DE4008646A1 - Electrodynamic loudspeaker for mid-range frequencies - has membrane with outer and inner surface symmetrical to gap for neck of loudspeaker cone - Google Patents

Electrodynamic loudspeaker for mid-range frequencies - has membrane with outer and inner surface symmetrical to gap for neck of loudspeaker cone

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DE4008646A1
DE4008646A1 DE19904008646 DE4008646A DE4008646A1 DE 4008646 A1 DE4008646 A1 DE 4008646A1 DE 19904008646 DE19904008646 DE 19904008646 DE 4008646 A DE4008646 A DE 4008646A DE 4008646 A1 DE4008646 A1 DE 4008646A1
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horn
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cone
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Conrad Dipl Ing Schucht
Wolfgang Dipl Ing Bartsch
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SYRINCS AUDIOTECHNIK GmbH
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Abstract

The loudspeaker has a necked cone fitted to a circular opening of a pressure chamber (1) defined by a membrane (2) which has an outer annular surface concentric to an inner circular surface. Each surface has a respective curvature, with the neck of the cone fitting into a symmetrical gap in front of the loudspeaker membrane (2). Pref. the position of the latter gap allows suppression of the pressure chamber resonance in the radial oscillation direction. ADVANTAGE - High efficiency loudspeaker with relatively low cost.

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion einer Schallführung für rotations­ symmetrische Lautsprecher insbesondere im Mitteltonbereich (200 bis 2000 Hz) für den Einsatz in Beschallungssystemen hoher Leistung.The invention relates to the construction of a sound guide for rotation symmetrical loudspeakers especially in the mid-range (200 to 2000 Hz) for use in high-performance sound systems.

Bisherige Lösungen von Hornlautsprechern zur Verwendung in diesem Frequenzbereich beruhen auf aufwendigen Gestaltungen der Druckkammer und der von ihnen wegführenden Öffnungen. Als Beispiel sei hier /1/ genannt, das die Öffnungen der Druckkammer in Form mehrerer Ringe und eines Lochs mit sich erweiternden Querschnitten zeigt. Die Schallströmung legt dabei in der Druckkammer radiale Wege zurück, wobei die Lage der Öffnungen die möglichen Kammerresonanzen unterdrücken soll. Die dafür erforderlichen Formkörper sind nur in Einzelteilen herstellbar und daher aufwendig und teuer. In der Patentschrift DE 26 48 428 wird ein Formkörper mit radialen Schlitzen gezeigt. Hier soll die Schallströmung in tangentialer Richtung die Schlitze erreichen, wobei die Anzahl der Schlitze einer Primzahl entsprechen soll, um harmonische Resonanzen der Druckkammer zu vermeiden. Dieser Formkörper ist zwar in einem Stück mit Aufwand herstellbar, er eignet sich jedoch nur für Membranen mit sphärischer Oberfläche und wird vornehmlich für Hochtonsysteme verwendet.Previous solutions of horn speakers for use in this frequency range on elaborate designs of the pressure chamber and that of them leading openings. An example is / 1 / that the Openings of the pressure chamber in the form of several rings and a hole with it shows widening cross sections. The sound flow lies in the Pressure chamber radial paths back, the location of the openings suppress possible chamber resonances. The necessary ones Shaped bodies can only be produced in individual parts and are therefore complex and expensive. In the patent DE 26 48 428 a molded body with radial Slits shown. Here the sound flow in the tangential direction should be the Reach slots, where the number of slots corresponds to a prime number to avoid harmonic resonances of the pressure chamber. This Shaped body can be produced in one piece with effort, it is suitable however only for membranes with a spherical surface and is primarily used used for tweeter systems.

Bisherige Lösungen waren auf Treibersysteme mit speziellen Membranformen oder aufwendig geformte Anpaßstücke angewiesen. Die Erfindung soll diese Nachteile überwinden, indem als Treibersystem auch Standardlautsprecher verwendet werden, wobei der Hornhals mit integrierter Druckkammer durch einfache Schalenkörper hergestellt werden kann.Previous solutions were based on driver systems with special membrane shapes or instructed elaborately shaped adapters. The invention aims at this Overcome disadvantages by using standard loudspeakers as the driver system are used, the horn neck with integrated pressure chamber through simple shell body can be made.

Das gesamte Lautsprechersystem besteht gemäß Fig. 1 aus folgenden Teilen:The entire speaker system is shown in Figure 1 of the following parts.:

  • - Hornglocke (1) zur Definition des Abstrahlverhaltens,- horn bell ( 1 ) for defining the radiation behavior,
  • - Hornhals (2),- horn neck ( 2 ),
  • - Druckkammer (3) mit ringförmiger Öffnung zum Hornhals zur Geschwindigkeitstransformation der Luftteilchen (2) und (3) als akustischer Transformator,Pressure chamber ( 3 ) with an annular opening to the horn neck for speed transformation of the air particles ( 2 ) and ( 3 ) as an acoustic transformer,
  • - Druckkammer (4) zur Kompensation des komplexen Anteils des Strahlungswiderstandes an der unteren Grenzfrequenz des akustischen Transformators,Pressure chamber ( 4 ) to compensate for the complex portion of the radiation resistance at the lower limit frequency of the acoustic transformer,
  • - Lautsprecher (5), bestehend aus Magneteinheit, Schwingeinheit und Korb.- Loudspeaker ( 5 ), consisting of a magnet unit, vibrating unit and basket.

In maßgeblicher Weise wird das Übertragungsverhalten des Gesamtsystems von der sogenannten Geschwindigkeitstransformation, d. h., dem Verhältnis von Membranfläche zur Hornhalsanfangsfläche, beeinflußt. Hiervon sind folgende Eigenschaften abhängig:The transmission behavior of the overall system of the so-called speed transformation, d. that is, the ratio of Membrane surface to the beginning of the horn neck, influenced. The following are the following Properties dependent:

  • - obere Eckfrequenz,- upper corner frequency,
  • - Wirkungsgrad,- efficiency,
  • - Membranauslenkung,- membrane deflection,
  • - maximale akustische Leistung,- maximum acoustic performance,
  • - maximale elektrische Belastbarkeit.- maximum electrical capacity.

Die Optimierung dieses Flächenverhältnisses sollte gemäß des elektrischen Ersatzmodells des Gesamtsystems vorgenommen werden. In Fig. 2 sind Druckkammer (1), Membran (2) und Lautsprecher (3) im Schnitt dargestellt. Dabei wird der mittlere Radius r m der ringförmigen Öffnung so bestimmt, daß der aus dem innerhalb von r i hervorgerufene Volumenstrom gleich dem aus dem außerhalb von r a erzeugten Volumenstrom ist. Durch Anwendung des Kontinuitätsgesetzes wird so gewährleistet, daß sich am Radius r m ein rein axialer Strömungsfaden ausbilden kann. Dadurch wird die radiale Strömungskomponente des Strömungsfeldes am Radius r m gleich Null. Die Lage des Ringspaltes bewirkt nun die Unterdrückung der ersten Druckkammerresonanz in radialer Schwingungsrichtung. Die erste Harmonische der Druckkammerresonanz liegt, aufgrund der Größe der Druckkammer, außerhalb des Wiedergabebereichs, so daß eine Kompensation bewußt unterlassen wird.This area ratio should be optimized in accordance with the electrical replacement model of the overall system. In Fig. 2 pressure chamber ( 1 ), membrane ( 2 ) and speaker ( 3 ) are shown in section. The mean radius r m of the ring-shaped opening is determined in such a way that the volume flow generated from within r i is equal to the volume flow generated from outside r a . Applying the law of continuity ensures that a purely axial flow thread can be formed at the radius r m . As a result, the radial flow component of the flow field at radius r m becomes zero. The position of the annular gap now suppresses the first pressure chamber resonance in the radial direction of vibration. Due to the size of the pressure chamber, the first harmonic of the pressure chamber resonance lies outside the playback range, so that compensation is deliberately omitted.

An die Druckkammer schließt sich der Hornhals an. Hierbei ist das Problem zu lösen, von einer kreisringförmigen Anfangsfläche auf eine rechteckige Endfläche am Hornglockenanfang zu gelangen. Der Verlauf der Querschnittserweiterung wird gemäß einer hyperbolischen oder exponentiellen Funktion berechnet. Die Fig. 3 zeigt in a) die Draufsicht und in b) die Seitenansicht des Hornhalses. Das Hornhalsinnenteil (2) wird entsprechend der Unteransprüche 4 und 5 konstruiert. Die Hornhalsaußenkontur (1) wird gemäß der Unteransprüche 6 und 7 konstruiert. Fig. 4 zeigt die Vorderansicht des Hornhalses auf die Hornachse. Fig. 5 und 6 zeigen perspektivisch den Innenkörper und die Außenkontur des Hornhalses als Schichtenmodell. The horn neck connects to the pressure chamber. The problem to be solved here is to go from a circular starting surface to a rectangular end surface at the beginning of the horn bell. The course of the cross-sectional expansion is calculated according to a hyperbolic or exponential function. Fig. 3 shows in a) top view and b) side view of the horn neck. The horn neck inner part ( 2 ) is constructed according to subclaims 4 and 5. The horn neck outer contour ( 1 ) is constructed according to subclaims 6 and 7. Fig. 4 shows the front view of the horn neck on the horn axis. Fig. 5 and 6 show a perspective view of the inner body and the outer contour of the horn neck as a layer model.

Die Herstellung des Hornhalses mit der Druckkammer kann durch Anfertigung von zwei schalenförmigen Kunststoffteilen geschehen. Diese werden entlang der Hornachse durch Kleben verbunden, wobei das Innenteil im Außenteil durch Stege senkrecht zur Draufsicht in Fig. 3 befestigt wird. Dadurch kann eine rationelle Fertigung durchgeführt werden. Zusammen mit der Verwendung von Standardlautsprechern ergeben sich daher erhebliche Kostenvorteile.The horn neck with the pressure chamber can be produced by producing two shell-shaped plastic parts. These are connected by gluing along the horn axis, the inner part being fastened in the outer part by webs perpendicular to the plan view in FIG. 3. This enables rational production to be carried out. Together with the use of standard loudspeakers, there are considerable cost advantages.

An einem ausgeführten Beispiel sollen erreichbare technische Daten genannt werden. Als Treiber wird ein Konuslautsprecher mit 250 mm Durchmesser ver­ wendet. Die elektrische Belastbarkeit beträgt in einem geschlossenen Gehäuse 200 Watt. In der Schallführung ergeben sich folgende Daten:Attainable technical data shall be mentioned using an example will. A cone speaker with a diameter of 250 mm is used as the driver turns. The electrical load capacity is in a closed housing 200 watts. The following data result in sound guidance:

  • - Abstrahlwinkel: 90 × 40 Grad (-6 dB Amplitudenabfall),- beam angle: 90 × 40 degrees (-6 dB drop in amplitude),
  • - Nennempfindlichkeit: 108 dB/Watt/Meter,- nominal sensitivity: 108 dB / watt / meter,
  • - Frequenzbereich: 250 Hz bis 2000 Hz mit Amplitudenabfall von -6 dB/Oktave ab 1000 Hz,- Frequency range: 250 Hz to 2000 Hz with amplitude drop of -6 dB / octave from 1000 Hz,
  • - Erste Druckkammerresonanz mit Amplitudeneinbruch: 2400 Hz,- First pressure chamber resonance with amplitude drop: 2400 Hz,
  • - Nennimpedanz: 10 Ohm,- nominal impedance: 10 Ohm,
  • - Belastbarkeit: 380 Watt Effektivwert,- Power handling: 380 watts effective value,
  • - akustische Leistung: 160 Watt,- acoustic power: 160 watts,
  • - Baugröße: 800 mm Breite, 600 mm Höhe, 600 mm Tiefe,- Size: 800 mm wide, 600 mm high, 600 mm deep,
  • - Gewicht: ca. 24 kg ohne Gehäuse,- Weight: approx. 24 kg without housing,
  • - Material: Glasfaserverstärkter Kunststoff.- Material: glass fiber reinforced plastic.

Literaturliterature

/1/ Howze, B., Henricksen, C.
A High-Efficiency, One-Decade Midrange Loudspeaker
AES Preprint 70th Convention
1981, Oct. 30-Nov. 2, New York
/2/ Patentschrift DE 26 48 428 / 1 / Howze, B., Henricksen, C.
A high-efficiency, one-decade midrange loudspeaker
AES Preprint 70th Convention
1981, Oct. Nov 30 2, New York
/ 2 / Patent DE 26 48 428

Verzeichnis der FigurenList of figures

Fig. 1: Darstellung des Systems Fig. 1: Representation of the system

1 Hornglocke
2 Hornhals
3 Druckkammer
4 rückwärt. Druckkammer
5 Treiber 1 horn bell
2 horn neck
3 pressure chamber
4 backwards. Pressure chamber
5 drivers

Fig. 2: Darstellung der Druckkammer Fig. 2: Representation of the pressure chamber

1 Druckkammer
2 Membran
3 Treiber 1 pressure chamber
2 membrane
3 drivers

Fig. 3: Ansicht des Hornhalses Fig. 3: View of the horn neck

a Seitenansicht
b Aufsicht a side view
b supervision

Fig. 4: Ansicht des Hornhalses Fig. 4: View of the horn neck

Sicht auf die AchseView of the axis

Fig. 5: Darstellung der Innenkontur des Hornhalses, Schichtenmodell
Fig. 6: Darstellung der Außenkontur des Hornhalses, Schichtenmodell Fig. 5: Representation of the inner contour of the horn neck, layer model
Fig. 6: Representation of the outer contour of the horn neck, layer model

Claims (7)

1. Konstruktion einer Schallführung für Schallwandler mit kreisförmiger Mem­ bran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfläche (Fig. 2, Zif. 2) in zwei gleichgroße konzentrische Teilflächen aufgeteilt wird, a) in eine ringförmige Fläche außen und b) in eine kreisförmige Fläche innen, zu denen zumindest annähernd symmetrisch ein Ringspalt vor der Membran angeordnet wird, dessen Fläche, nach Optimierung von Frequenzbereich und Leistungsan­ passung, im bestimmten Verhältnis zur Membranfläche steht und durch einen Hornhals fortgesetzt wird, welcher einen stetigen Übergang der Ringfläche zu einer Rechteckfläche am Ende des Hornhalses ermöglicht.1. Construction of a sound guide for transducers with a circular membrane, characterized in that the membrane surface ( Fig. 2, Zif. 2 ) is divided into two equal-sized concentric sub-areas, a) in an annular surface outside and b) in a circular surface inside , to which an annular gap is arranged at least approximately symmetrically in front of the membrane, the surface of which, after optimization of the frequency range and power adjustment, is in a specific relationship to the membrane surface and is continued by a horn neck, which continuously changes the annular surface to a rectangular surface at the end of the Hornhalses allows. 2. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lage der Ringfläche (Fig. 2, r m ) sich aus dem Ansatz der Konti­ nuitätsgleichung ergibt, demzufolge der aus dem inneren Membranteil (Fig. 2, r i 2 · pi) strömende Volumenstrom gleich dem aus der äußeren Membranfläche (Fig. 2, (r d - r a )2 · pi) zuströmenden Volumenstrom ist, wobei der Abstand h (Fig. 2, Zif. 1) des Ringspalts von der Membran zumindest in etwa doppelt so groß gewählt wird, wie die maximal mögliche Membranauslenkung des Treibers aus seiner Ruhelage in der Auslegung des Gesamtsystems bestimmt wurde und die Höhe der Druckkammer (Fig. 2, Zif. 1) über den Membranquerschnitt konstant gehalten wird (pi = 3,1415 . . .).2. Construction of a sound guide according to claim 1, characterized in that the position of the annular surface ( Fig. 2, r m ) results from the approach of the continuity equation, consequently that of the inner membrane part ( Fig. 2, r i 2 · pi) flowing volume flow is equal to the flowing from the outer membrane surface ( Fig. 2, (r d - r a ) 2 · pi) , the distance h ( Fig. 2, point 1 ) of the annular gap from the membrane at least in about twice as large as the maximum possible membrane deflection of the driver was determined from its rest position in the design of the overall system and the height of the pressure chamber ( Fig. 2, point 1 ) is kept constant over the membrane cross-section (pi = 3.1415 ...). 3. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beschriebene Druckkammer (Fig. 2, Zif. 1) durch einen Hornhals (Fig. 1, Zif. 2) fortgesetzt wird, dessen ringförmiger Querschnittsan­ fang durch den Hornhals mittels mehrerer stetiger Funktionen zur Beschrei­ bung der Querschnittsfläche in einen rechteckigen Querschnitt überführt wird (Fig. 3 bis 6).3. Construction of a sound guide according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure chamber described ( Fig. 2, Zif. 1 ) is continued by a horn neck ( Fig. 1, Zif. 2 ), the annular cross-sectional beginning by the horn neck is converted into a rectangular cross-section by means of several continuous functions for describing the cross-sectional area ( FIGS. 3 to 6). 4. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der konstruktive Ansatz zur Gestaltung des Hornhalses darauf beruht, daß auf dem inneren Durchmesser des Ringspaltes ein sich erweitern­ der Konus (Fig. 3, Zif. 2) konzentrisch zur Hornachse aufgestellt wird, dessen Länge gleich der des Hornhalses ist und einen Durchmesser aufweist, der zumindest ungefähr 37% kleiner ist als die Höhe des Rechteckquerschnittes an der Grenzfläche zwischen Hornhals (Fig. 1, Zif. 2) und Hornglocke (Fig. 1, Zif. 1).4. Construction of a sound guide according to claim 1 to 3, characterized in that the constructive approach to the design of the horn neck is based on the fact that on the inner diameter of the annular gap an expand the cone ( Fig. 3, Zif. 2 ) concentrically to the horn axis is set up, the length of which is equal to that of the horn neck and has a diameter which is at least approximately 37% smaller than the height of the rectangular cross section at the interface between the horn neck ( FIG. 1, item 2 ) and the horn bell ( FIG. 1, item. 1 ). 5. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser Konus von zwei Flächen geschnitten wird, die am Recht­ eckquerschnitt sich in einer Linie durchdringen und als Tangente den inne­ ren Durchmesser des Ringspaltes berühren (Fig. 5).5. Construction of a sound guide according to claim 1 to 4, characterized in that this cone is cut by two surfaces that penetrate the right corner cross-section in a line and touch as a tangent to the inner diameter of the annular gap ( Fig. 5). 6. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die um den Hornhalskern erforderliche Außenkontur des Horn­ halses dadurch erzeugt wird, daß auf dem äußeren Durchmesser des Ring­ spalts ein Konus konzentrisch zur Hornachse aufgestellt wird, dessen Durch­ messer sich auf die Höhe des Rechteckquerschnitts erweitert und am Rechteckquerschnitt endet (Fig. 6).6. Construction of a sound guide according to claim 1 to 5, characterized in that the required outer contour of the horn neck core of the horn neck is generated by the fact that on the outer diameter of the ring gap a cone is placed concentrically to the horn axis, the diameter of which the height of the rectangular cross section expands and ends at the rectangular cross section ( FIG. 6). 7. Konstruktion einer Schallführung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von dem so beschriebenen Konus durch zwei zu den Schnitt­ flächen des Innenkonus parallelen Mantelschnitten, die erforderlichen Flächenquerschnitte des Hornhalses gemäß einer hyperbolischen oder expo­ nentiellen Erweiterungsfunktion berechnet werden.7. Construction of a sound guide according to claim 1 to 6, characterized records that from the cone so described by two to the cut areas of the inner cone parallel jacket cuts, the required Cross-sectional areas of the horn neck according to a hyperbolic or expo nental expansion function can be calculated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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