DE3116307C2

DE3116307C2 -

Info

Publication number: DE3116307C2
Application number: DE3116307A
Authority: DE
Inventors: D. Broadus Camarillo Calif. Us Keele Jun.
Original assignee: JBL Inc
Current assignee: Harman Professional Inc
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1992-09-17
Also published as: GB2075809B; IT1194032B; NL184393C; CA1146084A; FR2482402B1; NL8101179A; BE888217A; FR2482402A1; JPS6228919B2; JPS573495A; GB2075809A; IT8120263A0; US4308932A; DE3116307A1

Description

Die Erfindung betrifft Lautsprechertrichter entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

Lautsprecher dieser Art sind aus "Radio & Television News", November 1953, S. 71-73 bekannt.

Weiterhin ist es bekannt, daß es zahlreiche Lautsprechertrichter gibt, deren Verlauf durch die folgende Gleichung definiert ist:

dx/do = cos mx + T sin mx.

In dieser Gleichung gilt:
x = Abstand längs der Trichterachse
dx = Durchmesser an der Stelle x
do = Durchmesser an der Stelle o
m = eine die untere Grenzfrequenz definierende Konstante
T = ein Formfaktor, der die Trichterform definiert und sich von Null bis unendlich ändert

Diese Gleichung ist in "A New Family of Horns", Journal of the Acoustical Society of America, Bd. 17, Nr. 3, Jan. 1946 von Vincent Salmon erläutert.

Wenn der Formfaktor T eins ist, vereinfacht sich diese Gleichung zur Exponentialgleichung. Wenn der Formfaktor T unendlich ist, ergibt sich ein konischer Trichter mit geraden Seitenwänden.

Die exponentiellen Trichter, die sich ergeben, wenn der Formfaktor eins ist, strahlen die akustische Energie ähnlich wie ein Kolben ab, d. h., daß sich bei niedrigen Frequenzen eine Rundstrahlcharakteristik und bei sehr hohen Frequenzen ein sehr schmaler Strahl ergibt. Im Bereich der unteren Grenzfrequenz haben diese Trichter ein sehr gutes Ansprechverhalten. Konische Trichter, die sich bei einem Formfaktor unendlich ergeben, strahlen die akustische Energie in einer durch die Seitenwände bestimmten Charakteristik im Bereich mittlerer bis hoher Frequenz ab. Im Bereich der unteren Grenzfrequenz jedoch ist das Ansprechverhalten ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprechertrichter zu schaffen, der eine im wesentlichen frequenzkonstante Richtcharakteristik aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Profilierung der Seitenwände entsprechend einer in der vorgeschlagenen Weise Exponential- bzw. Potenzfunktion gelingt es, die gleichmäßige Strahlcharakteristik eines konischen Trichters mit der Grenzfrequenz eines rein exponentiellen Trichters zu kombinieren. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Lautsprechertrichters,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Profillinien eines Seitenwandpaars,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Profillinien der beiden Seitenwandpaare eines Trichters, wobei eines der beiden Seitenwandpaare um 90° gedreht ist, und

Fig. 4a-4c Polardiagramme zur Darstellung der Richtcharakteristiken des Trichters.

In Fig. 1 ist ein Lautsprechertrichter 10 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Ein üblicher Schallgeber 12 ist an den Trichter 10 am Trichterende 14 befestigt. Der Trichter 10 umfaßt ein Paar gekrümmter horizontaler Seitenwände 16a, b und ein Paar gekrümmter vertikaler Seitenwände 18a, b auf, die an einer Trichteröffnung 20 verbunden sind. Die Trichteröffnung 20 ist in dem dargestellten Beispiel quadratisch; die Trichteröffnung in anderen Ausführungsformen ist im wesentlichen rechteckig, wobei der Umfang der Trichteröffnung mittels der ausgewählten Bandbreite und den Niederfrequenzbegrenzungen bestimmt wird. Da der Neigungswinkel der horizontalen Seitenwände 16a, b größer als der der vertikalen Seitenwände 18a, b ist, wird an der Rückseite der horizontalen Seitenwände ein Spalt 22 ausgebildet, der mit dem Trichterende 14 mittels eines Verbindungsabschnitts 24 verbunden ist, der mittels eines weiteren Paares Seitenwände 26a, b ausgebildet ist.

In Fig. 2 zeigt die Profillinie eines Paares Seitenwände beispielsweise der Seitenwände 16a, b, in Fig. 1 zusammen mit den notwendigen Abmessungen, die für die Auswahl der Konstanten der Potenzreihe

y = a + bx + cxⁿ (Gleichung 1)

notwendig sind, wobei die Gleichung 1 die Krümmung der Seitenwände darstellt, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Der Faktor, der zuerst ausgewählt werden muß, ist der gewünschte Überdeckungswinkel B. Obwohl ein weiter Bereich der Überdeckungswinkel annehmbar ist, sind typische horizontale und vertikale Überdeckungswinkel 40°×20°, 60°×40° und 90°×40°. Ebenfalls muß die Niederfrequenzbegrenzung F in Hertz ausgewählt werden. Derartige Niederfrequenzbegrenzungen liegen gewöhnlich in der Größenordnung von 400 Hz. Weiter muß der gewünschte Trichteröffnungsdurchmesser G ausgewählt werden. Schließlich wird der exponentielle Neigungsfaktor n in der Weise ausgewählt, wie sie im folgenden beschrieben wird.

Wenn einmal die oben beschriebenen Faktoren ausgewählt sind, können die anderen Abmessungen des Trichters berechnet werden. Der von der Trichteröffnung eingeschlossene Winkel A in Grad wird aus dem Überdeckungswinkel B in Grad berechnet, wobei er empirisch in der Größenordnung von 90% der Bandbreite bestimmt wurde. Somit kann die Beziehung zwischen dem von der Trichteröffnung eingeschlossenen Winkel und dem Überdeckungswinkel ausgedrückt werden als:

A = 0,9 B.

Weiter muß die gesamte Trichteröffnungsbreite W in Metern berechnet werden. Die Trichteröffnungsbreite, bezogen auf den eingeschlossenen Winkel der Trichteröffnung und die Niederfrequenzbegrenzung, wurde von einer empirisch gefundenen Beziehung abgeleitet, die wie folgt lautet:

wobei K eine Konstante ist, die empirisch als in der Größenordnung von 25 000 m-Grad-Hz bestimmt wurde. Es ist ebenfalls notwendig, die Trichteröffnungsabmessung W′ in Metern für die geraden Seitenwände zusätzlich zur Trichteröffnungsbreite W zu bestimmen. Es wurde vorher bestimmt, daß eine bevorzugte Beziehung lautet:

wobei diese Beziehung empirisch zur Optimierung der Überdeckungscharakteristiken des Trichters gefunden wurde. Wenn einmal die Trichteröffnungsabmessung W′ bekannt ist, kann die Trichterlänge L entsprechend folgender Gleichung bestimmt werden:

wobei D der Abstand von der Rückseite des Trichters bis zum Schnittpunkt der den eingeschlossenen Winkel A bildenden Linien ist.

Wenn die oben beschriebenen Berechnungen durchgeführt sind, können die Konstanten a, b und c für die Potenzreihe der Gleichung (1) bestimmt werden. Der Faktor a ist die Hälfte der Höhe des Trichterende, oder

a = G/2.

Ähnlich wird der Faktor b von dem von dem Trichterende eingeschlossenen Winkel bestimmt als

b = tg (A/2).

Die die oben angegebene Potenzreihe zum Ergebnis hat, daß y gleich W/2 ist, wenn X gleich L ist, kann der Faktor W aus der Gleichung

berechnet werden.

Dies ergibt alle Faktoren der Potenzreihe. Es wurde festgestellt, daß der Neigungsfaktor n vorzugsweise in den Bereich von 4 bis 6 fällt. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, werden größere Werte von n größeren Überdeckungswinkeln B zugeordnet und kleinere Werte von n kleineren Überdeckungswinkeln zugeordnet.

Wenn einmal die Konstanten für die oben angegebene Potenzreihengleichung für das erste Paar Seitenwände berechnet wurden, wird das gleiche Verfahren verwendet, um die Konstanten a, b und c für das verbleibende Paar Seitenwände zu bestimmen. Es ist festzustellen, daß die sich aus den zwei Potenzreihen ergebenden Profillinien flach geneigt sind und kontinuierlich von dem Ende des Trichters jedes Seitenwandpaares zur Trichteröffnung hin divergieren. Da sich der horizontale Überdeckungswinkel jedoch häufig von dem vertikalen Überdeckungswinkel unterscheidet, können sich die Neigungen der zwei Paare Seitenwände wesentlich unterscheiden, wie man dies in Fig. 3 sieht. Fig. 3 stellt schematisch die Krümmung sowohl des Paares vertikaler Seitenwände 18a, b als auch des Paares horizontaler Seitenwände 16a, b dar, wie man dies in einer halbierenden Ebene sieht. Dabei wurde das Seitenwandpaar 18a, b um die Mittellinie zur leichteren Darstellung um 90° gedreht.

Auf Grund des Erfordernisses, daß die beiden Seitenwandpaare an der Öffnung 20 treffen, soll der Spalt 22 der Seitenwände 16a, b nicht mit dem Trichterende 14 der Seitenwände 18a, b übereinstimmen. Für eine derartige Konstruktion ist der Spalt 22 der Seitenwände 16a, b mit dem Trichterende der Seitenwände 18a, b mittels der Seitenwände 26a, b verbunden. Die Fläche des Verbindungsabschnitts erweitert sich in der dargestellten Ausführungsform von dem Trichterende zum Spalt mit einer exponential zunehmenden Fläche.

Wie bereits festgestellt, bestehen die Seitenwände 16a, b allgemein aus Rotationsflächen, wobei die Krümmung der Rotationsfläche mittels der oben angegebenen Potenzreihenformel bestimmt wird. Zusätzlich wird die Profillinie der Seitenwände 18a, b mittels der oben angegebenen Potenzreihen bestimmt. Die Art und Weise, wie die Oberfläche erzeugt wird, sieht man am besten aus Fig. 3. Wie oben erwähnt, stellt Fig. 3 schematisch die Krümmung der beiden vertikalen Seitenwände 18a, b und der horizontalen Seitenwände 16a, b als auch die Verbindungsabschnittseitenwände 26a, b dar, wenn man in einer Ebene sieht, die jedes Paar der Seitenwände halbiert. Die Seitenwände 16a, b, und 26a, b sind zur einfacheren Darstellung in Fig. 3 um 90° gedreht.

Zur Erzeugung der Rotationsfläche wird die Krümmung der Seitenwände 18a, b nach links verlängert, bis ein Schnittpunkt ausgebildet wird. Dieser Punkt, der auf der linken Seite des Ursprungs liegt, der in Fig. 2 gezeigt ist, bildet das Rotationszentrum 28 und der Radius R ist der Abstand vom Rotationszentrum 28 zu dem Bogen 30. Die Seitenwände 16a, b und 26a, b werden dann in ihre ursprüngliche Lage zurückgebracht (um 90° gedreht), und um den Mittelpunkt 28 in einem Kreis mit dem Radius R geschwenkt, um die Rotationsfläche auszubilden. Die Seitenwände 18a, b werden dann der Rotationsfläche überlagert und davon geschnitten. Die Seitenwände 16a, b und 26a, b werden von der Rotationsfläche selbst gebildet. Es ist für den Fachmann verständlich, daß der Verbindungsabschnitt 24 in üblicher Weise so abgeändert wird, daß er ein gewöhnlich kreisförmiges Trichterende 14 mit einem gewöhnlich rechteckigen Spalt 22 über den Abstand vom Trichterende zum Spalt hin verbindet.

Ein Beispiel eines so konstruierten Lautsprechertrichters ist in der folgenden Tabelle angegeben, in der sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Profillinien der Seitenwände definiert sind:

Horizontaler Überdeckungswinkel (A_h)\|80°
Vertikaler Überdeckungswinkel (A_v)	36°
Trichteröffnungshöhe (W_v)	780 mm
Trichteröffnungsbreite (W_h)	780 mm
Länge (L)	815,1 mm
Durchmesser des Trichterendes (G)	48,8 mm
Spaltbreite	18,0 mm
Vertikaler Ex. (N_v)	4,0
Horizontaler Ex. (N_h)	5,5
Radius=0 bei x	125,0 mm
Abstand von Spalt zur Trichteröffnung	299,1 mm
Abstand von Trichterende zum Spalt	516 mm

Die Fig. 4a, b und c sind Polardiagramme, die die Richtcharakteristiken des Lautsprechertrichters zeigen, wobei die vertikalen Charakteristiken mittels einer ausgezogenen Linie und die horizontalen Charakteristiken mittels einer gestrichelten Linie dargestellt sind. Fig. 4a zeigt derartige Charakteristiken bei 800 Hz, Fig. 4b bei 2,5 kHz und Fig. 4c bei 12,5 kHz.

Claims

1. Lautsprechertrichter mit einem ersten Paar Seitenwänden und einem dazu im wesentlichen um 90° versetzten zweiten Paar Seitenwänden, deren Profillinien mittels Exponential- Gleichung der gleichen Form bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichungen wenigstens eine Konstante und ein lineares Glied neben dem exponentiellen Glied enthalten.

2. Lautsprechertrichter mit einem ersten Paar Seitenwänden und einem dazu im wesentlichen um 90° versetzten zweiten Paar Seitenwänden, dadurch gekennzeichnet, daß deren Profillinien durch Gleichungen der Form y = a + bx + cxⁿbestimmt sind, wobei a, b, c und n Konstanten mit einem Wert≠0 sind, und wobei das erste Paar Seitenwände (18a, b) einen ersten Satz Konstanten und das zweite Paar Seitenwände (16a, b) einen zweiten Satz Konstanten aufweist.

3. Lautsprechertrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor n im Bereich von 2 bis 8 liegt.

4. Lautsprechertrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar Seitenwände (16a, b) als Rotationsfläche der Profillinie erzeugt wird.