DE3410134A1

DE3410134A1 - Lautsprecher-system mit einem mit mehreren schalloeffnungen versehenen gehaeuse

Info

Publication number: DE3410134A1
Application number: DE19843410134
Authority: DE
Inventors: Amar G. Wayland Mass. Bose
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1985-06-27
Also published as: JP2506068B2; US4549631A; JPS6098793A

Description

BOSE CORPORATION, 100 The Mountain Road, Framingham, Massachusetts 01701 , USA

Lautsprecher mit einem mit mehreren Schal lö^ff^nujijen versehenen Gehäuse

Die Erfindung bezieht sich auf Maßnahmen zur Verbesserung von Lautsprechersystemen im Bereich der tiefen Frequenzen. Es ist Aufgabe der Erfindung, Mittel anzugeben, durch welche diese Verbesserung leicht und ohne besonderen zusatzlichen Aufwand bei der Herstellung erzielt wird.

Bu der Herstellung von Lautsprechersystemen für einen niedrigen Frequenzbereich ist es ein bedeutendes Problem, , im tiefen Frequenzbereich eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen und dabei gleichzeitig die Auslenkung der Membran des Lautsprechers innerhalb von Grenzen zu halten, innerhalb derer das Auftreten störender, hörbarer Verzerrungen ohne zusätzlich teure Maßnahmen verhindert wird.

Viele bekannte Lautsprechersysteme für niedrigen Frequenzbereich enthalten einen einfachen Tieftöner ohne Gehäuse, wie dies z.B. bei Fernsehgeräten, Rundfunkempfängern und in manchen öffentlichen Lautsprecheranlagen der Fall ist. Bei diesen besteht die Schwierigkeit, daß keine Mittel vorgesehen sind, um zu verhindern, daß die Abstrahlung von der Rückseite der Lautsprechermembran störend auf die Vorderseite der Membran wirkt. Bei derartigen Systemen treten im Bereich der tiefen Frequenzen sehr große Auslenkungen der Membran auf.

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•-'Man hat bereits versucht, die störende Wirkung der Abstrahlung von der Rückseite dadurch zu verringern, daß man den Lautsprecher in einem geschlossenen Gehäuse anordnet, was häufig als System mit akustischer Aufhängung (acustic suspension system) bezeichnet wird. Ein derartiges System ergibt einen Widerstand, gegen den der Lautsprecher bzw. seine Membran arbeitet.und dadurch werden die Auslenkungen der Lautsprechermembran begrenzt und außerdem wird eine störende Einwirkung der Abstrahlung von der Rückseite der Lautsprechermembran auf die Vorderseite der Lautsprechermembran verhindert.

Man hat bereits derartige Systeme mit akustischer Aufhängung dadurch verbessert, daß das Gehäuse mit einer Schauöffnung versehen wurde. Hierbei wird üblicherweise ein Tieftoni fiutsprecher in einem Gehäuse angeordnet, und ein Schallaustrittsrohr (port tube) dient als passives, abstrahlendes Element (passive radiating means). Die Luft innerhalb des Schal 1austrittsrohres stellt eine akustische Masse dar, welcne es ermöglicht, ein System mit einem zusätzlichen Widerstand (extra reactance) zu entwerfen, der benutzt werden kann, um die Frequenzwiedergabe am unteren Ende zu beeinflussen. Eine derartige Anordnung besitzt eine Resonanz (port resonance), bei welcher die Masse der Luft in dem Schallaustrittsrohr mit der Luft im Inneren des Gehäuses zusammenwirkt, so daß sich eine Resonanz ergibt, bei welcher die Auslenkung der Lautsprechermembran ein Minimum wird. Ein derartiges System bewirkt sowohl eine erhöhte Empfindlichkeit bei.der Resonanz des Schallaustrittsrohres als auch eine geringere Auslenkung der Membran, wodurch die Auslenkung minimiert wird. Diese erhöhte Empfindlichkeit bei Resonanz des Schal laustritr.srohres ergibt häufig eine Verschiebung der Grenzfrequenz des Lautsprechers in Richtung zu einem niedrigeren Wert.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gegenüber bisherigen Ausführungsformen^verbe"sserten Lautsprecher anzugeben, dessen Gehäuse mit Schallöffnungen versehen ist.

Diese Aufgabe wird durcffdie gleichzeitige Anwendung der im Patentanspruch angegebenen technischen Maßnahmen gelöst-

Weitere Fortbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung .sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend in Verbindung mit den ein Ausführungsbeispiel darstellenden, zum Teil schematisch vereinfachten Figuren beschrieben. In diesen sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, und es sind alle zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Einzelheiten fortgelassen worden.

Es zeigt:

P Fig. 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein elektronisches Modell eines bekannten Lautsprechersystems (acoustic suspension system); 25

Fig. 3 ein elektronisches Modell eines bekannten Lautsprechersystems mit Schallaustrittsrohr;

-Fig. 4 ein dem Erfindungsgegenstand entsprechendes elektronisches Modell;

Fig. 5 grafische Darstellungen der Ausgangsleistung bei den Systemen entsprechend den Figuren 2-4;

Fig. 6 grafische Darstellungen der Auslenkung der Lautsprechermembran bei den Systemen entsprechend den F iguren 2 - 4.

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.. In Figur 1 ist schematisch vereinfacht eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche ein Gehäuse 16 von üblichem rechteckförmigen Querschnitt aufweist, das durch eine Trennwand 17 in zwei Kammern 16a und 16b geteilt ist. Die Trennwand^!? hat'eine Öffnung 17a, an welcher der Lautsprecher 18 derart angeordnet ist, daß die Oberseite der_Laut_s_prechermembran der Kammer 16a und die Unterseite der Lautsprechermembran der Kammer 16b zugewendet ist. Der Innenraum der Kammern 16a bzw. 16b ist durch je ein Schallaustrittsrohr 19 bzw. 20 mit dem das. Lautsprechergehäuse 16 umgebenden Außenraum . verbunden. Durch diese Anordnung von zwei getrennten Kammern und zwei Schallaustrittsrohren wird erreicht, daß die Auslenkung der Membran im Bereich der tiefen Frequenzen geringer ist als sie mit einem Lautsprechersystem üblicher Ausführung sein würde, und es wird außerdem erreicht, daß ein zusätzlicher Parameterwert gewonnen wird, der eine Einstellung auf maximale Leistung im Bereich der tiefen Frequenzen ermöglicht.

Die Grundsätze und Vorteile der Erfindung können leichter verstanden werden, wenn entsprechende elektronische Schaltbeispiele bekannter Lautsprechersysteme mit einem dem erfindungsgemaßen Lautsprechersystem entsprechenden Schaltbeispie1 verglichen werden.

In Fig. 2 ist für eine Ausführungsform eines Lautsprechersystems mit akustischer Aufhängung (acoustic suspension) eine entsprechende elektronische Schaltung dargestellt. In dieser schematisch gezeichneten Schaltung stellt der Widerstand 21 den Widerstand der Schwingspule dar. Der Transformator 22 ist ein Symbol für die Umwandlung des Stromes durch die Schwingspuie in die Kraft, welche auf die beweglichen Teile des Lautsprechersystems einwirkt.

Iiifolgedessen entspricht die Änderung der Spannung an dor Sekundärseite des Transformators 22 der Geschwindigkeit der Lautsprechermembran und die Änderung des Stromes durch diese der Kraft, welche auf die Lautsprechermembran wirkt. Der Parallelwiderstand 23 symbolisiert die Verluste in der Lautsprecheraufhängung. Die Nachgiebigkeit der Aufhängung wird durch die Induktivität 24 und die Masse der Lautsprechermembran durch die Kapazität 25 dargestellt. Die Erregung der Luftschwingungen durch die Fläche der Lautsprechermembran wird durch den Transformator 26 symbolisiert. Da die Lautsprechermembran eine Vorderseite und eine Rückseite hat, wird die Geschwindigkeit der bewegten Luft-Volumina durch zwei getrennte Sekundärwindungen 27 und 28 dargestellt. Die Vorderseite der Lautsprechermembran ist durch die Sekundärwindung 27 dargestellt. Sie erregt die Luft und erzeugt eine akustische Leistung, die im Strahlungswiderstand 30 verbraucht wird, während die durch die Induktivität 29 dargestellte Rückseite der Membran nur die Luft im Innern des Gehäuses bewegt.

In Figur 3 ist ein elektronisches Modell dargestellt, welches einem mit als Schallaustrittsrohr ausgebildeter Aostrahlungsöffnung versehenen bekannten Lautsprecher entspricht.

Die im Gehäuse eingeschlossene Luftmerige ist durch die ■Induktivität 29 dargestellt, welche in Reihe zur Parallelschaltung liegt, die aus der durch die Kapazität 31 symbolisierten Luftmasse im Schallaustrittsrohr, der durch den Ohmschen Widerstand 32 symbolisierten Luftreibungsverluste im Schal laustri ttsrohr, und aus der den Strahlungswiderstand am Ausgang des Schaii austrittsrohres darstellenden Impedanz 33 besteht.

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■ In Figur 4 ist ein der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lautsprechersystems entsprechendes elektronisches Modell dargestellt. In diesem Fall arbeitet die vordere bzw. obere Oberfläche der Lautsprechermembran nicht mehr direkt auf dem Strahiungswiderstand, sondern ist jetzt mit dem Luftvolumen in der oberen Kammer 16a gekoppelt, welches durch die Induktivität 42 dargestellt ist. Die Masse der Luft im Schallaustrittsrohr 19 ist durch die Kapazität 43 dargestellt und deren Verluste darin .sind durch den Ohm'schen Widerstand 44 dargestellt Der Strahlungswiderstand am äußeren Ende des Schallaustrittsrohres 19 wird durch den Widerstand 45 dargestellt

Die Kopplung der hinteren bzw. unteren Oberfläche der Lautsprechermembran mit dem Luftvolumen in der unteren Kammer 16b ist durch die Induktivität 46 dargestellt. Die akustische Masse des Schallaustrittsrohres 20 ist durch die Kapazität 48 dargestellt und die darin durch die Luftbewegung verursachten Verluste sind durch den Ohm'schen Widerstand 47 dargestellt. Die Impedanz 49 symbolisiert den akustischen Widerstand am Ausgang des Schallaustrittsrohres 20. Die Bauteile bzw. Schaltungselemente 34 - 39 in Figur 4 entsprechen den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Bauteilen 21 - 26. 25

Für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfingung werden nachstehend die Werte für die einzelnen Schaltelemente angegeben:

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	-S-	«a- *	3410134	sec
	- T-		m⁵/N
	= 3.2 ohms
	= 20 N/A		m⁵/N-sec
34	= .4 m/N-sec		-j 1/W . 2.89
35	= 3 χ 10.Λ/Ν		m⁵/N
36	= .087 kg
37	= .1m³-sec/m-		m⁵/N-sec
38	= 6.14 χ 10"⁷	-j 1/W. 2.89
39	= 13.1 Kg/M⁴
42	= 3.92 χ 10"³
43	= 3.27 χ ΊΟ"⁵
44	= 2.05 χ 10~⁷
45	= 7.1 Kg/M⁴
46	= 2.83 χ 10"³
48	= 3.27 χ 10~⁵
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E; wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn das Verhältnis der Volumina der beiden Kammern 16a und 16b zwischen 2:1 und 4:1 beträgt, wobei das Verhältnis der entsprechenden Resonanzen der Schallaustrittsrohre zwischen 1,5:1 und 3,0:1 beträgt.

Ir dem Diagramm der Figur 5 wird durch die Kurve A die vcn einem akustischen Aufhängungssystem (acoustic suspension system) abgestrahlte Leistung als Funktion der Frequenz dargestellt; Kurve B zeigt den Frequenzgang bei einem bekannten Lautsprechersystem mit einem Schallaustrittsrohr. Die Kurve C zeigt den Frequenzverlauf für einen erfindungsgemäß ausgeführten Lautsprecher bei gleichem Volumen des Gehäuses und der kleinstmöglichen beweglichen Masse, wobei der Lautsprecher und die Parameter der rohrförmigen Schallaustrittsrohre für jedes d^r beiden Systeme die Werte der Bauteile 35, 37,_39, Ac', 43, 46 und 48 für maximale Leistung oberhalb der Grenzfrequenz optimiert sind, und zwar typisch für 60 Hz.

„Die Erfindung ergibt eine bessere Ausgangsleistung im Bas-sbereich und einen schärferen Abfall bei höheren Frequenzen.

Das Diagramm der Figur 6 zeigt die grafische Darstellung der Auslenkung der Lautsprechermembran in Abhängigkeit von der Frequenz. Kurve A zeigt diese Funktion für ein Lautsprechersystem mit' sogenannter akustischer Aufhängung (acoustic Suspension system), Kurve B zeigt diese Funktion für ein bekanntes System mit einem 'Schallaustrittsrohr und Kurve C zeigt diese Form für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lautsprechersystem. Aus dem Verlauf der Kurve A ist zu erkennen, daß die Auslenkung der Membran mit abnehmender Frequenz zunimmt.

Kurve B zeigt, daß das bekannte Lautsprechersystem mit einem Schal 1austrittsrohr eine Resonanz (im Schallaustrittsrohr) aufweist, welche die Auslenkung der Membran stark verringert. Kurve C zeigt, daß bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung zwei derartige Resonanzen vor- handen sind, bei denen die Auslenkung der Membran einen Minimalwert annimmt. Infolgedessen ist die Auslenkung der Membran - insgesamt gesehen - bei einem komplexen Signal geringer als bei den eventuell vergleichbaren bekannten Systemen. Durchgeführte Versuche haben diese Verbesserungen bewiesen.

Die vorstehend beschriebenen Grundsätze der Erfindung können in verschiedener Weise abgeändert werden. Beispielsweise könnte der Lautsprecher auf jeder Seite über zusätzliche Teilkammern mit einem oder mehreren passiven schallabstrahlenden Mitteln gekoppelt sein. Diese können als Schallaustrittsrohre ausgeführt sein, so wie vorstehend beschrieben, oder als passive Lajt-

sprechermembran (drone cones) oder als anderes passives Abstrahlmittel. Der einzelne Tiefton-Lautsprecher kann durch mehrere akustische Wandler ersetzt werden, um die gewünschte wirksame Abstrahlfläche, motorische Kraft und Leistungsabgabe zu erzielen.

Im vorstehenden wunJen_Geräte und Techniken beschrieben, ■ um eine erhöhte Empfindlichkeit im Bassbereich und/oder eine niedrigere Grenzfrequenz und/oder höhere Grenzfrequenz zu erzielen, welche die Widergabe des Lautsprechersystems im oberen Frequenzbereich begrenzt. Diese akustische obere Grenzfrequenz ist vorteilhaft, um einen Tieftöner in Verbindung mit einem Lautsprecher für mittleren oder oberen Frequenzbereich zu kombinieren, um als akustischer Teil der Frequenzweiche zu wirken, die bei der Ankopplung an die Breitband-Übertragungs-Schaltung verwendet wird.

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- Leerseite

Claims

Patentansprüche

Lautsprecher-System mit einem mit mehreren Schall öffnungen versehenen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet , da'ß ein elektroakustischer Wandler (18) zur Umwandlung zujjeführter elektrischer Signale in entsprechende abzustrahlende akustische Signale in einem - Gehäuse (16) an einer das Innere dieses Gehäuses im Zusammen wirklfn"~m it "dem Lautsprecher in zwei Kammern (16a, 16b) aufteilenden Zwischenwand (17a) angeordnet ist, daß eine Seite des die akustischen Signale abstrah- - !enden Bauteils des elektro-akustisehen Wandlers (18) der einen Kammer (16a) und die andere Seite der anderen Kammer (16b) zugewendet ist, und das erste und zweite passive schallabstrahlende Mittel (19, 20) vorgesehen sind, deren jedes eine akustische Masse zur Kopplung der ersten bzw. zweiten Kammer (16a bzw. 16b) mit der

das Gehäuse umgebenden Außenluft aufweist. ,
2. Lautsprecher-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- I

net, daß jede der beiden Kammern (16a, 16b) im Zusanrmenwirken mit den ihr zugeordneten passiven schallabst^ahlenden Mitteln eine Resonanzfrequenz hajt..
3. Lautsprecher-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Resonanzfrequenzen der beiden Kammern (16a, 16b) innerhalb des Bereiches von 1 ,5 : 1 bis 3 : 1 liegt.
4. Lautsprecher-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Volumina der beiden Kammern (16a, 16b) innerhalb des Bereiches von 2 : 1 bis 4 : 1 liegt.

CX)PY
5. Lautsprecher-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens eines der passiven schallabstrahlenden Mittel als Schallaustritts rohr (19 bzw. 20) a us gebildet ι st.
6. Lautsprecher-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der passiven schallabstrahlenden Mittel als passive Membran (drone cone) ausgebildet ist.
7. Lautsprecher-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Resonanzfrequenzen der beiden Kammern (16a, 16b.) in der Größenordnung 2 : 1 ist.
8. Lautsprecher-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Volumina in der Größenordnung von 3 : 1 ist.