lautsprecherkonus^.

Vorzugsweise v/erden die Dämpfungsmittel in dem Luftrohr oder ara Konus angebracht, v/o die Geschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist und der Widerstand zur Erzeugung der gewünschten, den Q-Wert herabsetzenden Streuung leicht su erreichen ist. Jedoch kann Dämpfungsmaterial auch in der Kammer angebracht wex'den, vorzugsweise in iOrra von Mitteln, welche auf den Druck ansprechen, weil der Druck dort verhältnismäßig hoch ist, beispielsweise in Porm von. beweglichen, in Puffern angeorcheten Seiten oder durch andere geeignete Zerstreuungsmittel.

Eine exemplarische Aueführungsform nach der Erfindung ergibt sich durch Modifikation des handelüblichen BOSE 800-Lautsprechersystems mit acht konphas verbundenen Lautsprechern an zwei gegeneinander geneigten Schallwänden und keinem Lautsprecher an der gegenüberliegenden flachen SchäLlwand in einer Box von dreizehn Zoll Höhe, 20ⁿ Breite und 12" Tiefe mit einem Innenvolumen von etwa 1800 in. und einem Luftrohr durch die Mitte jeder der winklig angeordneten Schallwände mit einem Durchmesser von 2 3/4" und einer Länge von 9" mit einer Bespannung der Rohröffnung von 1" Länge mit offenporigem

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Urethanschaum ^it einer Dichte von 10 Poren je Zoll. Die .ausführung ist etwa, wie in i/'ig. 5 dargestellt, ohne die Leitdome und das zentrale Luftrohr. Die Resonanz aus der alartischen Kamaerelastizität/Luftrohrmasse betrug etwa ^O Hz und die Grundresonanz des Lautspi'echersystemn etwa 120 iiz.

V/enn erwünscht, kann ein Icürzeres einziges Luftrohr vorgesehen sein und die Belüftung kann durch die Seitenwände der Box oder durch die flache Wandung gegenüber den winklig angeordneten Schallwänden erfolgen. Die Belüftung durch die winklig angeordneten Schallwände wird vorgezogen, weil die anderen V/ände als Seiten eines wetterbeständigen Traggehäuses verwendet v/erden können, während die winklig angeordneten Schallwände mit einer Abdeckung versehen sein können, um mit dem Rest des Gehäuses beim Transport des Systems ein abgedichtetes Gesamtgehäuse.-zu erhalten.

In einer exemplarischen Ausführungsform sind die plastischen Luftrohre aus gepreßtem Polystyren wie Monsanto 4200 hergestellt. Die Breite der Anordnung ist etwa 21", die Höhe 12 3/8'¹ und die Tiefe etwa 13"· Das Volumen jeder Kammer beträgt etwa 177 Kubikzoll. Dia Luftrohre 17 und 18 sind etwa 9,5" lang, haben eine Weite innen von 1,62" und außen von 1,82" und am Vorderende einen Durchmesser von etwa 2,42" sowie einen Außendurchmesser der umgekrempelten Lippe von etwa 3,62" sowie einer Höhe der Lippe von etwa 1,00". Das zentrale Luftrohr 23 hat

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einen Durchmesser innen von 0,65" und außen von 0,G^¹' um^ ist etwa 9" lang> wobei sich etwa die Hälfte dieser Länje innerhalb der zylindrischen Kamin er vead 51 erstreckt, deren Innendurchmesser etwa 6" und deren Länge bis aua verjüngten Teil iait eincia Ver-

jüngungswinkel von 30° etwa 6,3/16" beträgt. ULo i.''rontwandung 2J\ ist vorzugsweise nach einem ßadius von ^i? ·, 5" jewölbt.

Die Lautsprecher-Drivers sind 4 1/2" und liöimen vom Typ BOSS sein mit einer LautspreeherSpulenimpedanz von etwa 6 Ohm in Reihenparallelschaltuns mit drei Lautsprechern in jeder 3ank mit einer nouinalen Impedanz von etwa G Ohuj jedoch haben die Lautsprecher vorzugsweise eine Spuleninipedanz von 0,9 Ohm, gebildet durch eine einlagiße mit ihrer Kante nach oben gewickelten Spule aus rechteckigem Aluminiumdraht, in Serie geschaltet nach dem 30SB-Lautspreeher 901, Serie III, beschrieben

in der noch schwebenden Patentanmeldung Serial-iio., ,

von welcher eine Kopie dieser Anmeldung beigefügt ist.

Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.

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BAD

Claims

Λη Laut S₁) recher syst em mit einem Gehäuse für oiehrere ähnliche Lautsprecher-Dx'iver und Gehäusekammern mit einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme je eines der Lautsprecher, dadurch gekennzeichnet, daß einer akustischen Kasse (mass) bzw. Federung (compliance) des Lautsprechersystem zur Bildung eines zusätzlichen Resonanzsystems im tiefen iiörfrequenzbereich wenigstens eine zusätzliche akustische Federung bzw. Hasse zugeordnet ist und daß fexⁱner Mittel vorgesehen sind, die verhindern, daß die in Phase verbundenen Lautsprecher bei Erregung durch ein elektrisches Signal mit Komponenten im tiefen, die .Resonanzfrequenz einschließenden Frequenzbereich außer Phase schwingen.
2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Herabsetzung des Q-Wertes der zusätzlichen Resonanzsysteme vorgesehen sind.
3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der zugeordneten akustischen Federung bzw. Kasse zusätzliche Kammeröffnungen vorgesehen sind.
4-. Lautsprechersystem nach Anspruch o, dadurch gekennzeichnet, daß an die zusätzlichen Kammeröffnungen Luftrohre angeschlossen sind.

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INSPECTED

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5· Lautsprechei-system nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß an die zusätzlichen Kamraeröfinungen Sucuiconusse angeschlossen sind.
6. Lautsprechersystem nach Ansprach 2-, dadurch gekennzeichnet, daß der Q-Wert durch Dämpfungsmittel herabgesetzt wird.
7. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefe, die zusätzliche Resonanzfrequenz einschließende llörfrequenzbereich gerade unter der vorbestimmten Resonanz des Lautsprechersystem liegt, die sich aus dem Kamuervoluraen und den elektromechanischen Parametern der Lautsprecher-Driver ergibt.
G. Lautsprechersystem nach AnSpI¹UCh 6, gekennzeichnet durch .anordnung von Dämpfungsmitteln im Bereich der zugeordneten akustischen Masse.
9. Lautsprechersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Anordnung von Dämpfungsmitteln an den Kammerwandungen.
10. LautSprechersystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summkonusse mit dissipativer 3ewegungsdämpfung behaftet sind.
11. Lautsprechersystem nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrohre mit Strömungswiderständen behaftet sind.

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12. Lautsprechersystem nach Anspruch 11, dadurch jjekennzeiclinet, daß im Strömungcweg der Luftrohre offenZelliger bchaumstoff angebracht ist.
13. Lautsprechersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß strömuncshemmendes Material als Belag an der Innenwandung der Luftrohre angebracht ist.
14-, Lautsprechersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandbelag aus gefloclatem Material besteht.
15. Lautsprechersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schaumstoff an der Peripherie der Summkonusse angebracht ist.
16. Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herabsetzung des Q-Wertes diesen bei einem Ausgangswert im Bereich von 15 bis 20 auf einen Q-Wert im Bereich von 1 bis 2 herabsetzen.
17. Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herabsetzung des Q-Wertes diesen bis auf einen Q-Wert herabsetzen, der einerseits hoch genug ist, damit die zusätzliche akustische Masse in einem Frequenzbereich nahe der vorbestimmten zusätzlichen Resonanzfrequenz den Kammerinnendruck derart erhöht, daß die zugehörigen Schwingungen der Lautsprecherkonusse wesentlich gehemmt werden.

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OS!G!NAL INSPECTED

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18. Lautsprechersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefe, die zusätzliche Resonanzfrequenz einschließende Hörfrequenzbex'eich sich von der zusätzlichen Resonanzfrequenz bis zu der vorbestimmten Resonanz des Lautsprechersystems erstreckt, die sich aus dem Kammervolumen und den elektromechanischen Parametern der Lautsprecher-Driver ergibt.
19· Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftrohr zur gemeinsamen Belüftung von Lautsprecherkammern und daß hierzu Kopplungsöffnungen von jeder der Lautsprecherkammer zu dem gemeinsamen Luftrohr vorgesehen sind, deren Querschnitt einerseits klein genug ist, um bei tiefen Bass-irequenzen eine wirksame akustische Isolation zwischen den Lautsprecherkammern zu bewahren, und andererseits groß genug ist, um bei diesen tiefen Frequenzen ausreichend Luft zu führen.
20. Lautsprechersystem nach Anspruch 19 > dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der Lautsprecherkammern gleich groß ist.
21. Lautsprechersystem nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß Lautsprecherkammern mit öffnungen an der Rückseite des Gehäuses wenigstens eine Lautsprecherkammer mit öffnung an der Vorderseite des Gehäuses und eigenem Luftrohr zugeordnet ist.

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22. Lautsprechersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß alle Luftrohre nach der Rückseite des Gehäuses offen sind.
23. Lautsprechersystem nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lautsprecher in Phase miteinander verbunden sind.
24. Lautsprechersystem nach Anspruch 4 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrohre mit einem eine laminare Strömung bewirkenden sich verjüngenden Bereich versehen sind.
25· Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch Entzerrer zur im wesentlichen gleichwertigen Übertragung von Spektralkomponenten an die konphas arbeitenden Lautsprecher auch über wenigstens den vollen xlörfrequenzbereich zwischen der zusätzlichen Resonanzfrequenz und der Grundresonanz des Lautsprechersystems und Mittel zur scharfen Unterdrückung spektraler Signalkomponenten unterhalb einer vorbestimmten Frequenz bei oder wenig unterhalb der zusätzlichen Resonanzfrequenz.
26. Lautsprechersystem nach Anspruch 251 dadurch gekennzeichnet, daß das Lautsprechersystem für eine gleichwertige Wiedergabe über den gesamten Hörfrequenzbereich ausgelegt ist.

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27· Lautsprechersystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Unterdrückung wenigstens etwa 18db pro Oktave beträgt.
28. Lautsprechersystem nach Anspruch 4-, 19 oder 24-, dadurch gekennzeichnet, daß in den Luftrohren Leitdome angebracht sind.
29. Lautsprechersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitdotne über die ganze Länge der Luftröhre erstrecken.
30. Lautsprechersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitdome vor der Innenöffnung der Luftrohre in fliegender Bauweise befestigt sind.
31. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 4-, 19, 24-, 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrohre innen einen der benachbarten Kammerwandung zugewandten, die Luftströmung laminar umleitenden gewölbten Leitrand haben.
32. Lautsprechersystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Luftrohr von vier, um 90 "versetzten Lautsprecherkammern umschlossen ist, deren Kopplungsöffnungen im Strömungsbereich zwischen Luftrohrleitrand und Kammerwandung liegt.

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33· Lautsprechersystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gemeinsame Luftrohre für je vier Lautsprecherkammern vorgesehen sind.

34-, Lautsprechersystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen von je vier Lautsprecherkammern zwischen einer frontalen und zwei einen stumpfen Winkel bildenden rückseitigen Schallwänden liegen.

35· Lautsprechersystem nach Anspruch 23, 25, 26, 27, 33 oder 34-, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden gemeinsamen Luftrohren ein drittes Luftrohr für eine neunte Lautsprecherkammer mit Front laut spx'echer und äußerer Luftöffnung im Grenzbereich zwischen den stumpfwinklig angrenzenden rückseitigen Schallwänden vorgesehen ist.

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