DE3700539A1 - Elektroakustischer apparat zur wiedergabe tiefster und mittlerer frequenzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen und geht aus von einem elektroakustischen Apparat mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die neuen Entwicklungen von CD-Technik, Synthesizern und Drum­ computern erfordern von der elektroakustischen Wandlertechnik die Übertragung tiefster Töne mit relativ hohem Schalldruck (z. B. bei Kirchenorgel-Sounds bei Synthesizern oder an einem speziellen Beispiel die Tiefpaukenschläge in den Bruckner Sinfonien auf CD- Platten).

Um mit einem elektroakustischen Apparat sowohl eine Tiefst- bis auch Miteltonübertragung zu erzielen, sind bereits Apparate ent­ wickelt worden, in deren Gehäuse ein mit einem gefalteten Horn (oder Trichter) kombinierter konusförmiger Lautsprecher untergebracht ist. Die Faltungsmaßnahme dient dazu, dem Horn eine zur Erhöhung des Strahlungswiderstandes möglichst große Länge und Mundöffnung zu verleihen, um einerseits die Übertragung der Baßtöne mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten. Andererseits sollen die Gehäuseabmes­ sungen auf ein transportfreundliches Maß begrenzt und die gewünschte Quaderform des Gehäuses ermöglicht werden.

Darüber hinaus ist es bekannt, zur Vergrößerung des Strahlungs­ widerstandes bei Frequenzen im 100 Hertz-Bereich dem Horn eine angenähert exponentielle Form zu verleihen, d. h. eine Form, bei der der Hornquerschnitt einer Exponentialfunktion folgt.

Bei gefalteten Hörnern treten jedoch eine Reihe von Schwierig­ keiten bei der Realisierung dieser Annäherung auf. So sind bislang Annäherungen durch einen drei-stufigen Polygonzug gebräuchlich, die eine jedoch nur unbefriedigende Näherung an die Exponentialform beinhalten. Zudem führen die Faltstellen durch unerwünschte Re­ flexionen zu einer Beeinträchtigung der Strahlungseigenschaften.

So sind bei dem durch einen drei-stufigen Polygonzug genäherten Horn hinter einem konusförmigen Lautsprecher im oberen Gehäusebe­ reich drei ebene Hornelementwände vorgesehen, die in einem Hornhals auslaufen. Eine gebogene Hornelementwand, die im unteren Gehäusebe­ reich befestigt ist, läuft zum Hornmund hin aus und bildet im Gegen­ satz zur Faltstelle, die von diesen ebenen Wänden mit den Gehäuse­ wandungen gebildet wird, eine gut geformte Faltstelle. Eine zufrie­ denstellende Übertragung im Bereich tiefer Frequenzen kann mit die­ sem Apparat jedoch nicht erzielt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausge­ hend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 einen verbesserten elektroakustischen Apparat anzugeben, der Töne bis unter 30 Hertz mit hohem Wirkungsgrad und möglichst linearem Fre­ quenzgang überträgt und dabei auch eine Übertragung bis zirka 2500 Hertz gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird mit geringem techni­ schen Aufwand ein elektroakustischer Apparat geschaffen, der wegen seiner guten Näherung im Hornbereich an eine ideale Exponentialhorn­ form einen derart großen Strahlungswiderstand aufweist, daß selbst tiefe Baßtöne mit guter Linearität im Frequenzgang der Übertragung wiedergegeben werden können. Eine gute schallverstärkende Wirkung wird auch dadurch gewährleistet, daß bei der Exponentialnäherung mit einem fünf-stufigen Polygonzug einerseits die Strahlungseigen­ schaften vermindernde scharfe Knickstellen weitestgehend vermieden werden und andererseits auch das Größenverhältnis zwischen Hals- und Mundöffnung des Horn vergrößert werden kann, so daß der Schall besser gerichtet abgestrahlt wird.

Zudem sind beide Faltungsstellen des erfindungsgemäßen Horns mit einer 1,5fachen ungegabelten Faltung durch die exponential­ funktionsgebogenen Hornelementwände weitgehend reflexionsfrei ausge­ bildet.

Die erfindungsgemäßen Merkmale sind mit geringem technischen Aufwand verwirklichbar, so daß das gesamte Spektrum im Bereich tiefster bis mittlerer Frequenzen durch den erfindungsgemäßen Appa­ rat kostengünstig abgedeckt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Danach wird das Horn in seinem Halsbereich durch eine weitere Hornelementwand mit gut ausgebildeter Faltstelle versehen, so daß die Übertragung der tiefen Bässe weiterhin verbessert ist.

Ferner sind zur besseren Hinführung des rückwärtigen Schalls zum Hornhals zwei weitere Wände in der Druckkammer vorgesehen, die zudem in vorteilhafter Weise Knickstellen überbrücken.

Schwingungen der gebogenen Wände an den Faltstellen werden durch angepaßte Verstrebungen vermieden, so daß eine saubere Über­ tragung gewährleistet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt

Fig. 1 die Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Apparats und

Fig. 2 den Übertragungsfrequenzgang dieses Apparats.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein quaderförmiges Gehäuse durch rechteckige Boden- und Abdeckplatten 1 a, 1 b (Breite 60 cm und Tiefe 62 cm), eine rechteckige Rückwand 2 (Breite 56 cm und Höhe 106 cm) und durch die Bezugszahl 3 angedeutete entsprechen­ de Seitenwände (Tiefe 62 cm und Höhe 106 cm) gebildet.

Vierkanthölzer von 3 cm Stärke bilden einen Rahmen, an dem eine Platte 5, die als Lautsprecherträger dient, angeschraubt ist. Der Vierkantholzrahmen und der sich davor befindende Lautsprecherträger (Höhe 40 cm, Breite 55 cm) sind unter der Abdeckplatte 1 b angebracht und erstrecken sich parallel zur Rückwand 2.

Ein mit dem Lautsprecher kombiniertes Horn wird durch die Hornelemente 6 bis 17 gebildet. Eine erste geneigte Hornelementwand 6 (Länge 22 cm, Breite 56 cm) schließt sich an die Unterkante des Vierkantholzrahmens 4 an, die zu diesem Zweck entsprechend abge­ schrägt ist. Diese Anschlußstelle liegt von der Vorderkante der Abdeckplatte aus gemessen 3,5 cm ins Gehäuseinnere versetzt und 44 cm unterhalb der Abdeckplatte. Die Neigung dieser ersten Wand zur Horizontalen (oder zur Abdeckplatte) beträgt etwa 34°, so daß die der Anschlußstellenkante gegenüberliegende tieferliegende Kante dieser Wand 6 zur Abdeckplatte einen Abstand von 53 cm aufweist.

An diese tieferliegende Wandkante schließt sich eine zweite, schräg aufwärts gerichtete Hornelementwand 7 (Länge 19 cm, Breite 56 cm) an, die mit der Horizontalen einen Winkel von zirka 30° einschließt und deren höchstgelegene Kante zur Abdeckplatte einen Abstand von 44 cm aufweist. An dieser höchstgelegenen Kante ist eine steil nach oben geneigte dritte Hornelementwand 8 (Länge 33 cm, Breite 56 cm) befestigt, die mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 80° einschließt und deren freie Oberkante noch einen Abstand von 13 cm zur Abdeckplatte aufweist.

Vierte bis achte Hornelementwände sind folgendermaßen angeordnet, wobei sämtliche Wände eins bis acht an den Kanten jeweils so abge­ rundet sind, daß sie sich ohne vorstehende Kanten aneinanderfügen.

Eine sechste Hornelementwand 11 (Länge 36 cm) erstreckt sich von der Abdeckplatte aus senkrecht nach unten und weist zur Gehäuse­ vorderseite einen Abstand von 29 cm auf. An der Unterkante dieser Wand 11 ist eine vierte Hornelementwand 9 der Länge 14 cm befestigt, die schräg zur Wand 6 hin geneigt ist und von der Verlängerung ihres freien Endes noch einen Abstand von 5 cm zu dieser Wand 6 aufweist. Um die Knickstelle zwischen den Wänden 11 und 9 auszugleichen, ist eine fünfte Hornelementwand 10 der Länge 19 cm über diese Knick­ stelle gelegt und an den Wänden 10 und 11 an diesen mit ihren Kanten anliegend befestigt.

Diese Wand 10 und eine weitere siebte Hornelementwand 12 bewirken eine gute Hinführung des rückwärtigen Schallanteils zum Hornhals α hin. Hierzu ist die Wand 12 (Länge 22 cm) ebenfalls an der Wand 11 ungefähr in deren Mitte (20 cm unterhalb der Abdeckplat­ te) befestigt und ist etwa spiegelsymmetrisch zur Wand 10 nach schräg oben geneigt und mit ihrer Oberkante an der Abdeckplatte 1 b befestigt. Diese Befestigung der Oberkante der Wand 12 hat zur Vorderseite des Gehäuses einen Abstand von 18 cm.

An die den Lautsprecher abgewandte Seite der Wand 11 schließt sich eine erste an eine Exponentialfunktion mit größter Näherung angepaßte, konkave, etwa halbkreisförmige Bogenelementwand 13 an, die in ihrer Wölbung die Abdeckplatte 1 b und in ihrem auslaufenden Ende den oberen Teil der Rückwand 2 berührt. Etwas unterhalb dieser letzten Berührungsstelle setzt eine zweite konkave Bogenelementwand 14 an, die ebenfalls mit größtmöglicher Exponentialfunktionsannähe­ rung im vorderen Bereich der Bodenplatte 1 a ausläuft und die Ecke zwischen Rückwand und Bodenplatte überbrückt. Um Schwingungen der Wände 13 und 14, die aus Sperrholzbahnen gefertigt sind, zuverlässig entgegenzuwirken, sind die Eckbereiche zwischen den Wänden 13 und 14, der Deckplatte 1 b und der Wand 11, der Deckplatte und Rückwand bzw. der Rückwand und Bodenplatte ausfüllende, an die Bogenelement­ wände angepaßte Verstrebungen 15 a, 15 b, 15 c in Form von Spanten vorgesehen.

Um die Hornlänge weiterhin zu vergrößern und die Näherung an den Exponentialverlauf zu verbessern, ist eine achte Hornelementwand 16 vorgesehen, die zu einer Vergrößerung des Strahlungswiderstandes führt und die Wiedergabe der tiefen Bässe weiterhin verbessert. Mit dieser Wand 16 befindet sich der Hornhals an der durch α′ angedeuteten Stelle. Die Wand 16 (Länge 10 cm) ist etwa unter einem rechten Winkel mit 12 cm Abstand zur Anschlußstelle zwischen den Wänden 7 und 6 an letzterer befestigt und weist an ihrem freien oberen Ende einen Abstand von 2,7 cm zur Wand 10 auf. Eine an der Befestigungs­ stelle vorgesehene konkav geformte Eckleiste überbrückt den Winkel zwischen den Wänden 16 und 6, der der Wand 9 gegenüberliegt und stabilisiert zudem in vorteilhafter Weise die Wand 16.

Das beschriebene Exponentialhorn weist eine große, die Baßton­ übertragung begünstigende Mundöffnung β auf. Ohne die Wand 16 weist das Horn eine 1,5fache ungegabelte Faltung auf (0,5fach mit 90°- Richtungsänderung bei 14 und 1fach mit 180°-Richtungsänderung bei 13). Mit der Wand 16 kommt eine weitere 180°-Richtungsänderung hinzu, und es liegt eine 2,5fache ungegabelte Faltung vor. Sämt­ liche Faltstellen sind exakt ausgeführt und durch die Elemente 13, 14 und 17 der angestrebten Exponentialform angeglichen, so daß Schallführung und Strahlungswiderstand optimiert sind. Die Exponen­ tialfunktion ist ferner durch einen fünf-stufigen Polygonzug (I bis V) bereits ohne die Wand 16 sehr gut angenähert und erreicht mit dieser durch einen weiteren Polygonzug VI eine noch bessere Nähe­ rung.

Der in Fig. 2 dargestellte gewobbelte Frequenzgang des gemesse­ nen Schalldruckes zeigt, daß sich durch diese gute Exponentialan­ näherung und den sich hieraus ergebenden großen Strahlungswiderstand ein lineares Übertragungsverhalten von zirka 2000 Hertz bis hinunter zu 30 Hertz ergibt. Bei einem im Handel erhältlichen Apparat mit einer Exponentialnäherung durch einen drei-stufigen Polygonzug und ohne die beschriebenen sorgfältig ausgeführten Faltstellenführungen wurde zwischen 30 und 70 Hertz unter sonst gleichen Bedingungen (ungewobbelt) im Durchschnitt ein 5 dB geringerer Schalldruck als mit dem beschriebenen, erfindungsgemäßen Apparat gemessen. Das bedeutet, daß der im Handel erhältliche Apparat zwischen 30 und 70 Hertz durch­ schnittlich mit mehr als der dreifachen Leistung betrieben werden muß, um den gleichen Schalldruck zu erreichen.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist für einen 15-Zoll- Lautsprecher ausgelegt, und das gezeigte Horn weist eine untere Grenzfrequenz von 38 Hertz auf. Der Frequenzgang ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, sehr ausgeglichen, da die höheren Töne nicht mehr vom Horn, sondern vom Lautsprecher bis zu 2 Kilohertz mit guter Lineari­ tät übertragen werden. Das Gehäuse des beschriebenen Apparats weist trotz der großen Länge des Horns eine nur mittlere Abmessung auf.

Es können durch Änderungen der angegebenen Bemaßungen Ausfüh­ rungsbeispiele für 18-, 12-, und auch 10-Zoll-Lautsprecher anderer Durchmesser wahlweise für Innen- oder auch Frontmontage sowie mit Hörnern anderer unterer Grenzfrequenzen realisiert werden.

Claims (4)

1. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mitt­ lerer Frequenzen mit einem Gehäuse, einem an oder in diesem be­ festigten Lautsprecher und einem hiermit kombinierten gefalteten Horn, das im Gehäuse aufgenommen ist und zur Annäherung an einen idealen Exponentialhornverlauf durch einen mehrstufigen Polygonzug drei ebene und eine gebogene Hornelementwand, die zum Hornmund unterhalb des Lautsprechers hin ausläuft, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine zweite gebogene Hornelementwand (13) an dieses auslau­ fende Ende der genannten Hornelementwand (14) anschließt, daß diese beiden Wände eine erste und eine über dieser ersten liegenden zweite Faltstelle des Horns mit hoher Näherung an eine Exponentialfunktion formen, und daß ferner zwei weitere ebene, vierte und fünfte Horn­ elemente (7, 9) mit den genannten ebenen Hornelementwänden (6, 8, 11) so verbunden sind, daß das Horn mit guter Näherung an die Exponen­ tialform zu seinem Hals hin verlängert ist.

2. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittlerer Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere, sechste und siebte, ebene schallführende Wände (10, 12) im Raum hinter dem Lautsprecher so angeordnet sind, daß sie den rückwärtigen Schall gut zum Hornhals (a) hinleiten, wobei diese Wände jeweils von zwei der übrigen ebenen Wände (9, 11) gebildete Knickstellen überbrücken.

3. Elektroakustischer Apparat zur Wiedergabe tiefster bis mittle­ rer Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine achte ebene Hornelementwand (16) zur weiteren Verlängerung des Horns in Hornhalsnähe angeordnet ist und diesen zur siebten Hornelementwand (12) hin verschiebt, so daß diese achte Wand mit der sechsten Wand einen verlängerten Hornbereich bildet, und daß eine geformte Eckleiste (17) die durch die Anschlußstelle dieser achten Wand (16) gebildete Knickstelle so überbrückt, daß eine dritte Faltstelle mit guter Exponentialfunktionsnäherung gebildet wird.

4. Elektroakustischer Apparat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gebogenen Hornelementwände (13, 14) durch angepaßte Verstrebungsteile (15 a, 15 b, 15 c) stabilisiert sind.