DE2832116B2

DE2832116B2 - Lautsprecherkombination, bestehend aus einer Anzahl von Gruppen dynamischer Lautsprecher, die in nahezu einer Ebene nebeneinander angeordnet sind

Info

Publication number: DE2832116B2
Application number: DE2832116A
Authority: DE
Inventors: Derk Breda Kleis (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-07-26
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2832116A1; NL171854B; NL171854C; FR2399178A1; ATA536778A; NL7708256A; DE2832116C3; AT355110B; GB2001225B; GB2001225A; JPS5755358B2; US4233472A; JPS5424616A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprecherkombination, bestehend aus einer Anzahl von Gruppen dynamischer Lautsprecher, die in nahezu einer Ebene nebeneinander angeordnet sind, wobei alle Gruppen von Lautsprechern miteinander in Reihe liegen und alle Gruppen, eine ausgenommen, vod einem Kondensator überbrückt sind, wodurch diese gruppen, infolge des Tiefpaßfilters gebildet durch die Impedanz jeder Gruppe und den zugeordneten Kondensator, bei zunehmender Frequenz abgeschaltet werden, wobei die Grenzfrequenzen des Tiefpaßfilters verschieden sein können. Jede Gruppe von Lautsprechern besteht aus mindestens einem Lautsprecher.

Eine derartige Lautsprecherkombination ist aus der GB-PS 1122 851 bekannt. Darin wird eine Lautsprechersäule beschrieben, die neun Gruppen zu je einem Lautsprecher umfaßt, von denen eine (die mittlere Gruppe) nicht abschaltbar ist. Die restlichen acht werden von außen nach innen bei zunehmender Frequenz abgeschaltet. Die GB-PS nennt die Möglichkeit, daß das für das Abschalten benutzte Tiefpaßfilter jeder Gruppe durch Überbrückung jeder Gruppe durch einen Kondensator erzielt wird. Vorausgesetzt sei, daß die Erfindung nicht auf Lautsprecher beschränkt ist, die fluchtend angeordnet sind, sondern auch benutzbar ist in einer zweidimensionalen Konfiguration.

Die Säule aus der GB-PS weist eine Richtcharakteristik auf, deren Hauptlappen in der 0°-Richtung nicht allzu scharf ist und zwischen zwei Richtungen liegt, die durch die wirksame Länge der Säule bestimmt werden. Diese Länge wird kürzer, je nachdem die wiederzugebende Frequenz zunimmt. Diese Verkürzung erfolgt schrittweise, und zwar durch Abfall der Gruppen von Lautsprechern, die mit einem Tiefpaßfilter verbunden sind.

Wenn die Frequenz höher ist als die Grenzfreqmenz des ersten Filters, fällt die zugeordnete Gruppe von Lautsprechern ab, und die wirksame Länge der Säule wird damit kürzer, was zu einer breiteren Richtcharakteristik führt.

Bei zunehmender Frequenz verengt sich diese Richtcharakteristik, bis ein erforderlicher Grenzwert erreicht ist, wonach die zweite Gruppe von Lautsprechern abfällt und die wirksame Länge der Säule wieder weiter verkürzt wird. Dadurch wird die Richtcharakteristik wieder breiter, die nun durch die Länge der restlichen Gruppen von Lautsprechern bestimmt wird.

Dieser Prozeß geht weiter, bis der nicht abschaltbare Lautsprecher übrigbleibt

ίο Nach Abschaltung der letzten abschaltbaren Lautsprechergruppe — also derjenigen Gruppe, die vom kleinsten Kondensator überbrückt wird — wird die Richtcharakteristik der Lautsprecherkombination durch die Abmessungen der zweidimensionalen oder

is durch die Länge der fluchtenden Konfiguration der restlichen Lautsprechergruppen bestimmt

Bei ansteigender Frequenz wird die Richtcharakteristik dennoch sehr schmal: für die Lautsprecherkombination aus der GB-PS gleich der des nicht abschaltbaren

μ Lautsprechers. Diese Verschmälerung ist für fast alle Anwendungen einer Lautsprcchersäule äußerst unerwünscht da dadurch eine Anzahl Zuhörer in dem zu beschallenden Raum sich außerhalb des Schallstrahles befinden.

Da für eine gute Verständlichkeit für alle Zuhörer die Schallverteilung einheitlich sein muß mit einer Toleranz von maximal 3 dR bis mindestens einer Frequenz von 5000 Hz, muß dazu der öffnungswinkel des Bündels (in der vertikalen Ebene) einen gewissen Grenzwert nicht unterschreiten. Dieser Grenzwert ist selbstverständlich durchaus von dem zu beschallenden Raum abhängig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lautsprecherkombination zu schaffen, bei der der öffnungswinkel des Bündels einen bestimmten Wert nicht unterschreitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die nicht von einem Kondensator überbrückte Lautsprechergruppe mit mehr als einem Lautsprecher versehen ist, wobei die Achsen der Lautsprecher gegenüber einandt: divergieren. Dabei

«ο werden die Richtcharakteristiken jedes dieser Lautsprecher benutzt, und es entsteht Keine Senke in der Richtcharakteristik der Lautsprecherkombination (Lautsprechersäule) in der 0°-Richtung der Säule, solange der von den Achsen eingeschlossene Winkel

kleiner ist als der öffnungswinkel der jeweiligen Lautsprecher.

Es wird erwähnt, daß aus der US-PS 3138 667 ebenfalls eine Lautsprechersäule bekannt ist, wobei die nicht abschaltbare Lautsprechergruppe mit mehr als einem Lautsprecher versehen ist. Jedoch die Achsen dieser Lautsprecher divergieren nicht gegenüber einander.

Damit weist die Lautsprechersäule aus der US-PS denselben Nachteil auf wie die Säule aus der GB-PS; die Richtcharakteristik wird bei ansteigender Frequenz dennoch sehr schmal.

Schließlich bietet die Lautsprecherkombination nach der Erfindung noch den Vorteil gegenüber den Kombinationen aus der GB-PS und US-PS, daß die abgestrahlte akustische Energie konstant ist in Abhängigkeit von der Frequenz. Dies wird wie folgt erklärt:

Die Lautsprecherkombination aus der GB-PS sowie die Lautsprecherkombination der Erfindung zeigen einen frequertzunabhängigen Schalldruck in der 0°-Richtung. Dieser Schalldruck ist nämlich proportional zu der von dem Audioverstärker gelieferten Leitungsspannung zur Lautsprecherkombination. Beim Ausschalten einer oder mehrerer LautSDrechereruDDen

bei zunehmender Frequenz bleibt der Schalldruck in der 0°-Richtung konstant, daß dieselbe Leitungsspannung an einer kleineren Anzahl von Lautsprechergruppen anwesend ist.

Aber nur die Lautsprecherkombination nach der Erfindung zeigt einen öffnungswinkel unabhängig von der Frequenz infolge der divergierenden Achsen der nicht abschaltbaren Lautsprecher. Der konstante Schalldruck Li der 0°-Richtung und der konstante öffnungswinkel ergeben eine konstante akustische Energieabstrahlung, unabhängig von der Frequenz.

Wenn die Leitungsspaninung konstant gehalten wird, wird, je nachdem wie die Frequenz zunimmt, durch das aufeinanderfolgende Ausischalten der Lautsprechergruppen die Leistung jeder Lautsprechergruppe einen höheren Wert erreichen.

Dadurch werden die restlichen Lautsprecher immer schwerer belastet Bei normaler Nennbelastung der Lautsprecher werden diese nicht überlastet werden, da die ausgestrahlte Leistung für Sprache sowie Musik von etwa 5CG Hz urn etwa 9 dB/Oktave sinkt jedoch kann der Hochtonregler in eine ± Lage gebracht werden und kann bei Lautsprecheranlagen akustische Pjickkopplung entstehen. Dabei ist die Gefahr groß, daß die restlichen Lautsprecher durch Überlastung beschädigt werden.

Um dies zu vermeiden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine der von einem Kondensator überbrückten Lautsprechergruppen mit mindestens einer Glühlampe in Reihe mit dem Kondensator versehen.

Es ist an sich bekannt, eine Glühlampe in Reihe mit einem Lautsprecher zu schalten, so daß der betreffende Lautsprecher nicht überlastet wird.

Der Vorteil der Anordnung der Glühlampe im Parallelzweig einer abschaltbaren Lautsprechergruppe ist, daß bei Frequenzen unterhalb der niedrigsten Grenzfrequenz des Systems die Glühlampen nicht wirken (alle mit einer Glühlampe in Reihe liegenden Kondensatoren haben nämlich eine hohe Impedanz), so daß die völlige Leistung des Audioverstärkers zur Ansteuerung der Lautsprecherkombination benutzt werden kann. Nach Abschaltung einer Lautsprechergruppe fängt die zugehörige Glühlampe an, schützend zu wirken, und übernimmt diese Lampe einen Teil der Leistung des Audioverstärkers.

Die Lautsprechergruppen können — wie bereits erwähnt — fluchtend in einer Säule oder in einer zweidimensionalen Konfiguration angeordnet sein. Sind sie auf beiden Seiten Lvzw. um eine zentrale Gruppe so angeordnet, die nicht mit einem Kondensator versehen ist, so we/den nach der Erfindung die Lautsprecher der zentralen Gruppe mit einer Ebene bzw. zweidimensional divergierenden Achsen angeordnet werden. Es ist auch möglich, diese Gruppen symmetrisch um eine zentrale Gruppe anzuordnen, wobei die Achsen der Lautsprecher der zentralen Gruppe gegenüber einander divergieren und wobei weiter diese Lautsprecher nicht mit einem Kondensator versehen sind.

Ausführungsbfiispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Lautsprechersäule,

F i g. 2 Richtcharakteristiken gemessen bei verschiedenen Frequenz?.! einer Säule nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Lautsprechersäule mit einer Glühlampensicherung nach der Erfi; dung.

Die Lautsprechersäule nach F i g. I besteht aus 8 identischen Konuslautsprechern vom elektrodynamischen Typ, die in 4 Gruppen aufgeteilt sind. Die zvra Lautsprecher jeder Gruppe sind gegenüber der Mitte symmetrisch aufgestellt So bilden die Lautsprecher 1 und 1' eine Gruppe und die Lautsprecher 2 und 2\ 3 und 3' und 4 und 4' die folgenden Gruppen. Diese Gruppen werden dananch mit dem Bezugszeichen der Lautsprecher, also durch 1 bis einschließlich 4 bezeichnet Mit Ausnahme der Lautsprecher der Gruppe 4 sind alle Lautsprecher mit einem Kondensator überbrückt Die Lautsprecher 1 und 1' sind mit einem Kondensator 5 bzw. 5' versehen; die Lautsprecher 2 und 2' mit dem Kondensator 6 bzw. 6' und die Lautsprecher 3 und 3' mit dem Kondensator 7 bzw. T. Die Kondensatoren in ein und derselben Gruppe sind identisch. Die Kondensatoren der Gruppe 1 weisen einen größeren Wert auf als die der Gruppe 2, die ihrerseits wieder im Wert größer sind als die der Gruppe 3.

Die Lautsprecher und die Kondensatoren sind parallel miteinander verbunden. In irder der Gruppe 1

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Lautsprechers mit dem zugeordneten Kondensator ein Tiefpaßfilter, das bewirkt, daß Signale mit Frequenzen über der Grenzfrequenz — bestimmt durcn das RC- Produkt — dem Lautsprecher nicht zugeführt werden. Bei der Grenzfrequenz ist das angebotene Signal bereits um 3 dB gedämpft und für höhere Frequenzen nimmt die Dämpfung um etwa 6 dB/Oktave zu. Beträgt der jeweilige Abstand zwischen den Lautsprechern 11 cm, so wird die Gesamtlänge der Lautsprechersäule etwa 90 cm.

Für die Lautsprechersäule, die in einer Lautsprecheranlage verwendet eine Gruppe von Zuhörern (Kopfhöhe 1,24—1,75 m) bestreichen muß, ist die normale Höhe, d. h. die Unterseite der Säule über dem Fußboden 2 bis 2,5 m. Die Säule ist auf die hinteren Zuhörer gerichtet Für eine gute Verständlichkeit soll der öffnungswinkel in der vertikalen Ebene zwischen 15 und 30° liefen. Der gewählte Wert ist von dem zu beschallenden Raum, wie beispielsweise von der Neigung des Saalbodens in R '.ekwärtsrichtung abhängig.

Unter öffungswinkel versteht man den Winkel in der symmetrischen Ebene durch die Längsrichtung der Säule, wofür die Grenzlinien eine 6 dB niedrigere Empfindlichkeit als in der (!"-Richtung angeben.

Wird die Frequenz des angebotenen Signals höher, so wird die Richtcharakteristik — d. h. der Hauptlappen — immer schmäler und damit zugleich der öffnungswinkel.

Wegen der obengenannten Gründe muß dieser öffnungswinkel den gewählten Wert von 15—30° nicht unterschreiten. Dazu werden die Gruppen 1 bis einschließlich 3 in Reihenfolge bei immer höheren Freouenzen abgeschaltet

Die wirksame Länge der Säule wird immer kleiner und dadurch der Öffnungswinkel vergrößert

Die Abschaltfrequenzen sind für die Gruppen t bis 3 in Reihenfolge: 900, 1200 und 1800 Hz gewählt worden bei einem minimalen öffnungswinkel von 30°.

Die Abschalte.ig der jeweiligen Lautsprechergruppen erfolgt allmählich. Sind die Gruppen 1 bis einschließlich 3 abgeschaltet, was bei Frequenzen stattfindet, die den V'ert von 1800 Hz überschreiten, so wird bei etwa 3500 r ζ der öffnungswinkel 30°.

Damit die Schallverteilung für die Zuhörer bis zu einer Frequenz vor» 5000 Hz noch ziemlich einheitlich gehalten wird, werden die Lautsprecher 4 und 4' der letzten Gruppe gegenübereinander gedreht, d. h. die Lautsprecherachsen werden in der Ebene der Längs-

richtung der Säule divergiert.

Dabei spielen die Richtcharakteristiken der jeweiligen Lautsprecher 4 und 4' eine Rolle. Obschon diese Richtcharakteristiken für Frequenzen bis 5000 Hz ebenfalls schmal sind, bekommt die Gesamtrichtcharakteristik einen öffnungswinkel, der bis beliebig hohe Frequenzen stabilisiert ist und zwar auf dem Wert des durch die Achsen eingeschlossenen Winkels. Dabei entsteht in der Richtcharakteristik in der 0°-Richtung keine Senke, solange der durch die Lautsprecherachse eingeschlossene Winkel kleiner ist als der öffnungswin kel der jeweiligen Lautsprecher 4 bzw. 4'.

In F-" i g. 2 werden in einem polaren Diagramm verschiedene Richtcharakteristiken der Lautsprechersäule nach F i g. 1 dargestellt. Die bei den Kurven erwähnten Ziffern bezeichnen die Frequenz in kHz.

Aus diesen Richtcharakteristiken läßt sich herleiten, daß diese für einen Frequenzbereich bis 8000 Hz ziemlich einheitlich sind.

Eine Abwandlung der obenstehend beschriebenen Lautsprechersäule ist in F i g. 3 auf schematische Weise dargestellt.

Die Lautsprechersäule besteht aus drei Gruppen von Lautsprechern 10 und 10', 11 und 11' und 12 und 12' welche Lautsprecherpaare einander parallel geschalte! sind. Die Lautsprecher 10 und 10' sind mit einem parallelgeschalteten Kondensator 13 versehen, die Lautsprecher 11 und Il' mit dem Kondensator 14. Der Gesamtwiderstand der Lautsprecher 10 und 10' bildet zusammen mit der Kapazität des Kondensators 13 ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von <M)0 Hz. Der Widerstand der Lautsprecher Il und 11' bildet mil Kondensator 14 ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 2500 Hz.

Die Wirkungsweise dieser Lautsprechcrsäule entspricht der der Säule aus Fig. I. Die Kondensatoren 13 bzw. 14 sind mit je einer Glühlampe 15 b/w. 16 in Reihe verbunden, damit eine starke Überlastung des nicht abgeschalteten Lautsprechers vermieden wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lautsprecherkombination, bestehend aus einer Anzahl von Gruppen dynamischer Lautsprecher, die in nahezu einer Ebene nebeneinander angeordnet sind, wobei alle Gruppen von Lautsprechern miteinander in Reihe liegen und alle Gruppen, eine ausgenommen, von einem Kondensator überbrückt sind, wodurch diese Gruppen, infolge des Tiefpaßfilters gebildet durch die Impedanz jeder Gruppe und den zugeordneten Kondensator, bei zunehmender Frequenz abgeschaltet werden, wobei die Grenzfrequenzen des Tiefpaßfilters verschieden sein können, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht von einem Kondensator überbrückte Lautsprechergruppe mit mehr als einem Lautsprecher versehen ist, wobei die Achsen der Lautsprecher gegenüber einander divergieren.

2. Lautsprecherkombination nach Anspnich 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein« dtv von einem Kondensator überbrückten !Lautsprechergruppen mit mindestens einer in Reihe mit dem Kondensator geschalteten Glühlampe versehen ist