DE2739523C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit einem Gehäuse für mehrere gleichartige Lautsprecher und mit mindestens einer Kammer und einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme je eines der Lautsprecher, wobei der von der Kammer gebildete Hohlraum eine akustische Federung mit einer akustischen Nachgiebigkeit bildet, die mit einer akustischen Masse eine Resonanz im tiefen Hörfrequenzbereich aufweist.

Stand der Technik

Gegenstand der Erfindung ist vornehmlich der Vervollkommnung der international bekannten BOSE-901-Lautsprechersysteme mit direkter und reflektierender Schallstrahlung nach US-PS 35 82 553 und 30 38 964. Diese bekannten Systeme enthalten acht Lautsprecher an zwei rückseitigen Schallwänden der Lautsprecherbox, welche einen Winkel von etwa 30° mit der im 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 30 cm hinter der Zimmerwandung liegt, wenn sich die Lautsprecherbox in einem Abstand von etwa 30 cm vor der Zimmerwand befindet. Dadurch ist es möglich, Stereo einwandfrei in einem großen Bereich des Hörraumes wahrzunehmen.

Dieses 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 arbeitet besonders gut mit Endvertärkern mäßiger Kapazität, jedoch werden größere Endverstärker benötigt, um einen hohen akustischen Pegel 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 Pegel zu gewinnen.

Eine einfache Luftöffnung arbeitet auch befriedigend in einem herkömmlichen Tiefton-Hochton-Lautsprechersystem und ist beispielsweise in dem BOSE-301-Lautsprechersystem verwirklicht. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine einfache Belüftung der Lautsprecherbox im System nach US-PS 35 82 553 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 Auslenkungen der zusammenarbeitenden Lautsprecher die Auslenkungen der außerphasig arbeitenden Lautsprecher überkompensieren, so daß sich bei verhältnismäßig niedrigem Schallpegel Auslenkungen der Lautsprecher in den nichtlinearen Bereich ergeben.

Aus Jürg Jecklin: Lautsprecherbuch, Stuttgart 1967, ist beispielsweise ein Gehäuse mit einem Lautsprecher und einer tunnelartigen Baßreflexöffnung bekannt, womit eine tiefe Resonanzfrequenz mit relativ kompakten Boxen möglich ist. Ferner ist aus US-PS 36 88 864 ein Lautsprechersystem mit zwei gleichen Lautsprechern bekannt, das ebenfalls eine tunnelartige Baßreflexöffnung aufweist. In beiden Vorschlägen sind jedoch keine Mittel angegeben, die ein gegenphasiges Schwingen der einzelnen Lautsprecher verhindern.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lautsprechersystem zu schaffen, das eine hochrealistische Schallwiedergabe bietet, dabei kompakt, relativ leicht und unaufwendig ist, sich in einfacher Weise in Massenproduktion herstellen läßt und zur Erzeugung eines hohen Schallpegels bei verhältnismäßig niedriger elektrischer Eingangsleistung geeignet ist. Dabei soll verhindert werden, daß die Lautsprecher gegenphasig arbeiten.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird mit einem Lautsprechersystem mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Kammer mindestens eine Masseöffnung aufweist, welche Mittel zur Bildung der akustischen Masse enthält, daß das Lautsprechersystem eine Grundresonanzfrequenz bei einer Frequenz hat, die durch das Volumen des Gehäuses und die elektro-mechanischen Eigenschaften des Lautsprechers bestimmt ist und die wesentlich höher als die vorgegebene Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz ist, daß für den Lautsprechern zugeführte Signale aktive Entzerrer-Anordnungen vorgesehen sind, die einen im wesentlichen ausgeglichenen Frequenzgang der Strahlungsleistung mindestens im Bereich zwischen der vorgegebenen Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz und der Grundresonanzfrequenz des Lautsprechersystems bilden, und daß Filter zur starken Dämpfung der Komponenten unterhalb einer vorgegebenen Frequenz bei oder geringfügig unterhalb der vorgegebenen Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz vorgesehen sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Grundresonanzfrequenz des Lautsprechersystems mindestens zweimal so groß wie die vorgegebene Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung steigt die Dämpfung in Richtung auf tiefere Frequenzen mindestens in etwa 18 dB pro Oktave an.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß ein Luftrohr zur gemeinsamen Belüftung von mehreren Lautsprecherkammern und daß hierzu Kopplungsöffnungen von jeder der Lautsprecherkammern zu dem gemeinsamen Luftrohr vorgesehen sind, 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 Frequenzen ausreichend Luft zu führen.

Vorzugsweise sind dabei zwei gemeinsame Luftrohre für je vier Lautsprecherkammern vorgesehen, wobei die beiden Gruppen von je vier Lautsprecherkammern wie bei dem bekannten BOSE-901-Lautsprecher zwischen einer frontalen und zwei einen stumpfen Winkel bildenden rückseitigen Schallwänden liegen.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

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 40 Hz scharf unterdrückt werden, derart, daß die Lautsprecher nicht durch Energie unterhalb der zusätzlichen Resonanzfrequenz beaufschlagt werden.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

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

Fig. 1 eine Rückansicht des Lautsprechergehäuses mit drei Luftrohranordnungen nach der Erfindung,

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 Maßstab,

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 Entzerrer,

Fig. 7 ein Frequenzdiagramm zum Entzerrer nach Fig. 6,

Fig. 8 Teilansicht einer Bajonettschlußverbindung für einen Lautsprecher und

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform zur Herabsetzung des Q-Wertes eines Resonanzsystems mit akustischer Masse der Kammer und akustischer Federung durch Luftrohre.

Fig. 1 zeigt das Lautsprechersystem mit Decke 11, Boden 12, Seitenwandungen 13, 14, rückseitigen Bespannungen 15, 16 der rückseitigen Schallwände 52 und 33 für Vollbereichslautsprecher, konphas und in Serie geschaltet (Fig. 5), sowie Luftrohre 17 und 18 mit Leitdornen 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 Lautsprecher an der vorderen Schallwand belüftet (Fig. 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 Lautsprechers 26′ sowie mit einer rechten und linken Öffnung 26 und 27 versehen, die zur Aufnahme der Basen 31 und 32 der Leitdorne 21 und 22 mit ringförmigen Fassungsringen (in der Zeichnung Fig. 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. Fig. 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 trennen die Kammer hinter der Öffnung 36 von der Kammer hinter der Öffnung 37, und Öffnungen 42 und 43 koppeln diese Kammern mit dem Eingang des Luftrohres 18 vor der Schallwand 24 über Ringlippenbereiche 44′ und 45′, welche den Rand der inneren Luftrohröffnung bilden und helfen, eine sanfte Luftströmung aus jeder Kammer in das angeschlossene Luftrohr zu erzielen. Jede der Öffnungen 42 und 43 ist groß genug, um bei der Übertragung im tiefen Baßbereich Störgeräusche zu vermeiden, und ist klein genug, um eine akustische Kopplung zwischen den Lautsprechern auszuschließen. Als geeignet erwiesen hat sich hierfür ein Strömungsquerschnitt jeder Öffnung von 14,52 cm². 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 od. dgl. zur Befestigung der Bespannung aufzunehmen.

Eine vertikale Scheidewand 44 mit einwärts geneigten Teilen 45 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 vor der 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 außenliegenden 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 Rückseite 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 die Herstellung vorzugsweise im Spritzverfahren unter Zusammenfassung geeigneter Elemente der Konstruktion zu einer Formeinheit, 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 Reproduzierbarkeit, verbunden mit niedrigen Herstellungskosten und gleichbleibend guten akustischen Eigenschaften.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Belüftung der Kammern nach der Rückseite. Es hat sich herausgestellt, daß sich hiermit eine bessere Wiedergabe des Baßbereiches erzielen läßt als bei der bisher üblichen Frontlüftung. Probleme durch Einflüsse der Raumwandung auf die Luftströmung ergeben sich nicht, wenn die schon aus anderen Gründen bevorzugte Anordnung der Lautsprecherbox mit 1 Fuß Abstand von der benachbarten Raumwand eingehalten wird.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, kann ein Kanal eines Entzerrers mit einem Empfänger zur Beaufschlagung der neun in Reihe geschalteten Lautsprecher einer Lautsprecherbox nach der Erfindung verwendet werden. Zur Stereowiedergabe werden zwei solche Kanäle eingesetzt. Beispielhafte Parameterwerte sind in Fig. 6 angegeben.

Fig. 7 zeigt die Funktion der Frequenzabhängigkeit in Verbindung mit einem Entzerrer nach Fig. 6 für extreme Mittelbaß- und Sopransteuerung, wobei die mittlere Kurve sich auf die Normaleinstellung bezieht, sowie für Grenzeinstellungen des 40-Hz- Grenzsschalters. 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.

Für jeden Lautsprecher ist in der zugehörigen Schallwand eine Öffnung 62 zum Einbau vorgesehen. Diese Öffnung wird begrenzt durch eine vertiefte ringförmige Randzone 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 Befestigungsnasen des Lautsprecherkorbes. Diese Aussparungen sind offen für die Befestigung durch Drehen des Lautsprecherkorbes entgegen dem Uhrzeigersinn und sind mit Rasten 65 für den Eingriff entsprechender Vorsprünge am Lautsprecher vorgesehen, um den Lautsprecher bei Verdrehen im Uhrzeigersinn zu verriegeln. Die Stärke des Schlitzes in Richtung senkrecht zur Schallwand ist vorzugsweise ein wenig kleiner als 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 Matrial 75 oder anderem akustisch dämpfenden Material zur Herabsetzung des Q-Wertes des Resonanzsystems, bestehend aus der Kammer 73 und dem Luftrohr 74, dient. Dieses Erfindungsmerkmal läßt sich auch anwenden in Verbindung mit einem Lautsprechersystem nach US-PS 35 82 553, 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 geeigneten akustischen Dämpfungsmaterial versehen ist bzw. wie in Fig. 9 solches Dämpfungsmaterial enthält. Es lassen sich auch andere Mittel einsetzen, um den Q-Wert herabzusetzen, beispielsweise durch Anbringung von Dämpfungsmaterial innerhalb oder über einer der beiden Öffnungen des Luftrohres, durch Beschichtung der Kammerwände oder durch Füllungen der Kammer mit dämpfendem Material oder auf sonstige Weise.

Nachdem 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 wichtige 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 Rückseite und die beiden Mischzonen an der Frontseite der Luftrohre 17 und 18. Zeitweise strömt die Luft in den Luftrohren 17 und 18 schneller als 2,7 m/s 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 Rohre 17 und 18 erzeugt würde. Zu diesem Zweck sind die Vorderenden der Luftrohre 17 und 8 mit einer abgerundeten wulstförmigen Randfläche versehen, indem sie lippenförmig gefaltet sind und die Leitdorne 21 und 22 sind, wie aus der Abbildung ersichtlich, vorn in Anpassung an die Wölbung der Lippe 44′, 45′ abgerundet, und laufen hinten konisch in Anpassung an die Luftrohre zu. Durch die allmähliche Herabsetzung des Strömungsquerschnittes wird die Laminarströmung gefördert, und die Luftkanäle wirken als Tiefpaßfilter mit Unterdrückung hoher Störfrequenzen in den Kammern. Es ist vorteilhaft, die Leitdorne 21 und 22 fliegend anzuordnen, so daß Tragelemente im Innern des Strömungskanals vermieden werden, welche die Laminarströmung 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 40 Hz ergibt, die gleiche Frequenz, mit welcher die Kammer mit der zylindrischen Kammerwand 51 und dem Luftrohr 23 in Resonanz steht. Nur 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.

Erfindungsgemäß ist daher der Entzerrer so ausgebildet, daß sich ein scharfer Abfall als Funktion der Frequenz unter etwa 32 Hz von beispielsweise 18 dB je Oktave ergibt. Es kann vorteilhaft sein, ein scharfes Abschneiden unterhalb der fundamentalen Kammer-Luftrohr-Resonanz von 40 Hz vorzusehen, um den dynamischen Bereich ohne nennenswerten Verlust der Reproduktion spektraler, in den meisten Musikstücken vorhandener Komponenten wiederzugeben. Die Wahl der Begrenzugn bei 32 Hz ergibt noch einen angemessenen dynamischen Bereich und erleichtert die Reproduktion sehr tiefer, in manchen Musikwerken vorhandener Baßkomponenten.

Es ist ferner wünschenswert, das Ansprechen des Entzerrers oberhalb der Hörfrequenz von 15 kHz herabzusetzen um zu verhindern, daß unerwünschte, nichthörbare Signale die Verstärker oder Lautsprecher überlasten und um eine exakte Vergrößerung des dynamischen Wiedergabebereiches für Hörfrequenzen zu gewinnen.

Der Entzerrer dient zur 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, wei etwa von Vorhängen an der Wand hinter dem Lautspsrechersystem, wo an sich eine vollkommene Reflexion erwünscht wäre. Der Mittelbaßteil kompensiert die störenden Einflüsse, die sich aus wechselnden Positionen der Lautsprecher im Raum und durch solche Frequenzen absorbierenden Materialien ergeben.

Wie bereits oben dargelegt, ergeben sich bei Lautsprechersystemen mit mehreren Lautsprechern, die im gleichen Frequenzbereich arbeiten und im gleichen Gehäuseraum mit einem oder mehreren Luftrohren oder Dröhnmembranen 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 Dröhnmembran um 40 Hz und der Grundresonanz des Lautsprechersystems, bestimmt durch das Kammervolumen und die elektromechanischen Lautsprechercharakteristiken bei etwa 150 Hz. Betrachten wir den Doppellautsprecherfall nach Fig. 9 mit den gleichphasig verbundenen Lautsprechern 71 und 72 und den auf die Lautsprecher gegebenen elektrischen Kräften F_x und F_y, durch welche die Konusse einwärts angetrieben werden. Ist der Lautsprecher 72 stärker, derart, daß die Kraft F_y größer ist als die Kraft F_x, so kann der Druck in der Kammer 73 den Konus des Lautsprechers 71 in Gegenphase zur Bewegung des Konus des Lautsprechers 72 nach außen bewegen. Im Extremfall kann die Spule des Lautsprechers 71 vollständig aus dem Luftspalt herausgetrieben werden, wodurch unerwünschte Verzerrungen, Herabsetzung des maximalen Baßausganges 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 Dröhnmembransystemen, in welchen die Luftöffnung oder die Dröhnmembranen druckerhöhend auf die Konusse wirkt. Ein Mittel zu verhindern, daß die gleichphasig verbundenen Lautsprecher teilweise in Gegenphase arbeiten, besteht darin, daß die Box in getrennte Kammern aufgeteilt wird, um die Kopplung, wie oben beschrieben, herabzusetzen. Ein anderes Mittel besteht darin, daß die Lautsprecher mit steifen Spinnen arbeiten,, eine ungünstige Lösung, weil Lautsprecher 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 Dröhnmembranen. Die Differenzen zwischen den Lautsprechertreibern (F_y-F_x)/F_x, welche zugelassen werden können, hängen direkt ab von der Spinnensteifheit, dem Kammervolumen und invers der Zahl von der Zahl der Lautsprecher über 1, dem atmosphärischen Druck, dem Quadrat des Konenbereiches und Q+1, wobei Q auf die Schärfe der Luftrohr/Kammer-Resonanz 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 + W_os/Q + W_o²

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 Dröhnmembran und ist nur unbedeutend abhängig von den Lautsprechercharakteristiken. Der Q-Wert kann durch Herabsetzung der Luftströmungh in dem Luftrohr erniedrigt werden, beispielsweise durch Einführung eines Stückes offenzelligen Schaumstoffes in das Luftrohr oder durch Überziehen der Innenseite des Luftrohres 72 mit flockigem Material 75.

Die Funktion des Luftrohres 72 besteht darin, die Abweichung der Lautsprecher zu verringern und die Verzerrung im Bereich um die Kammer-Luftrohr-Resonanz zu mindern. Der Q-Wert kann von Werten wie 15 oder 20 bis auf 1 oder 2 herabgedrückt werden, um die Stabilität zu erhöhen unter gleichzeitiger Beibehaltung des Vorteils der Entzerrung durch das Luftrohr.

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

Die zulässigen Kräftedifferenzen werden durch folgende Gleichung bestimmt:

Darin ist:
V_o das Kammervolumen,
K_s die Spinnensteifheit,
N die Zahl der Lautsprecher,
Q der weiter oben bestimmte Q-Wert,
P_o der atmosphärische Druck und
A die Fläche der Lautsprecherkonusse.

Vorzugsweise werden die Dämpfungsmittel in dem Luftrohr oder an der Dröhnmembran angebracht, wo die Geschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist und der Widerstand zur Erzeugung der gewünschten, den Q-Wert herabsetzenden Streuung leicht zu erreichen ist. Jedoch kann Dämpfungsmaterial auch in der Kammer angebracht werden, vorzugsweise in Form von Mitteln, welche auf den Druck ansprechen, weil der Druck dort verhältnismäßig hoch ist, beispielsweise in Form von beweglichen, in Puffern angeordneten Seiten oder durch andere geeignete Zerstreuungsmittel.

Eine exemplarische Ausführungsform nach der Erfindung ergibt sich durch Modifikation des handelsüblichen BOSE-800-Lautspechersystems mit acht konphas verbundenen Lautsprechern an zwei gegeneinander geneigten Schallwänden und keinem Lautsprecher an der gegenüberliegenden flachen Schallwand in einer Box von 33 cm Höhe, 51 cm Breite und 30 cm Tiefe mit einem Innenvolumen von etwa 51 l und einem Luftrohr durch die Mitte jeder der winklig angeordneten Schallwände mit einem Durchmesser von 7 cm und einer Länge von 23 cm mit einer Bespannung der Rohröffnung von 2,54 cm Länge mit offenporigem Urethanschaum mit einer Dichte von 4 Poren je cm. Die Ausführung ist etwa wie in Fig. 5 dargestellt, ohne die Leitdorne und das zentrale Luftrohr. Die Resonanz aus der akustischen Kammerelastizität/Luftrohrmasse betrug etwa 50 Hz und die Grundresonanz des Lautsprechersystems etwa 120 Hz.

Wenn erwünscht, kann ein kürzeres 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 Wände als Seiten eines wetterbeständigen Traggehäuses verwendet werden 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 etw 53 cm, die Höhe 31 cm und die Tiefe etwa 33 cm. Das Volumen jeder Kammer beträgt etwa 3 l. Die Luftrohre 17 und 18 sind etwa 24 cm lang, haben eine Weite innen von 4,11 cm und außen von 4,62 cm und am Vorderende einen Durchmesser von etwa 6,15 cm sowie einen Außendurchmesser der umgekrempelten Lippe von etwa 9,19 cm sowie eine Höhe der Lippe von etwa 2,54 cm. Das zentrale Luftrohr 23 hat einen Durchmesser innen von 1,65 cm und außen von 2,16 cm und ist etwa 23 cm lang, wobei sich etwa die Hälfte dieser Länge innerhalb der zylindrischen Kammerwand 51 erstreckt, deren Innendurchmesser etwa 15 cm und deren Länge bis zum verjüngten Teil mit einem Verjüngungswinkel von 30° etwa 16,7 cm beträgt. Die Frontwandung 24 ist vorzugsweise nach einem Radius von 90 cm gewölbt.

Die Lautsprecher sind 11,4 cm und können vom Typ BOSE 901 sein mit einer Lautsprecherspulenimpedanz von etwa 8 Ohm in Reihenparallelschaltung mit drei Lautsprechern in jeder Bank mit einer nominalen Impedanz von etwa 8 Ohm; jedoch haben die Lautsprecher vorzugsweise eine Spulenimpedanz von 0,9 Ohm, gebildet durch eine einlagige, mit ihrer Kante nach oben gewickelten Spule aus rechteckigem Aluminiumdraht, in Serie geschaltet und benutzt im BOSE-Lautsprecher 901, Serie III, beschrieben in der US-PS 40 61 890.

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

Claims (24)

1. Lautsprechersystem mit einem Gehäuse für mehrere gleichartige Lautsprecher und mit mindestens einer Kammer und einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme je eines der Lautsprecher, wobei der von der Kammer gebildete Hohlraum eine akustische Federung mit einer akustischen Nachgiebigkeit bildet, die mit einer akustischen Masse eine Resonanz im tiefen Hörfrequenzbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die verhindern, daß die elektrisch gleichphasig verbundenen Lautsprecher bei Erregung durch ein Signal mit Komponenten im tiefen, die Resonanzfrequenz einschließenden Frequenzbereich außer Phase schwingen.

2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mindestens eine Masseöffnung aufweist, welche Mittel zur Bildung der akustischen Masse enthält, daß das Lautsprechersystem eine Grundresonanzfrequenz bei einer Frequenz hat, die durch das Volumen des Gehäuses und die elektro-mechanischen Eigenschaften des Lautsprechers bestimmt ist und die wesentlich höher als die vorgegebene Masse/Nachgiebigkeits- Resonanzfrequenz ist, daß für den Lautsprechern zugeführte Signale aktive Entzerrer-Anordnungen vorgesehen sind, die einen im wesentlichen ausgeglichenen Frequenzgang der Strahlungsleistung mindestens im Bereich zwischen der vorgegebenen Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz und der Grundresonanzfrequenz des Lautsprechersystems bilden, und daß Filter zur starken Dämpfung der Komponenten unterhalb einer vorgegebenen Frequenz bei oder geringfügig unterhalb der vorgegebenen Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz vorgesehen sind.

3. Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundresonanzfrequenz des Lautsprechersystems mindestens zweimal so groß wie die vorgegebene Masse/Nachgiebigkeits-Resonanzfrequenz ist.

4. Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung in Richtung auf tiefere Frequenzen mindestens in etwa 18 dB pro Oktave ansteigt.

5. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftrohr zur gemeinsamen Belüftung von mehreren Lautsprecherkammern und daß hierzu Kopplungsöffnungen von jeder der Lautsprecherkammern zu dem gemeinsamen Luftrohr vorgesehen sind, 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 Frequenzen ausreichend Luft zu führen.

6. Lautsprechersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der Lautsprecherkammern gleich groß sind.

7. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Lautsprecherkammern mit Öffnungen an der Rückseite des Gehäuses wenigstens eine Lautsprecherkammer mit einer Öffnung an der Vorderseite des Gehäuses und einem eigenen Luftrohr zugeordnet ist.

8. Lautsprechersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Luftrohr von vier, um 90° versetzten Lautsprecherkammern umschlossen ist, deren Kopplungsöffnungen im Strömungsbereich zwischen Luftrohrleitrand und Kammerwandungen liegen.

9. Lautsprechersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gemeinsame Luftrohre für je vier Lautsprecherkammen vorgesehen sind.

10. Lautsprechersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen von je vier Lautsprecherkammern zwischen einer frontalen und zwei einen stumpfen Winkel bildenden rückseitigen Schallwänden liegen.

11. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden gemeinsamen Luftrohren ein drittes Luftrohr für eine neunte Lautsprecherkammer mit Frontlaufsprecher und äußerer Luftöffnung im Grenzbereich zwischen den stumpfwinklig angrenzenden rückseitigen Schallwänden vorgesehen ist.

12. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mindestens eine Masseöffnung aufweist, in der mindestens ein Luftrohr angeordnet ist, und daß das Luftrohr zur Erzielung einer im wesentlichen laminaren Luftströmung einen sich nach außen verjüngenden ringförmigen freien Querschnitt aufweist.

13. Lautsprechersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftrohr innen einen der benachbarten Kammerwandung zugewandten, die Luftströmung laminar umleitenden gewölbten Leitrand hat.

14. Lautsprechersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftrohr ein inneres Ende innerhalb des Gehäuses und ein äußeres Ende in dem Bereich außerhalb des Gehäuses aufweist und daß der ringförmige freie Querschnitt innen von einem Leitdorn gebildet wird, der näher am inneren Ende des Luftrohres eingespannt ist als am äußeren Ende.

15. Lautsprechersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitdorn sich durch die ganze Länge des Luftrohres erstreckt.

16. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verhindern des außerphasigen Schwingens Dämpfungsmittel sind, welche die Güte von einem Bereich von 5 bis 20 auf einen Bereich von 1 bis 2 herabsetzen.

17. Lautsprechersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Masse durch mindestens ein Luftrohr gebildet ist und daß die Dämpfungsmittel im Luftrohr angeordnet sind.

18. Lautsprechersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß strömungshemmendes Material als Belag an der Innenwandung der Luftrohre angebracht ist.

19. Lautsprechersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus geflocktem Material besteht.

20. Lautsprechersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg der Luftrohre offenzelliger Schaumstoff angebracht ist.

21. Lautsprechersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Masse durch mindestens eine Dröhnmembran gebildet ist und daß die Dämpfungsmittel der Dröhnmembran zugeordnet sind.

22. Lautsprechersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dröhnmembran mit dissipativer Bewegungsdämpfung behaftet ist.

23. Lautsprechersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß Schaumstoff an der Peripherie der Dröhnmembran angebracht ist.

24. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecher Breitband-Lautsprecher sind.