DE3925919A1 - Schallwandlersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schallwandlersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 31 45 959 ist ein Schallwandlersystem der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem der luft­ gekoppelte, passiv strahlende Strahler mit einem ohmschen Dämpfungswiderstand beschaltet ist. Durch geeignete Einstel­ lung des ohmschen Widerstands können Resonanzüberhöhungen in der Impedanzkurve des als Baßreflexbox vorliegenden Schall­ wandlersystems eingeebnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Beschaltung des mindestens einen luftgekoppelten Wandlers so zu gestalten, daß eine individuellere und flexiblere Einflußnahme auf das Frequenzverhalten des Schallwandlersystems insgesamt möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schallwandlersystem, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeich­ net ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Dämpfung des Schallwandler- bzw. Schallerzeugungssystems in Abhängigkeit von der jeweils abgestrahlten Frequenz zu beeinflussen.

Damit diese Beeinflussung sowohl eine Erhöhung als auch eine Verminderung der Dämpfung sein kann, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß - in komplexer Darstellung der Impedanz - der Realteil der Impedanz positive und negative Werte annehmen kann. Eine negative reelle Impedanz bedeutet eine Zufuhr von Energie, so daß in diesem Fall das den mechanoelektrischen Wandler beschaltende Netzwerk eine Energiequelle (Spannungsquelle) und aktive Komponenten enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist desweiteren vorgesehen, daß die frequenzab­ hängige Impedanz in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern, wie Zustandsgrößen der beteiligten Wandlersysteme oder dem durch einen oder mehrere der elektromechanischen Wandler fließenden Strom oder der an einem oder mehreren der elektromechanischen Wandler an­ liegenden Spannung oder - bei Luftkopplung durch ein Luftpol­ ster in einer Druckkammer - dem Druck in der Druckkammer oder dem erzeugten Schalldruck oder - bei Ausbildung des elektro­ mechanischen Wandlers als elektrodynamischer Lautsprecher - der Schwingspulentemperatur oder der vom elektromechanischen Wandler aufgenommenen Leistung oder von diesen Parametern abgeleitete Größen sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine mechanoelektrische Wandler mit einem Hohlraumresonator gekoppelt.

Ganz besonders zeigen sich die Vorteile der Erfindung bei Kopplung des mindestens eines mechanoelektrischen Wandlers mit einer Laufzeitleitung, weil durch die Möglich­ keit der Weitergabe nur ganz bestimmter Frequenzen oder Frequenzbereiche an die angekoppelte Laufzeitleitung Interferenzeffekte zwischen dem vom elektromechanischen Wandler direkt abgestrahlten Schall und dem über die Laufzeitleitung abgestrahlten Schall so beeinflußt werden können, daß destruktive Interferenzen vermieden oder zumindest verringert werden können.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Auf dieser zeigt

Fig. 1 ein Schallwandlersystem gemäß der Erfindung in einem einfachen Fall,

Fig. 2 ein Schallwandlersystem ähnlich Fig. 1, bei dem jedoch der luftgekoppelte mechanoelektrische Wandler abstrahlungsseitig nicht mit der Außenwelt in Berührung steht,

Fig. 3A ein Schallwandlersystem gemäß der Erfindung in Ankopplung des mechanoelektrisch wandelnden Strahlers an einen Hohlraumresonator,

Fig. 3B ein Schallwandlersystem gemäß der Erfindung in Ankopplung des mechanoelektrisch wandelnden Strahlers an eine Laufzeitleitung,

Fig. 3C ein Schallwandlersystem gemäß der Erfindung in Ankopplung des mechanoelektrisch wandelnden Strahlers an ein Hornsystem,

Fig. 3D eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlersystems mit zwei mechanoelektrisch wandelnden Strahlern in Beschaltung mit zwei verschiedenen Netzwerken und arbeitend auf zwei Laufzeitleitungen unterschiedlicher Längen, und

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Schallwandlersystems bei Steuerung bzw. Regelung der Impedanzcharakteristik mit Betriebsparametern.

Gemäß Fig. 1 wird ein elektromechanischer Wandler W1; etwa ein elektrodynamischer Lautsprecher, von einem Verstär­ ker V angetrieben. Er ist über eine durch ein Gehäuse gebildete Druckkammer D mit einem mechanoelektrischen Wandler W2, der ebenfalls ein elektrodynamischer Lautsprecher sein kann, gekoppelt. Dieser mechanoelektrische Wandler ist mit einem Netzwerk N beschaltet, dessen Impedanz frequenzab­ hängig ist. Für alle Frequenzen, für die die Impedanz von N einen positiven Realteil aufweist, wird dem Wandler W1 Energie entzogen und bei allen Frequenzen, für die der Realteil der Netzwerkimpedanz einen negativen Wert hat, Energie zugeführt (für diesen letzteren Fall ist der mechano­ elektrische Wandler dann doch auch ein elektromechanischer Wandler). Bei geeigneter Wahl der Frequenzcharakteristik der Impedanz des Netzwerks N lassen sich auf diese Weise Gehäuse- und Schallwandlerresonanzen unterdrücken. Werden Real- und Imaginärteil der Impedanz von N so gewählt, daß die Membranbewegung des Wandlers W2 in Phase mit den Druck­ schwankungen in der Druckkammer DK ist und daß sämtliche Energieverluste im System gerade kompensiert werden, so verhält sich der Wandler W1 so wie beim Einbau in ein unendlich großes Gehäuse. Die vom Wandler W1 rückwärtig abgestrahlte Energie kann also praktisch keine negative Beeinflussung der Widergabequalität des Gesamtsystems verursachen.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform steht der mit dem Netzwerk N beschaltete Wandler W2 nicht mehr mit der Außenwelt in Verbindung, so daß es nicht zu störenden Interferenzen zwischen dem vom Wandler W1 und dem vom Wandler W2 abgestrahlten Schall kommen kann.

Fig. 3A zeigt das gegenständliche Schallwandlersystem in Ankopplung an einen Hohlraumresonator HR, Fig. 3B in Ankopplung an eine Laufzeitleitung L und Fig. 3C in Ankopp­ lung an ein Hornsystem H. Beispielhaft sind in Fig. 3D zwei mechanoelektrische Wandler W2A und W2B gezeigt, die mit zwei verschiedenen Netzwerken NA bzw. NB beschaltet sind. Jeder der beiden Wandler W2A und W2B arbeitet auf eine Laufzeit­ leitung L1 bzw. L2, wobei die beiden Laufzeitleitungen L1 und L2 unterschiedliche Länge haben.

Es versteht sich, daß auch eine Erweiterung auf mehr als zwei Laufzeitleitungen und auf mehr als einen primären Wandler in entsprechender Weise möglich ist. Dabei können auch mehrere Druckkammern Verwendung finden. Die Wandler W2A und W2B können jeweils mit einem eigenen Netzwerk, wie dargestellt, oder mit einem gemeinsamen Netzwerk verbunden sein. Die Erweiterung der Systeme gemäß den Fig. 3A und 3C kann analog erfolgen.

Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 3A bis 3D besteht der Vorteil der Beschaltung der mechanoelektrischen Wandler W2 bzw. W2A, W2B mit einem Netzwerk mit frequenzabhängiger Impedanz nicht nur in der Optimierung der Systemdämpfung, sondern auch darin, daß durch geeignete Auslegung des Netzwerkes N bzw. der Netzwerke NA und NB die Möglichkeit eröffnet wird, nur bestimmte Frequenzen bzw. Frequenzbereiche an die angekoppelten Resonatoren, Laufzeitleitungen oder Hörner weiterzugeben. Dadurch können Interferenzeffekte zwischen dem direkt von den primären Wandlern abgestrahlten Schall und dem von den Austrittsöffnungen der angekoppelten Systeme abgestrahlten Schall in vorteilhafter Weise beein­ flußt werden. So wird es beispielsweise möglich, akustische Kurzschlüsse oder die besonders bei Laufzeitleitungssystemen (Fig. 3B und 3D) auftretenden destruktiven Interferenzen zu vermeiden oder zumindest zu verringern.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht darin, die Impedanz­ charakteristik des Netzwerks N (bzw. der Netzwerke) an bestimmte Betriebsparameter anzupassen und so die bestmögli­ che Abstimmung des Netzwerks an die jeweils herrschenden Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Da der Betrieb eines Schallerzeugungs- bzw. Schallwidergabesystems von sehr vielen Parametern abhängt, sollen hier nur einige der wichtigsten genannt sein, die sich als Ausgangsgrößen für eine Steuerung oder Regelung der Netzwerkcharakteristik eignen:

• 1. Die Zustandsgrößen der beteiligten Wandlersysteme, also im Fall von elektrodynamischen Lautsprechersystemen die Membranbeschleunigung, die Membrangeschwindigkeit oder die Membranauslenkung,
• 2. der durch die Wandler fließende Strom oder die an ihnen anliegende Spannung,
• 3. der Druck in der (den) Druckkammer(n),
• 4. der abgestrahlte Schalldruck,
• 5. die an die Wandler abgegebene Leistung.

Die Steuerung oder Regelung der Netzwerkcharakteristik kann dabei in Abhängigkeit auch von mehreren Betriebsparame­ tern gleichzeitig erfolgen.

Läßt man dabei die Netzwerkimpedanz von der an dem bzw. den Netzwerken anliegenden Spannung abhängen oder läßt man die Netzwerke nicht lineare Bauteile, z.B. Dioden oder Zener-Dioden, enthalten, so läßt sich eine Anpassung der Netzwerkimpedanz und somit das Systemdämpfung an die Aussteuerung des Systems erreichen. Es wird so z.B. möglich, dem System bei großen Amplituden mehr Energie zu entziehen als bei kleinen. Auf diese Weise können die negativen Auswirkungen von Übersteuerungen (hartes Clipping) und einem Überschwingen der Wandlersysteme vermeiden oder zumindest deutlich reduziert werden, ohne daß bei kleinen und mittleren Amplituden Wirkungsgradverluste hingenommen werden müssen.

Claims (12)

1. Schallwandlersystem mit mindestens einem von einer Signalquelle angetriebenen elektromechanischen Wandler (W1), der als Schallstrahler arbeitet, und mindestens einem damit luftgekoppelten mechanoelektrischen Wandler (W2; W2A, W2B), der ebenfalls als Schallstrahler arbeitet, wobei der mindestens eine mechanoelektrische Wandler (W2; W2A, W2B) mit einem elektrischen Netzwerk (N; NA, NB) beschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (N; NA, NB) eine Impedanz mit frequenzabhängiger Phase und/oder frequenz­ abhängigem Betrag ist.

2. Schallwandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Realteil der Impedanz positive und negative Werte annehmen kann.

3. Schallwandlersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkopplung durch ein Luftpolster in einer Druckkammer (DK) erfolgt.

4. Schallwandlersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromechani­ scher Wandler (W1) ein elektrodynamischer Lautsprecher verwendet wird.

5. Schallwandlersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ale mechanoelektri­ scher Wandler (W2; W2A, W2B) ein elektrodynamischer Lautspre­ cher verwendet wird.

6. Schallwandlersystem nach Anspruch 5, das mindest ein mechanoelektrischer Wandler (W2; W2A, W2B) mit einem Hohl­ raumresonator (HR) gekoppelt ist.

7. Schallwandlersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mechanoelektrischer Wandler (W2; W2A, W2B) mit einer Laufzeitleitung (L; L1, L2) gekoppelt ist.

8. Schallwandlersystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein mechanoelektrischer Wandler (W2; W2A, W2B) mit einem Hornsystem (H) gekoppelt ist.

9. Schallwandlersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Impedanz des mindestens einen Netzwerks (N; NA, NB) von der an ihm liegenden Spannung abhängt.

10. Schallwandlersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Netzwerk (N; NA, NB) nicht lineare Bauelemente wie Dioden oder Zener-Dioden enthält.

11. Schallwandlersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhangige Impedanz in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebspa­ rametern steuer- oder regelbar ist.

12. Schallwandlersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsparameter Zustandsgrößen der Wandler (W1, W2, W2A, W2B), oder der durch einen oder mehrere der Wandler fließende Strom, oder die an einem oder mehreren der Wandler anliegende Spannung, oder der Druck in der Druckkammer (DK), oder der erzeugte Schalldruck, oder die Schwingspulentemperatur des oder der elektromechanischen Wandler (W1), oder die von dem oder den elektromechanischen Wandlern (W1) aufgenommene Leistung, oder von diesen Parametern abgeleitete Größen sind.