DE4426995A1 - Permanent-Dynamischer Lautsprecher mit zylindrischer Abstrahlung - Google Patents
Permanent-Dynamischer Lautsprecher mit zylindrischer AbstrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Lautsprecheranordnung ist aus der DE-OS 17 62 735
bekannt, dort sind jedoch nur gleichartige Lautsprecher in
einer Zeile angeordnet, wobei mindestens zwei Zeilen neben
einander vorgesehen sind. Der Nachteil einer solchen Anord
nung besteht darin, daß durch Interferenzen der von den bei
den Schallzeilen abgestrahlten Wellen an bestimmten Stellen
des Raumes Auslöschungen auftreten können.
In der DE-OS 27 29 051 ist eine Lautsprecheranordnung be
schrieben, bei der zwar verschiedene Frequenzbereiche ab
strahlende Lautsprecher übereinander angeordnet sind, jedoch
nicht abwechselnd, so daß sich in vertikaler Richtung keine
homogene Abstrahlung von hohen und tiefen Frequenzen ergibt.
Die AT-PS 3 58 114 zeigt Lautsprecheranordnungen, bei denen
Hoch- und Tieftöner in einer Zeile angeordnet sind; jedoch
ergibt sich bei Verwendung von Hochtönern an nur einer Stelle
in der Vertikalen ebenfalls keine homogene Abstrahlung von
hohen und tiefen Frequenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der Vertikalen
homogene Schallwellen abzustrahlen, wobei horizontale Ab
strahlung ohne phasenbedingte Auslöschungen erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Lautsprecher
anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan
spruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
Der Vorteil eines zylindrisch abstrahlenden Lautsprechers
besteht hauptsächlich in der Abstrahlung einer geraden Wellen
front, bei der in der Vertikalachse keine örtlichen Sprünge
der Schallquelle aufkommen, wie es bei Zweiwege-, Dreiwege-
und sonstigen Mehrwegelautsprechern der Fall ist. Dieser Ef
fekt tritt um so stärker auf, je höher die Flankensteilheit
der verwendeten Frequenzbereiche ist. Auch bei Mehrwegelaut
sprechern, bei denen die einzelnen Systeme mit geringstmög
lichem Abstand zueinander angeordnet sind, ergeben sich ge
ringe örtliche Sprünge der Schallquelle, weil die Membranen
sehr unterschiedliche Abmessungen haben. Außerdem verändern
sich die Abstrahlebenen solcher Konstruktionen im Rundstrahl
verhalten.
Ziel der Erfindung war, eine Lautsprecheranordnung zu finden,
die möglichst viele akustische Vorteile in sich vereinigt.
Selbst ein Entzerrer (Equalizer) für den Frequenzgang ist bei
diesem Lautsprecher nicht erforderlich, da spezielle Be
schleuniger die Luftbewegungen bei kleinen Membranhüben auf
dem notwendigen Niveau halten. Schalleitbleche vermeiden
Klangverfälschungen durch Schallverkleidungen oder benach
barte Wände. Der Gehäuseaufbau und die Einbauten wirken mit
der Trennfrequenz zusammen und unterbinden Resonanzen. Die am
Ende mit Schaumgummidämpfern abgeschlossene Transmissionsline
entlüftet das Gehäuse und unterstützt die Membranbewegungen
des Mitteltieftonsystems. Zusätzliche Synchronmembranen zwi
schen je zwei Mitteltieftönern erzwingen ein gleichphasiges
Schwingen der Lautsprecher im Tieftonbereich. Durch die Über
gangsfrequenz und zeilenförmig platzierte Lautsprecher, kön
nen alle 11 Lautsprecher wie eine Membran phasengleich ab
strahlen. Die bei Elektrostaten auftretenden Partialschwing
ungen durch die Membran überlaufenden Schallwellen, die sich
in ihrer Fläche mehrmals teilen, sind ausgeschlossen.
Der Klirrfaktor ist durch das Multisystem entsprechend ge
ring: Setzt man für ein Breitbandsystem einen K₂-Klirrfaktor
von ca. 1% bei 8 KHz ein, so vermindert sich dieser auf den
5-ten Teil, also 0,2%. Bei 100 Hz liegt ebenfalls der K₂/K₃-
Klirrfaktor auf dem 5-ten Teil, also bei 0,3%. Die Beschleu
niger schaffen die erforderlichen Bedingungen für eine phas
enstarre Abstrahlung, wobei der eigentliche Schall am Be
schleuniger entsteht. Das erlaubt, die Lautsprecherbestück
ung zu variieren: z. B. 4 Hochtöner mit 5 Tieftönern oder
3 Hochtöner mit 4 Tieftönern und umgekehrt. Erhält man dabei
das Grundkonzept, so bleibt die Transparenz der Wiedergabe
erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in den Zeich
nungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1a Frontverkleidung links,
Fig. 1b Gehäuse links,
Fig. 2a Gehäuse rechts,
Fig. 2b Frontverkleidung rechts,
Fig. 3a Seitenansicht und Draufsicht links Gehäuse innen,
Fig. 3b Perspektivansicht zu Fig. 3a,
Fig. 3c Außenhülle links mit Luftwegdarstellung, Anordnung
der Synchronmembran,
Fig. 4a Seitenansicht und Draufsicht rechtes Gehäuse innen,
Fig. 5a Anordnung Schalleitblech vor dem Mitteltieftöner
(Draufsicht),
Fig. 5b Anordnung des 90°- und 45°-Schalleitbleches vor dem
Hochtöner (Draufsicht),
Fig. 6 Anordnung des Beschleunigers im Hochtonkegel des
Mitteltieftöners (Querschnitt),
Fig. 7 Bändchenhochtöner (Explosionszeichnung).
Das verwendete Gehäuse ist als Transmissionsline ausgelegt.
Sie wird für den reflexionsfreien Innenausbau und zur Belüft
ung benutzt. Fig. 3c zeigt den Luftweg und eine Detailzeichnung
der Anordnung der Synchronmembran. Beim Einschwingen des Laut
sprechers läuft die Druckwelle zuletzt gegen Schaumgummidäm
pfer an der Frontplatte, die nach außen offen sind. Somit ist
die Druckwelle vernichtet und der Innendruck der Außenluft an
geglichen. Der Druckanstieg beim Einschwingen des Lautspre
chers ist wesentlich geringer als bei geschlossenen Gehäusen,
Baßreflex oder ähnlichen Konstruktionen. Die im Gehäuse
schnellere Welle dringt durch die Dämpfungselemente nach aus
sen, während die Außenluft wegen des wesentlich niedrigeren
Druckes nur wenig eindringen kann. Der so erhaltene Summen
gleichdruck bewirkt die zur Amplitude angepaßte Membranbelast
ung, bei der die gesamte Membran im Rückwärtsschwingen ge
stützt wird. Da durch Fertigungsstreuungen die Eigenresonanz
der Lautsprecher um ca. 10% differiert bleibt durch die ver
schobenen Resonanzwiderstandsspitzen eine Zeitdifferenz, in
der einem Lautsprecher mehr Leistung zugeführt wird, wenn die
ser das Widerstandsmaxima durchlaufen hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß zwi
schen zwei Lautsprechern eine Passivmembran angeordnet ist,
die durch die stehende Welle zwischen den Lautsprechern an
getrieben wird. Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung in
einer offenen Schallführung angewendet, wobei im Gehäuse Kam
mern mit einer Öffnung zur eigentlichen Schallführung vor
handen sind. Da mit der Synchronmembran nur jeweils zwei
Lautsprecher synchronisiert werden können, muß eine größere
Lautsprechergruppe zu je zwei in einem Gehäuse aufgeteilt
werden.
Fig. 3c zeigt das Funktionsprinzip. Die Synchronmembran
(Passivmembran) schwingt nach dem Baßreflexprinzip gegen die
stehende Welle und zwingt so die Lautsprecher zum gleichphas
igen Schwingen. Die Innenwände des Gehäuses sind mit 3 mm dik
kem Schaumgummi beklebt. Die teils konische Gehäuseform und
zusätzliche Dämpfer hinter den Lautsprechern gewähren einen
reflexionsfreien Innenraum. Die Frequenzaufteilung zwischen
Hoch- und Tiefton ist dem Innenraum angepaßt: 2500 Hz = 13,6 cm
Wellenlänge. Fig. 3a und b zeigt wie die Transmissionsline mit
den Versteifungen zusammenhängt am Beispiel der linken Box:
Auf die Rückplatte sind 2 Träger aufgestellt auf denen die Um
kehrplatte ruht. Deren Breite ist 34 cm. Ihr Abstand zu den
Seitenwänden ist je 6 cm. Auf der Umkehrplatte steht das Trä
gerbrett der Frontplatte, zugleich Seitenteil der Lautspre
cherkammer. Breite Frontplatte: 17,5 cm. Die runden Dübel ver
steifen Rück- und Umkehrplatte, die rechten Klötze Umkehr-,
Frontplatte und rechte Schrägwand. Die linke Schrägwand wird
durch schräge Klötze mit der Umkehrplatte und seitlich durch
Stege (10 × 3,5 cm) mit der Frontplatte verbunden. Der so ent
standene Austrittsspalt zwischen Schrägwand und Frontplatte,
Breite 3,5 cm, wird mit den Schaumgummielementen verschlossen.
Das rechte Gehäuse muß genau spiegelbildlich aufgebaut werden,
um den Boxen ein äußerlich symmetrisches Aussehen zu geben.
Siehe Fig. 1a, b und 2a, b. Fig. 5a und b zeigt die linke
Schallverkleidung. Dabei wird die Wirkungsweise der Schalleit
bleche klar: Das mittlere Schalleitblech (Fig. 5b) verhindert
Schallreflexionen an einer benachbarten Wand. Das nur auf Fig.
5a zu sehende ist für den Baßmittelton gedacht. Das schrägge
stellte Schallblech auf Fig. 5b vermeidet Reflexionen an Ge
häuse und Schallverkleidung. Der Aufbau für die rechte Box ist
spiegelbildlich. Das Bruttovolumen einer Box umfaßt ca.
212 Ltr. Die Abmessungen können Fig. 3c entnommen werden. Fig.
5a und b sind im Maßstab 1 : 1 gezeichnet.
Das Gehäuse des Ausführungsbeispiels ist aus 20-mm-Spanplatte
gefertigt und dient mit Hilfe einer Transmissionsline als re
flexionsfreier Innenraum. Gekennzeichnet durch schräge Wände,
die keine stehenden Wellen aufkommen lassen, und die am Ende
mit Schaumgummi verschlossene Transmissionsline, die somit
keine Halbwellen und Gehäuseschall abstrahlt, sondern zur Ven
tilation des Gehäuses beiträgt. Die Gehäuseinnenwände sind mit
Schaumgummi bezogen. Hinter den Einbaulöchern der Mitteltief
töner sind die Dämpfungselemente sowie die Synchronmembranen
mit den dazugehörenden Gehäuseeinbauten zur Zweiergruppenauf
teilung angeordnet. Der mittlere Mitteltieftöner wird zu einer
einzelnen Einheit ausgestaltet, die ebenfalls zur Transmis
sionsline geöffnet ist.
Die Abmessungen sind: Höhe 170 cm, Breite 50 cm,
Gesamttiefe mit Schallverkleidung: 35 cm.
Tiefe der Seitenwände 18 cm.
Schrägwände: Tiefe 11 cm, Breite 18 cm.
Tiefe bis zur Frontplatte: 28,5 cm.
Winkel: Seiten-Schrägwand 52° Schrägwand-
Frontplatte 38°.
Volumen 212 l.
An den Hochtonlautsprechern (Fig. 7) wurden folgende Verän
derungen vorgenommen: Zwischen Befestigungsplatte Nr. 2 und
Membran Nr. 4 wurde eine Distanzscheibe mit 1 mm Dicke ein
gesetzt, die hohe Luftturbulenzen vor der Membraneinspannung
mildert und ein Anschlagen der Membran verhindert. Teil Nr. 5
ist eine weitere zusätzliche Distanzscheibe aus Pappe. Sie
mildert ebenfalls die Luftturbulenzen hinter der Membran und
verhindert ein rückwärtiges Anschlagen der Membran. Um die
durch die Erwärmung der Leiterbahnen entstehende Ausdehnung
der Luft in der Luftkammer zu kompensieren, und somit ein
Blähen der Membran zu verhindern, wird eine luftdurchlässige
Distanzscheibe Nr. 5 eingefügt. Sie erlaubt eine genügende
Ventilation der Luftkammer.
Die Dicke des Teils Nr. 5 beträgt 0,2 mm, was der halben
Amplitudenlänge entspricht. Die Teile Nr. 7, Dämpfungsstege
sind ebenfalls gegen selbstgefertigte Schaumgummistege aus
getauscht.
Bezugszeichenliste
Teil
Nr. 1 Frontplatte
Nr. 2 Befestigungsplatte
Nr. 3 Distanzscheibe 1 mm dick, Pappe
Nr. 4 Membran
Nr. 5 Distanzscheibe 0,2 mm dick, Pappe
Nr. 6 Distanzscheibe 0,2 mm dick, Kupferblech
Nr. 7 Dämpfungsstege Schaumgummi
Nr. 8 Magnetplatte
Nr. 1 Frontplatte
Nr. 2 Befestigungsplatte
Nr. 3 Distanzscheibe 1 mm dick, Pappe
Nr. 4 Membran
Nr. 5 Distanzscheibe 0,2 mm dick, Pappe
Nr. 6 Distanzscheibe 0,2 mm dick, Kupferblech
Nr. 7 Dämpfungsstege Schaumgummi
Nr. 8 Magnetplatte
Claims (6)
1. Lautsprecheranordnung zur Abstrahlung zylindrischer Schall
wellen mit Vertikalachse, bei der die einzelnen Lautsprecher
mit geringstmöglichem Abstand zueinander in einer vertikalen
Zeile montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile
aus 5 Mitteltieftönern und 6 Hochtönern besteht (Fig. 1 und
2), die in einer Achse abwechselnd angeordnet sind, wobei sich
an den beiden Enden der Zeile jeweils ein Hochtöner befindet.
2. Lautsprecheranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Frontverkleidung vertikal verlaufende
Schalleitbleche montiert sind (Fig. 1a und 2b), wobei die bei
den mittleren Bleche im 90°-Winkel und ein seitliches, auf den
Zuhörer gerichtetes Blech im 45°-Winkel zur Frontplatte stehen
und über die gesamte Lautsprecherzeile reichen (Fig. 5a und
5b, Fig 1a und 1b, Fig. 2a und 2b).
3. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hochtonkegeln der
Mitteltieftöner Beschleuniger montiert sind, die im Quer
schnitt zum Hochtonkegel gesehen, die Form eines Kegelstumpfes
haben, und nach außen hin in eine elliptische Form auslaufen,
wobei jeder Mitteltieftöner mit diesem Beschleuniger versehen
ist (Fig. 6, Fig. 1b und 2a).
4. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Schall
der Lautsprecher in eine horizontal angeordnete Transmissions
line abgestrahlt wird, wobei er mit Hilfe einer Umkehrplatte
etwa in Form eines horizontalen Dreiecks umgeleitet wird und
nach Durchlaufen eines konusförmigen Teils der Transmissions
line durch Schaumgummidämpfer neben den Lautsprechern austritt
(Fig. 3c).
5. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die stehende Welle
zwischen zwei gleichartigen Lautsprechern im Gehäuse eine
Passivmembran angetrieben wird, die nach dem Baßreflexprinzip
gegen die Phase der stehenden Welle schwingt.
6. Lautsprecheranordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine linke und eine
rechte Box spiegelbildlich aufgebaut sind.
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