DE4013636C2

DE4013636C2 -

Info

Publication number: DE4013636C2
Application number: DE4013636A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kobe Hyogo Jp Yoshioka
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1993-01-07
Also published as: FR2646578A1; GB2231473A; FR2646578B1; GB9009364D0; JPH02288499A; GB2231473B; JP3116119B2; CA2015517C; US5285025A; CA2015517A1; DE4013636A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Lautsprechertrichter mit einem ersten Paar gegenüberliegender Seitenwände, welche jeweils zwischen treiberseitigen und schallaustrittseitigen Enden einen treiberseitigen Abschnitt und einen schallaustrittsseitigen, mit dem treiberseitigen Abschnitt verbundenen Abschnitt aufweisen, und einem im wesentlichen senkrecht zum ersten Paar gegenüberliegender Seitenwände angeordneten, zweiten Paar gegenüberliegender Seitenwände.

Aus Herrmann: "Handbuch der Elektroakustik", Philips Fachbücher, 1978, Seiten 98 bis 101 ist ein Trichterlautsprecher bekannt, der eine Druckkammer und einen sich daran anschließenden exponentialförmigen Trichter (Exponentialhorn) aufweist. Ein derartiger Trichterlautsprecher hat allerdings den Nachteil, daß er Töne unterhalb einer bestimmten Frequenz nicht wiedergibt und abhängig von der Frequenz ungleichförmige Kennwerte bezüglich der Richtwirkung zeigt.

Aus der US-PS 41 87 926 (C. A. Henricksen et al. vom 12. Februar 1980), der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6875/82 und dem Artikel "The Manta-Ray Horns", Journal of the Audio Engineering Society, September 1978, Volume 26, Nr. 9, Seite 629-634 (C. A. Henricksen et al.) ist ein Lautsprechertrichter gemäß den Fig. 1a und 1b bekannt. Ein derartiger Trichter hat vertikale und horizontale Seitenwände, die lineare Formen aufweisen, die durch die Gleichungen wie Y=ax+b ausgedrückt werden. Diese Trichterart hat den Vorteil eines leicht steuerbaren Richtwinkels, hat jedoch den Nachteil, daß die Strahlkennwerte im niedrigen Fequenzbereich des Trichters gestört werden, da die Querschnittsfläche des Trichters einen konischen Trichter bildet.

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 76 995/82 beschreibt einen Trichter gemäß den Fig. 2a und 2b. Die Seitenwände eines derartigen Trichters werden durch die Gleichung

y = a₀ (1 + x)ⁿ

ausgedrückt, wobei n an der Seite der Trichteröffnung gleich n₁ (<2) und an der Halsseite n₂ (<n₁) ist. Diese Trichterform ist insoweit von Vorteil, als die Strahlungskennwerte im niedrigen Frequenzbereich weniger gestört werden, da die Seitenwand des Trichters durch zwei Arten von Besser-Funktionen gebildet wird und die Querschnittsfläche des Trichters sich nahezu exponential erstreckt. Andererseits hat diese Trichterform den Nachteil, daß es schwierig ist, den Richtwinkel zu steuern, da der eingeschlossene Winkel des Trichters sich vom Halsende an ändert und eine Unsicherheit dahingehend besteht, wo sich die zwei Kurven am besten schneiden.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2 12 198/86 ist die in Fig. 3 dargestellte Trichterform bekannt. Bei einem derartigen Trichter sind die Seitenwände bogenförmig ausgebildet. Dies führt zu einer nahezu exponentialen Steigerung des Querschnitts und erzeugt gute Strahlungskennwerte im niedrigen Frequenzbereich des Trichters, liefert jedoch keine Lösung für die Steuerung des Richtwinkels des Trichters.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lautsprechertrichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der gleichförmige Kennwerte bezüglich der Richtwirkung und einen höheren Schalldruck über einen weiteren Frequenzbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lautsprechertrichter gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das erstes Paar gegenüberliegender Seitenwände in einer die Mittelachse des Trichters einschließenden Ebene senkrecht zu den Seitenwänden des ersten Paares eine durch folgende Gleichung bestimmte Form hat:

y = a + b e^cx

wobei a, b und c Konstanten sind, die in den ersten und zweiten Abschnitten unterschiedliche Werte haben und ungleich Null sind.

Durch die Ausbildung des ersten Paares gegenüberliegender Seitenwände in einer derartigen durch die Gleichung bestimmten Form, die einen konstanten Ausdruck und einen exponentialen Ausdruck hat, ist es möglich, einen gleichförmigen Richtwirkungswinkelkennwert über einen weiten Frequenzbereich in einer die Mittelachse des Trichters einschließenden Ebene senkrecht zu den gegenüberliegenden Seitenwänden des ersten Paares und einen hohen Schalldruck zu erhalten, insbesondere im niedrigen und mittleren Frequenzbereich.

Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Differentialkoeffizient der oben beschriebenen Gleichung an der Grenze des treiberseitigen und des schallaustrittsseitigen Abschnitts für den treiberseitigen Abschnitt gleich dem für den schallaustrittsseitigen Abschnitt. Das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände kann die gleiche Form wie das erste Paar aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände in einer die Mittelachse des Trichters einschließenden Ebene senkrecht zu dem ersten Paar gegenüberliegender Seitenwände im treiberseitigen Abschnitt linear und im schallaustrittsseitigen Abschnitt bogenförmig.

Durch die lineare Ausbildung des zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände im treiberseitigen Abschnitt und die bogenförmige Ausbildung im schallaustrittsseitigen Abschnitt ist es möglich, daß eine Schallwelle glatt vom Mund des Trichters abgestrahlt wird. Vorzugsweise ist die Länge des schallaustrittsseitigen Abschnitts etwa die Hälfte der gesamten Länge. Wenn die Lehre der vorliegenden Erfindung auf ein Paar horizontaler gegenüberliegender Seitenwände eines Trichters zur Steuerung der vertikalen Richtwirkung angewendet wird, kann ein Dämpfungsphänomen vermieden und ein gleichförmiger Richtwinkelkennwert über einen weiten Frequenzbereich erhalten werden, obwohl die vertikale Richtwirkung im allgemeinen schmal ist und eine genauere Steuerung erfordert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trichters ist vorgesehen, daß die an die Seitenwände im treiberseitigen Abschnitt laufenden Linien an der Grenze des treiberseitigen und des schallaustrittsseitigen Abschnitts Tangenten an die Seitenwände des schallaustrittsseitigen Abschnitts sind. Das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände kann die gleiche Form wie das erste Paar aufweisen.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen stimmt in vorteilhafter Weise die Form des Trichtermundes mit einer gleichphasigen Linie einer sich im Inneren des Trichters ausbreitenden Schallwelle überein.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a und 1b schematische horizontale und vertikale Querschnitte eines üblichen Trichters mit linearen horizontalen Seitenwänden und linearen vertikalen Seitenwänden;

Fig. 2a und 2b schematische horizontale und vertikale Querschnitte eines anderen üblichen Trichters mit horizontalen und vertikalen Seitenwänden, die durch eine Kombination unterschiedlicher Polynome gebildet werden;

Fig. 3 schematisch einen horizontalen Querschnitt eines weiteren üblichen Trichters mit bogenförmigen Seitenwänden;

Fig. 4 schematisch einen horizontalen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trichters;

Fig. 5 schematisch einen vertikalen Querschnitt des in Fig. 4 dargestellten Trichters;

Fig. 6a und 6b gegenseitige lagemäßige Beziehungen zwischen dem horziontalen Querschnitt gemäß Fig. 4 und dem vertikalen Querschnitt gemäß Fig. 5, zusammen mit sich im Inneren des Trichters ausbreitenden Schallwellen;

Fig. 7 eine dreidimensionale Kombination der horizontalen und vertikalen Querschnitte des Trichters;

Fig. 8a eine Frontansicht der Ausführungsform des erfindunsgemäßen Trichters;

Fig. 8b und 8c einen horizontalen Querschnitt des Trichters längs der Linie A-A und einen vertikalen Querschnitt des Trichters längs der Linie B-B;

Fig. 9 und 10 ein Diagramm zur Erläuterung, wie die horizontalen und vertikalen Seitenwände aufgebaut sind;

Fig. 11a, 11b und 11c Diagramme zur Darstellung der Richtwirkungskennwerte von drei unterschiedlichen Trichterarten gemäß der Erfindung;

Fig. 12a, 12b, 12c und 12d Polardiagramme eines Trichters gemäß der Erfindung, gemessen bei unterschiedlichen Frequenzen;

Fig. 13a und 13b, 14a und 14b und 15a und 15b Diagramme zur Darstellung des Richtwinkelkennwertes von drei unterschiedlichen Trichterarten gemäß der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik; und

Fig. 16 und 17 Diagramme zur Darstellung von Frequenzkennwerten zweier unterschiedlicher Trichter gemäß der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.

Fig. 4 und 5 zeigen Querschnitte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trichters in einer die Mittelachse des Trichters einschließenden horizontalen und vertikalen Ebene.

Wie man in Fig. 4 sieht, ist die Grundform der vertikalen Seitenwände 1, 2 symmetrisch in bezug auf die Mittelachse X des Trichters im horizontalen Querschnitt ausgebildet, um eine horizontale Richtwirkung zu steuern. Die vertikalen Seitenwände 1, 2 sind in einen ersten Abschnitt S_{H 1}, der mit einem Halsabschnitt 3 verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt S_{H 2}, der in einem Trichtermund 4 endet, unterteilt. Die vertikalen Seitenwände 1, 2 werden durch folgende Gleichungen (1) und (2) im ersten Abschnitt S_{H 1} bzw. im zweiten Abschnitt S_{H 2} ausgedrückt:

y = a₁ + b₁ · e^c₁x (1)

y = a₂ + b₂ · e^c₂x (2)

Diese Gleichungen umfassen konstante Ausdrücke und exponentiale Ausdrücke.

Fig. 5 zeigt eine Grundform der horizontalen Seitenwände 5, 6, die in bezug auf die Mittelachse des Trichters X im vertikalen Querschnitt symmetrisch angeordnet sind, um eine vertikale Richtwirkung zu steuern. Die horizontalen Seitenwände 5, 6 sind in einen ersten Abschnitt S_{V 1}, der mit einem Halsabschnitt 3 verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt S_{V 2}, der in dem Trichtermund 4 endet, unterteilt.

Der erste und zweite Abschnitt S_{V 1} und S_{V 2} werden durch folgende Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt:

Wie man aus den Gleichungen (3) und (4) sieht, bildet der erste Abschnitt S_{V 1} eine gerade Linie und der zweite Abschnitt S_{V 2} ist bogenförmig ausgebildet. D.h. mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform wird die Form der vertikalen Seitenwände 1, 2 des Trichters durch mathematische Gleichungen ausgedrückt, die sich von den Gleichungen, die die horizontalen Seitenwände 5, 6 ausdrücken, unterscheiden. Der Grund hierfür liegt darin, daß man beabsichtigt, die vertikale Richtwirkung (die im allgemeinen einen schmaleren Richtwinkel hat) genauer zu steuern und den Abstrahlwiderstand im niedrigen Frequenzbereich in horizontaler Richtung flacher auszubilden, um die horizontale Richtwirkung (die im allgemeinen einen breiteren Richtwinkel hat) zu steuern. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die horizontalen und vertikalen Seitenwände so ausgebildet werden können, daß sie die gleiche Form haben, indem man das erste Paar Gleichungen (1) und (2) oder das zweite Paar Gleichungen (3) und (4) verwendet.

Es ist bekannt, daß konische Trichter mit linearen Seitenwänden im allgemeinen sehr gut die Richtwirkung steuern. Entsprechend macht der erfindungsgemäße Trichter von einem konischen Trichter als Grundform zum Steuern der vertikalen Richtwirkung Gebrauch. Konische Trichter haben jedoch den Nachteil, daß der Richtwinkel schmaler als ein ausgelegter Wert im niedrigen Frequenzbereich wird. Dies ist als Dämpfungsphänomen bekannt. Beispielsweise ist bei einer Frequenz von 630 Hz der tatsächliche Richtwinkel 60°, im Gegensatz zum ausgelegten Wert von 90°. Ein derartiges Phänomen beruht darauf, daß die Seitenwände des konischen Trichters am Mundende linear sind, wodurch ein Sekundärton mittels Brechung erzeugt und eine Phaseninterferenz mit einem Primärton erzeugt wird. Um ein derartiges Dämpfungsphänomen zu verhindern, hat der zweite Abschnitt S_V der horizontalen Seitenwände 5, 6 des Trichters, wie in Fig. 5 dargestellt und oben beschrieben, die Form eines Bogens, so daß die Schallwellen sich vom Trichtermund 4 gleichförmiger ausbreiten.

Wie oben ausgeführt, ist es möglich, die vertikalen Seitenwände 1, 2 so auszubilden, daß die ersten und zweiten Abschnitte S_{H 1} und S_{H 2} dieser Seitenwände linear bzw. bogenförmig sind. In diesem Fall ist jedoch der Abstrahlwiderstand im niedrigen Frequenzbereich ungefähr dem eines konischen Trichters gleich und niedriger als der eines exponentiellen Trichters. Da ein exponentieller Trichter keine konstante Richtwirkung haben kann, hat der erfindungsgemäße Trichter die oben beschriebene Form, um dem exponentiellen Trichter so nahe wie möglich zu kommen, während eine konstante Richtwirkung beibehalten wird.

Weiter ist erfindungsgemäß der Trichter so aufgebaut, daß die von den virtuellen Schallquellen Q_H und Q_V (Fig. 6a und 6b) abgestrahlten Schallwellen sich im Innern des Trichters konzentrisch ausbreiten, wie dies mittels gestrichelten Linien dargestellt ist. Weiter verlassen gleichzeitig die Schallwellen das Mundende der vertikalen Seitenwände und das Mundende der horizontalen Seitenwände. Somit erhält man ein gleichförmiges Abstrahlmuster, wobei die axiale Länge des Trichters im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt werden kann.

Verschiedene Parameter zur Bestimmung der Form der vertikalen Seitenwände 1 und 2 (Fig. 4) des Trichters werden wie folgt bestimmt. In diesem Fall wird angenommen, daß als gewünschte Leistung des Trichters ein gewünschter Richtwinkel durch 2α (Grad) und die die oberen und unteren Grenzfrequenzen steuernde Richtwirkung durch F_H (Hz) und durch F_L (Hz) ausgedrückt wird.

(1) Ein tangentialer Winkel α₁ an einem Schlitz 7 beträgt:

α₁/α=0,87∼0,9

Es wird angenommen, daß die virtuelle Schallquelle Q_H an einem Schnittpunkt der Tangente am Schlitz 7 mit der Mittelachse X des Trichters angeordnet ist.

(2) Die horizontale Breite 2T_H des Schlitzes 7 beträgt:

T_H≦103,8/(F_H · sin α) [m]

(3) Die horizontale Länge 2W_H des Trichtermundes 4 beträgt:

W_H≧103,8/(F_L · sin α) [m]

(4) Der Winkel α₃ zwischen der Mittelachse X des Trichters und einer die virtuelle Schallquelle Q_H mit einem Endpunkt des Trichtermundes 4 verbindenden Linie beträgt:

α₃/α=1,17∼1,21

(5) Die Länge L_H längs der Mittelachse X des Trichters zwischen dem Schlitz 7 und dem Mund 4 beträgt:

L_H=W_H/tan α₃-P_H [m]

wobei P_H=T_H/tan α₁

(6) Die Länge D_H des ersten Abschnitts S_H₁ längs der Mittelachse X des Trichters beträgt:

D_H/L_H=0,56∼0,62

(7) Ein Winkel α₂ zwischen der Mittelachse X des Trichters und einer die virtuelle Schallquelle Q_H und einen Endpunkt der Seitenwände 1 und 2 des ersten Abschnitts verbindenden Linie beträgt:

a₂/α=0,9∼0,95

α₂<α₁

(8) Die horizontale Breite 2H_H der Grenze zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt S_{H 1} bzw. S_{H 2} beträgt:

H_H=(D_H+P_H)tan α₂ [m]

P_H=T_H/tan α₁

Auf der Grundlage der oben beschriebenen Bedingungen werden die entsprechenden Konstanten a₁, b₁, c₁, a₂, b₂ und c₂ der Grundgleichungen (1) und (2) der ersten und zweiten Abschnitte S_{H 1} und S_{H 2} wie folgt bestimmt:

(9) Zur Bestimmung der Konstanten a₁, b₁ und c₁ der Gleichungen "y=a₁+b₁e^{c 1x}" für den ersten Abschnitt S_{H 1} wird angenommen:

Wenn x=0, dann beträgt y=T_H und dy/dx=tan α₁.
Wenn x=D_H, beträgt y=H_H und entsprechend wird

Aus dieser Gleichung erhält man b₁ durch numerische Berechnung. Wenn b₁ bestimmt ist, werden a₁ und c₁ durch folgende Gleichungen entsprechend bestimmt:

a₁=T_H-b₁, c₁=tan α₁/b₁

(10) Zur Bestimmung der Konstanten a₂, b₂ und c₂ der Gleichung "y=a₂+b₂e^{c 2x}" für den zweiten Abschnitt S_{H 2} wird wie folgt vorgegangen:

Die x-Koordinate des Ausgangspunktes des zweiten Abschnitts wird als Null angenommen. Wenn x=0, dann ist y=H_H und dy/dx=a₁b₁e^{c 1D}H. Wenn x=L_H-D_H, dann ist y=W_H. Es ergibt sich daher

Die Konstante b₂ erhält man aus der obigen Gleichung durch numerische Berechnung. Wenn der Wert für b₂ bestimmt ist, erhält man die restlichen Konstanten aus folgenden Gleichungen:

a₂=H_H-b₂

c₂=b₁c₁ · e^{c 1D}H/b₂

Wie oben beschrieben, werden die entsprechenden Konstanten der Grundgleichungen und die Grundformen der vertikalen Seitenwände bestimmt.

Im folgenden wird das Verfahren zur Bestimmung der entsprechenden Konstanten beschrieben, die die Form der horizontalen Seitenwände 5 und 6 des Trichters unter Bezugnahme auf Fig. 5 bilden. In diesem Fall werden die gewünschten Leistungen (2α, F_H und F_L) ebenso angenommen, wie sie zur Bestimmung der Form der vertikalen Seitenwände angenommen wurden, wobei jedoch die Werte der Konstanten nicht notwendigerweise die gleichen wie die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen sind.

(1) Ein Winkel α₄ zwischen der Mittelachse X des Trichters und einem der linearen Seitenwandabschnitte des ersten Abschnitts S_{V 1} beträgt:

α₄/α=0,90∼0,95

Die virtuelle Schallquelle Q_V ist am Schnittpunkt der Mittelachse X des Trichters und einer an die linearen Seitenwandabschnitte des ersten Abschnitts S_{V 1} laufenden Linie angeordnet.

(2) Die vertikale Breite 2T_V eines Schlitzes 8 beträgt:

T_V≦103,8/(F_H · sinα) [m]

Wenn 2T_V kleiner als der Druchmesser des Halses einer Treibereinheit ist, sollte der Hals des Trichters auf den gleichen Wert wie 2T_V vermindert werden.

(3) Die vertikale Breite 2W_V des Trichtermundes 4 beträgt:

W_V≧103,8/(F_L · sin α) [m]

(4) Ein Winkel α₅ zwischen der Mittelachse X des Trichters und einer den Schnittpunkt Q_V und einen Endpunkt des Mundes 4 verbindenden geraden Linie beträgt:

α₅/α=1,21∼1,28

(5) Die Länge L_V längs der Mittelachse X des Trichters zwischen dem Schlitz 8 und dem Mund 4 beträgt:

L_V=W_V/tan α₅-P_V [m]

P_V=T_V/tan α₃

(6) Die Länge D_V des ersten Abschnitts S_{V 1} längs der Mittellinie des Trichters beträgt:

D_V/L_V=0,52∼0,57

Entsprechend den in (1), (2) und (6) beschriebenen Bedingungen wird die den ersten Abschnitt S_{V 1} bildende gerade Linie bestimmt.

(7) Ein den zweiten Abschnitt S_{V 2} bildender Bogen wird so bestimmt, daß der Bogen tangential zur geraden Linie des ersten Abschnitts S_{V 1} am Ausgangspunkt des zweiten Abschnitts S_{V 2} verläuft und der Bogen am Endpunkt des Mundes 4 endet.

In der oben beschriebenen Weise werden die Grundformen der horizontalen und vertikalen Seitenwände des Trichters bestimmt.

Zum Schluß werden die gekrümmten Flächen der gegenüberliegenden Seitenwände, wie im folgenden beschrieben, ausgebildet. Es wird angenommen, daß sich die Schallwellen im Inneren des Trichters von der virtuellen Schallquelle Q_H im horizontalen Querschnitt und von der virtuellen Schallquelle Q_V im vertikalen Querschnitt konzentrisch ausbreiten. Fig. 6a zeigt den Zustand, wenn die sich von der virtuellen Schallquelle Q_H ausbreitende Schallwelle den Mund 4 erreicht, und Fig. 6b zeigt den Zustand, wenn die sich von der virtuellen Schallquelle Q_V ausbreitende Schallwelle den Mund 4 erreicht. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 9 einen Hals des Trichters. Es sei darauf hingewiesen, daß die Lage der vertikalen und horizontalen Seitenwände 1, 2; 5, 6 längs der Mittelachse des Trichters so bestimmt wird, daß ein Schnittpunkt der Schallwelle mit der Mittelachse X des Trichters am Mund 4 im horizontalen Querschnitt mit einem Schnittpunkt der Schallwelle mit der Mittelachse des Trichters am Mund 4 im vertikalen Querschnitt zusammenfällt. Fig. 7 zeigt, wie der horizontale Querschnitt des Trichters (Fig. 6a) und der vertikale Querschnitt des Trichters (Fig. 6b) kombiniert werden, wenn die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt sind. Fig. 8a ist eine Frontansicht einer tatsächlichen Form des Trichters dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung, und Fig. 8b und 8c sind Querschnitte längs der Linien A-A bzw. B-B.

Wie in den Fig. 6a, 6b, 7, 8a, 8b und 8c dargestellt, nehmen die Wellenfronten C_H im horizontalen Querschnitt und die Wellenfronten C_V im vertikalen Querschnitt solche Formen ein, daß die Wellenfronten C_H und C_V mit den Wellenfronten der im Innern des Trichters sich ausbreitenden Schallwellen zusammenfallen, d.h. diese Ränder C_H und C_V haben die Form eines Bogens.

Im folgenden werden die Schritte für die tatsächliche Konstruktion der vertikalen Seitenwände 1 und 2 und der horizontalen Seitenwände 5 und 6 des Trichters unter Bezugnahme auf die Fig. 6a bis 10 beschrieben. Um die Erläuterung der einzelnen Schritte zu vereinfachen, wird im folgenden das Verfahren zur Konstruktion der oberen Hälften der vertikalen und horizontalen Seitenwände des Trichters beschrieben.

(I) Wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4, 5, 6a und 6b beschrieben, wurden die horizontalen und vertikalen Querschnitte bestimmt und, wie in Fig. 7 dargestellt, zusammengesetzt.

(II) Der in Fig. 6a dargestellte horizontale Querschnitt des Trichters wird in die obere Richtung um einen Winkel α₄ um die Achse Φ, die durch die virtuelle Schallquelle Q_V verläuft, und senkrecht zur Mittelachse X des Trichters gedreht, wodurch der erste Abschnitt S_{V 1} der oberen horizontalen Seitenwand 5 und der entsprechende Abschnitt der vertikalen Seitenwände gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt hat der Schlitz 7 die Form eines Bogens zwischen den vertikalen Seitenwänden 1 und 2, wie in Fig. 8 dargestellt.

(III) Der zweite Abschnitt S_{V 2} der oberen horizontalen Seitenwand 5 wird wie folgt bestimmt:

Im horizontalen Querschnitt werden zwischen dem Schlitz 7 und der Wellenfront C_H mehrere konzentrische Bögen mit ihrem Mittelpunkt an der virtuellen Schallquelle Q_H angenommen, wie in Fig. 6a dargestellt. Dann werden diese konzentrischen Bögen in die obere Richtung um einen Winkel α_i (α₄≦α₁≦α₅) um die Achse Φ gedreht. Die Drehung wird beendet, wenn der Mittelpunkt jedes Bogens die obere Seitenlinie der horizontalen Seitenwand 5 im vertikalen Querschnitt schneidet, so daß sich die entsprechenden Bögen so bewegt haben, daß sie sich an der horizontalen Seitenwand 5 befinden. Die horizontale Wellenfront C_H wird in der gleichen Richtung um den Winkel α₅ um die Achse Φ zum oberen Endpunkt der vertikalen Öffnungskante C_V gedreht, um die horizontale Mundkante C′_H der horizontalen Seitenwand 5 des Trichters zu bilden. In Fig. 9 ist dieser Schritt dargestellt. Die horizontale Wellenfront C_H wird in die obere Richtung um die Achse Φ um den Winkel α₅ zum oberen Endpunkt der horizontalen Seitenwand gedreht. Somit bildet die Ortskurve der Kante C_H die obere Hälfte der vertikalen Mundkante. Irgendeiner der im horizontalen Querschnitt angenommenen Bögen l wird in der gleichen Richtung um die Achse Φ um den Winkel α_i bis zu einem Bogen l′ gedreht, der die obere Seitenlinie der Seitenwand 5 im vertikalen Querschnitt schneidet. Auf diese Weise wird die sich ergebende horizontale Seitenwand 5, wie in Fig. 10 gezeigt, gebildet.

(IV) Der in Fig. 6a dargestellte horizontale Querschnitt des Trichters wird in die obere Richtung um den Winkel α₅ gedreht, wodurch die verbleibenden vertikalen Seitenwände als Folge der Schnitte der Ortskurven des horizontalen Querschnitts des Trichters mit mehreren der an der horizontalen Seitenwand 5 in Schritt (III) angeordneten Bögen gebildet werden. Auf diese Weise wird die obere Hälfte der gesamten vertikalen Seitenwände konstruiert.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß in Fig. 8b der Abstand zwischen den Seitenwänden des Halsabschnitts 3 zwischen dem Hals 9 und dem Schlitz 7 so bestimmt wird, daß er in der Querschnittsebene exponential zunimmt.

Durch die oben beschriebenen Schritte werden schließlich die vertikalen und horizontalen Seitenwände 1, 2; 5, 6 gebildet.

Als praktische Ausführung wird ein Trichter mit konstanter Richtwirkung konstruiert, der einen horizontalen Richtwinkel von 90° und einen vertikalen Richtwinkel von 40° hat. Die entsprechenden Parameter dieses Trichters sind wie folgt:

(1) In bezug auf die vertikalen Seitenwände 1 und 2:
2α=90°, α₁=40,5° (α₁/α=0,9), T_H=12,5 (mm),
W_H=380 (mm), α₃=53,2° (α₃/α=1,18), L_H=274,5 (mm),
D_H=170 (mm) (D_H/L_H=0,62), α₂=41,9° (α₂/α=0,93),
H_H=164,8 (mm), a₁=-1520,9, b₁=1533,4,
c₁=5,57×10^-4, a₂=95,1, b₂=69,7, c₂=1,35×10^-2.
(2) In bezug auf die horizontalen Seitenwände 5 und 6:
2α=40°, α₄=18,6° (α₄/α=0,93), T_V=20 (mm),
W_V=347,5 (mm), α₅=24,6° (α₅/α=1,23),
L_V=714,9 (mm), D_V=394,8 (mm) (D_V/L_V=0,55), a₃=20,
a₄=-271,8, b₃=0,377, b₄=960,5, r=852,1.

Im folgenden werden die verschiedenen Kennwerte verschiedener Trichterbeispiele gemäß der Erfindung erläutert.

Fig. 11a bis 11c zeigen Diagramme der gemessenen Werte der Richtkennwerte von drei unterschiedlichen Trichtern gemäß der Erfindung; einen Trichter mit einem horizontalen Richtwinkel von 90° und einem vertikalen Richtwinkel von 40° (Fig. 11a), einen Trichter mit einem horizontalen Richtwinkel von 60° und einem vertikalen Richtwinkel von 40° (Fig. 11b) und einen Trichter mit einem horizontalen Richtwinkel von 40° und einem vertikalen Richtwinkel von 20° (Fig. 11c). In diesen Figuren werden die horizontalen Richtwirkungen durch ein Symbol "○" und die vertikalen Richtwirkungen durch "" bezeichnet. Man sieht aus den Diagrammen, daß die Richtkennwerte der Trichter mehr den vorbestimmten Auslegungswerten mit geringerer Streuung angenähert sind, und daß ein Dämpfungsphänomen im niedrigen Frequenzbereich aufgelöst werden kann, wodurch man eine gleichförmige Richtwirkung über einen weiten Frequenzbereich erhält, wenn die vorliegende Erfindung zur Steuerung der vertikalen Richtwirkungen, die eine genauere Steuerung erfordern, verwendet wird. Dies beruht darauf, daß die horizontalen Seitenwände dieser Trichter so konstruiert sind, daß die Schallwellen gleichförmiger von den Seitenwänden in der Nähe des Mundes abgestrahlt werden, indem man die Abschnitte der Seitenwände in der Nähe des Mundes (etwa 1/2 der gesamten Länge) bogenförmig macht.

Fig. 12a bis 12d stellen polare Muster eines erfindunsgemäßen Trichters mit einem horizontalen Richtwinkel von 90° und einem vertikalen Richtwinkel von 40° bei Frequenzen von 1 KHz, 2,5 KHz, 6,3 KHz bzw. 12,5 KHz dar. In diesen Figuren werden die horizontalen Muster durch ausgezogene Linien und die vertikalen Muster durch gestrichelte Linien dargestellt.

Fig. 13a, 13b, 14a, 14b, 15a und 15b stellen die horizontalen und vertikalen Richtwinkelkennwerte von drei unterschiedlichen Trichterformen gemäß der Erfindung dar (dargestellt durch das Symbol "○") und von üblicherweise verwendeten Trichtern (dargestellt durch das Symbol "∆").

Fig. 13a und 13b zeigen die horizontalen und vertikalen Richtwinkelkennwerte von einem erfindungsgemäßen Trichter und von einem üblichen Trichter, wobei diese Trichter einen horizontalen Richtwinkel von 90° und einen vertikalen Richtwinkel von 40° haben. Fig. 13a zeigt, daß der horizontale Richtwinkel des erfindungsgemäßen Trichters breiter als der des üblichen Trichters in einem Frequenzbereich von 4 KHz bis 10 KHz ist, jedoch in einer hohen Frequenz von 20 KHz steuerbar ist. Fig. 13b zeigt, daß der erfindungsgemäße Trichter Kennwerte aufweist, die mehr an die vorbestimmten Auslegungswerte mit kleinerer Streuung in einem Frequenzbereich höher als 1 KHz angenähert sind, und daß der horizontale Richtwinkel dieses Trichters bei einer hohen Frequenz von 20 KHz steuerbar ist. Weiter ist in einem Arbeitsfrequenzbereich von 630 Hz bis 16 KHz ein Mittelwert und eine Abweichung des Richtwinkels des Trichters gemäß der Erfindung 43° bzw. 15°, was bedeutet, daß dieser Trichter besser als der Trichter nach dem Stand der Technik ist.

Fig. 14a und 14b zeigen horizontale und vertikale Richtwinkelkennwerte eines Trichters gemäß der Erfindung bzw. eines üblichen Trichters, wobei diese Trichter einen horizontalen Richtwinkel von 60° und einen vertikalen Richtwinkel von 40° aufweisen. Fig. 14a zeigt, daß der erfindungsgemäße Trichter Kennwerte aufweist, die mehr an die vorbestimmten Auslegungswerte angenähert sind, wobei eine niedrigere Streuung in einem Frequenzbereich höher als 800 Hz vorliegt. Der Mittelwert und die Abweichung des Richtwinkels beim erfindungsgemäßen Trichter betragen 64° bzw. 19°, was eine Verbesserung gegenüber dem üblichen Trichter darstellt. Fig. 14b zeigt, daß der vertikale Richtwinkel des erfindungsgemäßen Trichters etwa gleich dem Auslegungswert in einem Frequenzbereich höher als 1 KHz ist, wobei eine niedrigere Streuung und eine Steuerbarkeit bis 20 KHz vorliegt. Der Mittelwert und die Abweichung des Richtwinkels betragen 44° bzw. 18°, was eine Verbesserung gegenüber dem üblichen Trichter darstellt.

Fig. 15a und 15b zeigen horizontale und vertikale Richtwinkelkennwerte eines Trichters gemäß der Erfindung und eines üblichen Trichters, wobei die Trichter einen horizontalen Richtwinkel von 40° und einen vertikalen Richtwinkel von 20° aufweisen. Fig. 15a zeigt, daß der horizontale Richtwinkel des Trichters gemäß der Erfindung mehr an einen Auslegungswert angenähert ist, d.h. einen objektiven Richtwinkel, der gleichförmiger in einem niedrigen Frequenzbereich bis 16 KHz als der des üblichen Trichters ist. Der Mittelwert und die Abweichung des Richtwinkels des erfindungsgemäßen Trichters betragen 43° bzw. 14°, was eine Verbesserung gegenüber dem üblichen Trichter darstellt. Fig. 15b zeigt, daß der vertikale Richtwinkel des Trichters gemäß der Erfindung in etwa gleich dem Auslegungswert ist, und in einem Frequenzbereich von 1 KHz bis 16 KHz gleichförmiger ist. Der Mittelwert und die Abweichung des Richtwinkels dieses Trichters betragen 22° und 11°, welches eine Verbesserung gegenüber dem üblichen Trichter darstellt.

Aus den obigen Werten sieht man, daß der erfindungsgemäße Trichter Richtwinkel hat, die mehr an die nominalen Werte (Auslegungswerte) angenähert sind, wobei eine niedrigere Abweichung als bei üblichen Trichtern vorliegt. Insbesondere zeigen die vertikalen Richtwinkel der erfindungsgemäßen Trichter eine Verbesserung gegenüber den üblichen Trichtern und eine Steuerbarkeit bis zu 20 KHz in dem Fall, in dem der vertikale Richtwinkel 40° beträgt. Dies beruht darauf, daß der vertikale Richtwinkel durch die horizontalen Seitenwände verursacht wird, die eine Form haben, die eine Kombination einer geraden Linie und eines Bogens darstellen.

Fig. 16 zeigt Frequenzkennwerte eines erfindungsgemäßen Trichters (dargestellt durch ausgezogene Linien) und die von üblichen Trichtern (dargestellt durch gestrichelte Linien), wobei diese Trichter einen horizontalen Richtwinkel von 90° und einen horizontalen Richtwinkel von 40° aufweisen und durch die gleiche Treibereinheit angetrieben werden. Ebenfalls zeigt Fig. 17 Frequenzkennwerte eines erfindungsgemäßen Trichters (ausgezogene Linie) und eines üblichen Trichters (dargestellt durch gestrichelte Linie), wobei diese Trichter einen horizontalen Richtwinkel von 60° und einen vertikalen Richtwinkel von 40° haben und von der gleichen Treibereinheit angetrieben werden. In diesen Figuren zeigen die durch gestrichelte Linien dargestellten Bereiche, daß die erfindungsgemäßen Trichter höhere Ausgangsschalldrücke als übliche Trichter haben.

Man sieht deutlich aus den Fig. 16 und 17, daß die erfindungsgemäßen Trichter eine bessere Leistung in einem Frequenzbereich von 500 Hz bis 2 KHz als übliche Trichter haben. Dies zeigt, daß die erfindungsgemäßen Trichter in diesem Frequenzbereich hohe Strahlungswiderstände aufweisen, was darauf beruht, daß die vertikalen Seitenwände eine Form haben, die durch eine Kombination von konstanten und exponentialen Ausdrücken gebildet werden, und wobei die Form des Mundrandes mit einer Äquiphasenfront einer ausgestrahlten Schallwelle übereinstimmmt.

Man sieht aus den Vergleichen der Richtwinkelsteuerkennwerte und der Frequenzkennwerte, daß die erfindungsgemäßen Trichter eine bessere Leistung als übliche Trichter haben. Dies beruht auf der Tatsache, daß die erfindungsgemäßen Trichter genau ausgelegt werden können, und daß die Seitenwände und der Mund des Trichters geformt werden.

Claims

1. Lautsprechertrichter, mit

- einem ersten Paar gegenüberliegender Seitenwände (1, 2), welche jeweils zwischen treiberseitigen und schallaustrittsseitigen Enden einen treiberseitigen Abschnitt (S_H1) und einen schallaustrittsseitigen, mit dem treiberseitigen Abschnitt (S_H1) verbundenen Abschnitt (S_H2) aufweisen, und
- einem im wesentlichen senkrecht zum ersten Paar gegenüberliegender Seitenwände (1, 2) angeordneten, zweiten Paar gegenüberliegender Seitenwände (5, 6),

dadurch gekennzeichnet, daß

- das erste Paar gegenüberliegender Seitenwände (1, 2) in einer die Mittelachse (X) des Trichters einschließenden Ebene senkrecht zu den Seitenwänden (1, 2) des ersten Paares eine durch folgende Gleichung bestimmte Form hat: y = a + b · e^cxwobei a, b und c Konstanten sind, die in den ersten und zweiten Abschnitten (S_H1, S_H2) unterschiedliche Werte haben und ungleich Null sind.

2. Lautsprechertrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanten in der die Form des ersten Paares gegenüberliegender Seitenwände (1, 2) definierenden Gleichung durch folgende Parameter bestimmt werden: α₁/α = 0,87 ∼ 0,90
α₂/α = 0,90 ∼ 0,95
α₃/α = 1,17 ∼ 1,21
D/L = 0,56 ∼ 0,62wobei α, α₁ bis α₃, D und L in einer Ebene genommen werden; α ein gewünschter Richtwinkel ist; α₁ ein Winkel zwischen der Mittelachse (X) des Trichters und einer Tangente an eine der gegenüberliegenden Seitenwände (1, 2) im treiberseitigen Abschnitt (S_H1) am treiberseitigen Ende ist; α₂ (<α₁) ein Winkel zwischen der Mittelachse (X) des Trichters und einer einen Punkt an der Grenze des treiberseitigen und des schallaustrittsseitigen Abschnitts (S_H1, S_H2) der gegenüberliegenden Seitenwände (1, 2) und einen Schnittpunkt der Mittelachse (X) des Trichters und der Tangente an eine der gegenüberliegenden Seitenwände (1, 2) im treiberseitigen Abschnitt (S_H1) am treiberseitigen Ende verbindenden Linie ist; α₃ ein Winkel zwischen der Mittelachse (X) des Trichters und einer den Schnittpunkt und einen Endpunkt des schallaustrittsseitigen Abschnitts (S_H2) am schallaustrittsseitigen Ende verbindenden Linie ist; D die Länge des treiberseitigen Abschnitts (S_H1) längs der Mittelachse (X) des Trichters ist; und L die Länge der Mittelachse (X) des Trichters zwischen dem treiberseitigen und dem schallaustrittsseitigen Ende ist.

3. Lautsprechertrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenze des treiberseitigen (S_H1) und des schallaustrittsseitigen (S_H2) Abschnittes ein Differentialkoeffizient der Gleichung für den treiberseitigen Abschnitt (S_H1) gleich dem für den schallaustrittsseitigen Abschnitt (S_H2) ist.

4. Lautsprechertrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) die gleiche Form wie das erste Paar gegenüberliegender Seitenwände (1, 2) hat.

5. Lautsprechertrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) einen treiberseitigen Abschnitt (S_V1) und einen schallaustrittsseitigen, mit dem treiberseitigen Abschnitt (S_V1) verbundenen Abschnitt (S_V2) aufweist, und
- das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) in einer die Mittelachse (X) des Trichters einschließenden Ebene senkrecht zu den Seitenwänden (5, 6) des zweiten Paares im treiberseitigen Abschnitt linear und im schallaustrittsseitigen Abschnitt bogenförmig ist.

6. Lautsprechertrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) durch folgende Parameter bestimmt wird: α₄/α_V = 0,90 ∼ 0,95
α₅/α_V = 1,21 ∼ 1,28
D₂/L₂ = 0,52 ∼ 0,57wobei α_V, α₄, α₅, D₂ und L₂ in einer weiteren Ebene genommen werden; α_V der gewünschte Richtwinkel ist; α₄ der Winkel zwischen der Mittelachse (X) des Trichters und einer Linie an den gegenüberliegenden Seitenwände (5, 6) im treiberseitigen Abschnitt (S_V1) ist; α₅ ein Winkel zwischen der Mittelachse (X) des Trichters und einer einen Endpunkt der Seitenwände (5, 6) im treiberseitigen Abschnitt (S_V1) am treiberseitigen Ende und einen Schnittpunkt der Mittelachse (X) des Trichters verbindenden Linie und der an eine der gegenüberliegenden Seitenwände (5, 6) im treiberseitigen Abschnitt (S_V1) verlaufenden Linie ist; D₂ die Länge des treiberseitigen Abschnittes (S_V1) längs der Mittelachse (X) des Trichters ist; und L₂ die Länge der Mittelachse (X) des Trichters zwischen dem treiberseitigen und dem schallaustrittsseitigen Ende ist.

7. Lautsprechertrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der weiteren Ebene die an die Seitenwände im treiberseitigen Abschnitt (S_V1) des zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) laufenden Linien an der Grenze des treiberseitigen (S_V1) und des schallaustrittsseitigen (S_V2) Abschnitts Tangenten an die Seitenwände im schallaustrittsseitigen Abschnitt (S_V2) des zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände (5, 6) sind.

8. Lautsprechertrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Mundes (4) des Trichters mit einer gleichphasigen Front einer sich im Inneren des Trichters ausbreitenden Schallwelle übereinstimmt.

9. Lautsprechertrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übergangsabschnitt zwischen der Treibereinheit und einem Schlitz (7) des Trichters angeordnet ist, wenn die Treibereinheit einen größeren Halsdurchmesser als die Schlitzbreite hat.