DE2837520A1

DE2837520A1 - Lautsprecher, passiv servokontrolliert mit korrektur der phasendrehung

Info

Publication number: DE2837520A1
Application number: DE19782837520
Authority: DE
Inventors: Harald Schuster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1980-03-27

Description

Beschreibung zum Antrag auf Patenterteilung
Anwendungsgebiet: Wiedergabe von elektronisch gespeichertem Tonmaterial in HiFi-Qualität nach DIN-¢5500 Stand der Technik: Grundsätzlich werden Lautsprecher, d - i) geschlossenden oder teilgesc'llossenen Geh-usen (L-asi'eflex) eingebaut sind, von Gegenkräften im Betrieb an ihrer theoretisch möglichen idealen Schwingungsausführung gehindert.
1. Dies ist einerseits die eingeschlossene Luft, die auf die schwingend@ Membran eine Bremswirkung ausübt (Druck - Sog).
Dadurch wird zur Erzeugung von Wirkleistung erheblich mehr elektrische Energie benötigt. Weiterhin fällt der Schalldruck unterhalb der Eigenresonanz des Gehäuses und des darin befindlichen iuftvolumens mit einer Flankensteilheit von mindestens 6 dB/Okt. ab.
Derselbe Lautsprecher an der sogenannten "unendlichen Schallwand" betrieben würde jedoch Schalldruck ohne Abfallen bis zu seiner Eigenresonanz erzeugen.
2. Weiterhin entstehen an einer Lautsprechermembran, die an einem Punkt ihrer Fläche (hier durch die Schwingspule) zur Schwingung angeregt wird und am Rande fixiert ist (hier durch die Aufhängung mit einer Gummi- oder Gewebesicke), sogenannte Teilschwingungen, welche die Grundschwingung modulieren.
3. Schließlich verändert sich auch der Istzustand gegenüber dem Sollzustand der Schwingung, weil durch den Wechselstromwiderstand der Schwingspule sich die Phasenlage der schwingenden Membran innerhalb des au übertragenden Frequenzbereichs ändert.
Anstelle einer angestrebten +Lage der Membran wird diese ab eines bestimmten Frequenzbereichs eine -I.age einnehmen.
Diese dritte Gegenkraft, bei herkömmlichen Lautsprecberkonstrnktionen vernachlässigbar, gewinnt in der hier vorgestellten Konstruktion einehohe Bedeutung. Ihre Kompensation ist das eigentlich Weiterführende und Patentwürdige.
Aufgabenstellung: Aufhebung der vorgenannten Gegenkräfte in einer neuartigen Lautprechergehäusekonstruktion.
Ausführung: (Die in Klammern gesetzten Zahlen beziehen sich auf die beili egende -K^nstTui;t-i onSz ei:chre; ) .
In einem quaderförmigen Gehäuse (1) wird ein Lautsprecher (2) auf der Frontwand (3) angebracht. Parallel zu diesem wird auf einer zweiten Schallwand (4) im Inneren ein zum äußeren Lautsprecher (2) i'jentisch£'r Ilautsprecher (im lioggenden als LS abgekürzt)(5) montiert und zwar so, daß die Vorderseite der Membran in die (2) entgegengesetzte Richtung weist.
Die innere Schallwand (4) schließt zusammen mit einer Trennwand (6) ein genau bestimmbares Luftvolumen in einer inneren Kammer (7) vom übrigen Luftvolumen der Box ab. Dieses Luftvolumen (7) ist eine variable Größe und richtet sich nach den jeweils verwendeten LS bzw. ihrer Eigenresonanz.
Die elektrische Verbindung zwischen beiden LS (2)und(5) erfolgt in Reihe von (2)-Ausgang an (5)+Eingang, sodaß unter Betrieb beide Membranen zunächst eine gegenläufige Bewegung ausführen.
Der Membran von LS (5) ist eine Druckkammer (8) vorgelegt, in der eine Geschwindigkeitstransformation der durch LS (5) bewegten Luftmenge stattfindet. Die Druckkammer (8) mündet in den Exponentialrav (9), der den oberhalb der inneren Kammer (7) befindlichen Innenraum der Box einnimmt. Seine Abmessungen richten sich ebenfalls nach der Art und Größe der verwendeten LS und steht somit in Zusammenhang mit der Größe von (73.
Eine Öffnung (10) auf der Frontwand (3) nach dem Prinzzip des Helmholzresonators läßt die von LS (5) zur Schwingung angeregten Luft in annähernd kugelwellenförmig gebeugten Wellenfronten austreten.
Der hierbei zu übertragende Frequenzbereich läßt sich durch den Durchmesser von (10) und einer Verlängerung desselben bestimmen, sodaß ein akustischer Tiefpass mit einer oberen Grenzfrequenz vorliegt, die unterhalb der elektrisch (durch ein I-Glied im Schaltkreis) festgelegten liegt.
Wirkungsweise: Wie unter "Stand der Technik" unter 3. beschrieben erfolgt eine Drehung der Phasenlage der Lautsprechermembranen ab einer bestimmten frequenz, sodaß diese, weil sie ja gegenphasig elektrisch angeschlossen werden, oberhalb jener Frequenz eine gleichläufige, pumpförmige Bewegung ausführen. Dadurch werden die Gegenkräfte 1 und 2 weitestgehend aufgehoben, denn die Luft in der geschlossenen Kammer (7) kann innerhalb des zu übertragenden Frequenzbereichs als Wirkungsgradübertrager zwischen LS (2) und (5) angesehen werden.
-rnençe Druck- und Sogwirkung auf die Membranen entfallen, da die Luft / in (7) nicht mehr verdichtet oder verdünnt wird.
Auch die Partialschwingungen der Membranen werden abgeschwächt, weil nun nicht nur die Schwingspule als alleiniger Kraftansatzpunkt anzusehen ist. Vielmehr übt nun die Luftmenge in (7), die ja in gleichläufige Schwingung versetzt wird, ganzflächig auf die Membranen eine dem Schwingungsvorgang gleichlaufende Kraft aus.
Die Frequenzlage, bei der jedoch die Phasendrehung stattfindet, würde sich bei. einer Anordnung von zwei Lautsprechern mit einer sie verbindenden Kammer (wie 7), jedoch ohne exponentielle Auslegung von (9) und ohne Öffnung (10) auf der Schallwand durch einen tiefen, breitbandigen Einbruch im tibertragungsbereich bemerkbar machen.
Auch wäre der Frequenzgang unterhalb dieses Bereichs stark abgeschwächt, weil ja hier die Membranen gegenläufig arbeiten.
Die Frequenzlage in der die Phasendrehung liegt, oder-vorsichtiger ausgedrückt- in der die Phasenlage unstabil ist, erweist sich nach meinen Messungen als der Bereich zwischen 80 - 160 Hz.
In diesem Bereich und auch in dem darunter bis zur Eigenresonanz der Lautsprecher, wird die Schallabstrahlung zum überwiegenden Teil vom inneren LS (5) übernommen, da der hohe Strahlungswiderstand der exponentiellen Anordnung von (8) und (9) einen erheblich höheren Wirkungsgrad erzeugt, als der restliche Schalldruck den LS (2) in diesem Frequenzbereich abgibt und der weiterhi@@@ durch die @@@@@-läuSifre Membranbewegung abgreschwächt wird.
Mit dem abgestimmten Helmholzresonator (10) wird der Wirkungsgrad der Schallabstrahlung von (5) im Bereich der Phasendrehung noch zusätzlich erhöht, sodaß ein über den gesamten von (2) und (5) zu übertragenden Frequenzbereich phasenkorrigiertes Schallsignal von der Frontwand (3) abgeht.
Da sich Wellenfronten im Helmholzresonator (10) selbst bilden, entsteht auch kein Laufzeitunterschied zwischen den startenden Wellenfronten der Membranen von (2) und (5).
Patentanspruch: Auf Blatt - 4 -

Claims

Patentanspruch Is-t dadurch gegeben, daß zwei Lautsprecher innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses so angeordnet sind, daß über eine sie-vebindendB geschlossene Luftkammer Wirkleistung durch die Luft als Träger von einem zum anderen Lautsprecher übertragen wird.

Die dabei notwendig werdende Phasenkorrektur erfolgt über eine exponentielle Auslegung des weiteren Hohlraums der Box vor der Membranvorderseite des inneren Lautsprechers.

ttber einen Helmholzresonator auf der Frontwand wird einerseits dieser Exponentialraum an den Hörraum angekoppelt, anderseits kann durch Anpassung seiner Resonanz ein notwendiger akustischer Tiefpass in Verbindung mit der Phasenkorrektur vorgenommen werden.