DE68915582T2

DE68915582T2 - Zylindrischer Akustischer Wellenleiter.

Info

Publication number: DE68915582T2
Application number: DE68915582T
Authority: DE
Inventors: Christian Heil
Original assignee: Heil Acoustics
Current assignee: L'acoustics Gometz La Ville Fr
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2009-02-25
Also published as: ES2054041T3; FR2627886A1; EP0331566B1; US5163167A; FR2627886B1; EP0331566A1; DE68915582D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Optimierung akustischer Kopplungen zwischen benachbarten elektroakustischen Wandlern über den gesamten Bereich deren Frequenzspektrums mit Hilfe eines besonderen Wellenleiters. Ziel dieses Wellenleiters ist die Umwandlung einer ebenen kreisförmigen gleichphasigen Wellenfläche (die Membran eines Lautsprechers oder der Ausgang einer Druckkammer) in eine ebene rechteckige gleichphasige Wellenfläche. Die Ausrichtung mehrerer so gebildeter rechteckiger Flächen bildet ein ebenes gleichphasiges Band, aus dem eine kohärente, zylindrische, fortschreitende Welle austreten kann. Mehrere auf diese Weise gekoppelte Wandler erzeugen eine kohärente, zylindrische Welle, während dieselben Wandler ohne den erfindungsgemäßen Wellenleiter ebensoviele kugelförmige, fortschreitende Wellen erzeugen, die einander überlagern.
Aus dem Dokument US-A-4.718.517 ist ein Lautsprecher bekannt, der eine Koppelvorrichtung mit einem rechteckigen Auslaß und ferner ein Phasenteil aufweist. Dieses System ist zur Erzeugung einer kohärenten zylindrischen Welle ungeeignet.
Durch das Dokument US-A-3.980.829 ist ein Wellenleiter mit einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen bekannt, der zum Anordnen vor einer elektrostatischen Platte bestimmt ist, die bei hoher Wiedergabetreue zur Verringerung der Richtdämpfung verwendet wird. Die Einlaßöffnung des Wellenleiters ist rechteckig. Dieser Leiter kann nicht bei kreis- oder ringförmigen Lautsprechern oder Druckkammern eingesetzt werden und ist zur Beschallung mit hoher Leistung ungeeignet.
In allgemeiner Weise ist die Erfindung in den Ansprüchen 1 bis 3 festgelegt. So weist der Schallwellenleiter einen kreis- oder ringförmigen Einlaß und einen rechteckigen Auslaß in der Weise auf, daß die Übertragungszeit der Welle zwischen Einlaß und Auslaß konstant ist, welcher der benutzte akustische Weg auch immer sei.
Die anderen Ansprüche bestimmen Eigenschaften, die für ein Ausführungsbeispiel geeignet sind.
Gemäß einer Eigenschaft dieses Beispiels weist die Leitung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßfläche einen Kanal auf, der an die allgemeine Form einer Fläche erinnert.
Die flächig bezeichnete Form wird durch Verformung der Wände der Leitung oder durch Einbau eines oder mehrerer Innenkörper in die Leitung oder zugleich durch Verformung der Wände der Leitung und durch Einbau eines oder mehrerer Innenkörper in besagte Leitung erhalten.
Der Innenkörper kann verschiedene Formen aufweisen und aus mehreren Elementen gebildet sein. Dieser Körper kann das allgemeine Aussehen einer abgeflachten Pyramide oder eines abgeplatteten Kegels aufweisen, deren bzw. dessen Spitze in die Einlaßöffnung eintritt und dessen anderes Ende mit einer Kante so versehen ist, daß die Kante in der Auslaßfläche der Leitung längs der Achse des besagten Auslasses liegt.
Der Diffusor ist zum Zusammenwirken mit mehreren Lautsprechern und mehreren Wellenleitern vorgesehen. In diesem Fall liegen alle länglichen Flächen der Auslaßöffnungen in einer Ebene sowie in gegenseitiger Verlängerung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend ein in den beiliegenden Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Wellenleiters beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Diffusors,
Fig. 2 einen horizontalen Axialschnitt,
Fig. 3 einen vertikalen Axialschnitt,
Fig. 4 eine Rückansicht des Leiters für einen Lautsprecher mit Druckkammer,
Fig. 5 eine Rückansicht für einen Lautsprecher mit einer Ringmembran,
Fig. 6 eine Vorderansicht,
Fig. 7 einen Schnitt längs VII-VII in Fig. 5,
Fig. 8 einen Schnitt längs VIII-VIII in Fig. 5,
Fig. 9 die Form des Innenkörpers,
Fig. 10 eine Seitenansicht des Innenkörpers,
Fig. 11 eine Draufsicht auf den Innenkörper,
Fig. 12 eine Vorderansicht des Innenkörpers.
Der in Fig. 1 dargestellte Wellenleiter ist aus drei Elementen 1, 2, 3 gebildet.
Die Elemente 1 und 2 sind bezüglich einer vertikalen Ebene symmetrisch und bilden Schalen, zwischen denen der Innenkörper 3 befestigt ist. Jede Schale weist einen hinteren Flansch 4 oder 4' und einen vorderen Flansch 6 oder 6' auf, die durch eine Zwischenplatte 5 oder 5' verbunden sind, wobei die Flansche 4-4' in gegenseitiger Verlängerung liegen und dieses ebenso für die Flansche 6, 6' gilt, die zwischen sich einen durch die Aussparungen 8, 8' gebildeten Schlitz 9 bestehen lassen. Die Vertiefungen aufweisenden Teile 7 und 7' bilden eine Aufnahme für das Element 3.
Die hinteren Flansche 4, 4' weisen eine kleine kreisförmige Aussparung 10, 10' auf, die nach dem Zusammenbau einander gegenüberliegen, um die Einlaßöffnung 11 festzulegen.
Fig. 4 zeigt den Fall eines Leiters, der für einen Lautsprecher mit Druckkammer vorgesehen ist, und die eine relativ geringe Fläche aufweisende Öffnung 11 läßt die Spitze 12 des Innenkörpers 3 erkennen, der weiter unter detailliert beschrieben wird.
Fig. 5 zeigt den Fall eines Wellenleiters, der für einen Lautsprecher mit einer Ringmembran vorgesehen ist. Die Öffnung 11' weist eine größere Fläche als im vorhergehenden Fall auf. Bei 13 ist das Ende eines anderen Innenkörpers zu sehen.
Fig. 6 zeigt die vorderen Flansche 6 und 6' mit deren Aussparungen 8, 8', die den Schlitz 9 bestimmen, der den Körper 3 auf dieser Seite mit einer Kante 14 enden läßt.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Wellenleiter zu sehen, der an einem Lautsprecher 15 befestigt und mit einem Trichter 16 versehen ist. Es ist zu erkennen, daß zwischen dem Körper 3 und einer Aufnahme 7, 7' ein nicht unterbrochener Kanal vorhanden ist, der mit den Bezugszeichen 16 bis 18' bezeichnet ist. Dieser Kanal umgibt den Körper 3 auf allen Seiten und weist eine etwa konstante Breite auf.
Der Körper 3 und die Wand der Aufnahme 7, 7' weisen Formen und Abmessungen auf, die aufeinander abgestimmt sind, um zwischen sich eine Fluidschicht in der zu diesem Zweck vorgesehenen Leitung strömen zu lassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel betragen bzw. bedeuten
O = 35 mm, den Durchmesser der Auslaßöffnung der Druckkammer,
a = 50º, den Winkel des Kegels (Einlaß) und der Abschrägung (Auslaß),
I = 30 mm, die Breite der rechteckigen Auslaßöffnung,
L = 220 mm, die Höhe der rechteckigen Auslaßöffnung,
A = 112 mm, die halbe Länge der Vorrichtung.
Es ist selbstverständlich, daß diese Abmessungen keine Beschränkungen bedeuten, sondern nur als Beleg zur Erläuterung des gezeigten Beispiels angegeben sind.
Der Innenkörper 3 weist die allgemeine Form eines Kegels 19 auf, dessen Basis bis zur Hälfte seiner Höhe abgeschrägt ist, um zwei Bereiche 20, 21 zu bestimmen, die die Kante 14 festlegen. Der Körper 3 ist durch jedes bekannte Mittel befestigbar. In Fig. 9 ist eine einzige Lasche 22 zu sehen, aber es ist eine dazu symmetrisch angeordnete Lasche vorhanden, und bei der Montage werden die zwei Laschen sandwichartig zwischen den Platten 5 und 5' gehalten.
Der Wellenleiter wird aus einem steifen Material (Metall, Kunststoff, Harz) durch Gießen hergestellt. Wie vorstehend dargelegt, ist er aus drei Teilen gebildet, wobei das zentrale Teil sandwichartig zwischen zwei identischen außenliegenden Teilen gehalten wird, die die Wände des Wellenleiters bestimmen und die Flansche am Einlaß zur Befestigung am Lautsprecher sowie am Auslaß zur Befestigung am Trichter aufweisen. Die drei Teile werden durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengesetzt.
Die Formen des Innenkörpers und der Aufnahme sind so, daß die kürzesten Wege, um von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung zu gelangen, alle die dieselbe Länge oder sehr nahe beieinanderliegende Längen aufweisen. Während des Betriebs ist die Übertragungszeit der Schallwelle durch den Leiter hindurch konstant.
So läßt der besagte Wellenleiter das Umwandeln der durch die Membran eines Lautsprechers oder durch die Öffnung einer Druckkammer erzeugten gleichphasigen, kreisförmigen Wellenebene in eine rechtwinklige, gleichphasige Wellenebene zu. Die Dimensionen der fraglichen rechteckigen Ebene sind so kalibriert, daß die austretende Schallwelle sich in fast zylindrischer Weise fortpflanzt.
Die Parameter zur Optimierung eines Leiters sind wie folgt:
- entweder (f1, f2) mit f2 > f1, wobei (f1, f2) das Frequenzintervall angibt, in dem der Leiter wirksam sein muß, und (λ&sub1;, λ&sub2;) für die zugehörigen Wellenlängen,
- oder I und L, nämlich die Breite bzw. die Länge des Rechtecks des Auslasses des Leiters, wobei L die vertikale Seite und I die horizontale Seite bedeuten.
Bei einer zylindrischen Ausbreitung, bei der die Achse des Zylinders vertikal verläuft, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein, damit das Auslaßrechteck eine gleichphasige Ebene ist:
i = Breite der Leitung < λ&sub2;
ii = a ≤ 30º
iii = wenn δ die Maximalabweichung zwischen den verschiedenen möglichen akustischen Wegen im Leiter ist, muß δ ≤ λ&sub2;/4 sein.
Damit die Ausbreitung längs der vertikalen Achse tatsächlich zylindrisch ist, muß
iv: L > einige λ&sub1;
v: I ≤ λ&sub2; sein.
Das bevorzugte Verwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Diffusoren ist das der professionellen Beschallung von Räumen oder Freiluftplätzen, die eine große Anzahl nebeneinander angeordneter Lautsprecher erfordern.
Das Stapeln mehrerer Lautsprecher mit Wellenleitern in senkrechter Richtung, wobei die Seite L vertikal verläuft, bewirkt das Erzeugen eines gleichphasigen ebenen Bandes, aus dem eine kohärente zylindrische Welle austreten kann. Eine optimale Kopplung zwischen den Lautsprechern ist so hergestellt.

Claims

1. Wellenleiter zur Übertragung akustischer Wellen vorbestimmter minimaler Länge (λ&sub2;), der mit dem Ausgang eines elektroakustischen Wandlers zusammenpaßt und einen ununterbrochenen Durchgang aufweist, der stromaufwärts einen Einlaß, der das dem Wandler nächstgelegene Ende des Wellenleiters bildet, mit einem Auslaß stromabwärts verbindet, der das entgegengesetzte Ende des Wellenleiters bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (11, 11') eine Kreis- oder Ringform aufweist, die Auslaßöffnung durch eine rechteckige ebene und längliche Öffnung (9) gebildet ist, der Durchgang (16, 17; 18, 18') diese Öffnungen miteinander verbindet und die vom Wandler ausgesandten Wellen führt, und dadurch, daß dreidimensional die Wellenwege in dem Durchgang zwischen jedem Punkt der Einlaßöffnung stromaufwärts und jedem Punkt der Auslaßöffnung stromabwärts praktisch gleich lang sind, so daß der Wellenleiter eine am Einlaß kreisförmige und gleichphasige ebene Wellenfläche in eine am Auslaß rechteckige und gleichphasige ebene Wellenfläche überführt.

2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalabweichung (δ) zwischen den möglichen unterschiedlichen akustischen Wegen zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung in dem Leiter derart ist, daß gilt: δ ≤ λ&sub2;/4, wobei λ&sub2; die Länge der kleinsten übertragenen Welle ist.

3. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ebenen und länglichen Auslaßöffnung kleiner oder gleich der Länge der kleinsten übertragenen Welle (λ&sub2;) ist.

4. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Außenschale (1, 2) aufweist, innerhalb der ein Innenkörper (3) derart angeordnet ist, daß zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche der Außenschale der besagte ununterbrochene Durchgang zur Übertragung der Wellen freigelassen ist.

5. Wellenleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus drei Elementen gebildet ist, daß die zwei ersten Elemente (1, 2) bezüglich einer vertikalen Ebene symmetrisch sind und äußere Halbschalen bilden, zwischen denen der Innenkörper (3) befestigt ist, wobei jede Schale einen hinteren Flansch (4 oder 4') und einen vorderen Flansch (6 oder 6') aufweist, die durch eine Zwischenplatte (5 oder 5') verbunden sind, die teilweise verformt ist, um die Aufnahme für das Innenelement (3) festzulegen.

6. Wellenleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hinteren Flansche (4 und 4') in gegenseitiger Verlängerung angeordnet sind und jeder derselben einen kreisförmigen Ausschnitt (10, 10') aufweist, wobei diese Ausschnitte nach dem Zusammenbau einander zugewandt sind, um die Einlaßöffnung (11) festzulegen.

7. Wellenleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Flansche (6 und 6') je einen rechteckigen Ausschnitt (8, 8') aufweisen, wobei diese Ausschnitte nach dem Zusammenbau einander zugewandt sind, um die Auslaßöffnung (9) festzulegen.

8. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper in einem horizontalen Axialschnitt die Form eines Vierecks, das zu einer Achse symmetrisch ist, die zwischen einer Spitze des Körpers, die in der Fläche der kreisförmigen Einlaßöffnung im Mittelpunkt des Kreises liegt, und einer Kante verläuft, die parallel zur Auslaßöffnung ausgerichtet ist und in der Fläche der letzteren liegt, und in einem vertikalen Axialschnitt eine Dreieckform aufweist.

9. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper in einem horizontalen Axialschnitt eine geometrische Form mit fünf geraden Seiten, die zu einer Achse symmetrisch ist, die zwischen dem Mittelpunkt der Kreise, welche die ringförmige Einlaßöffnung bilden, und einer Kante des besagten Körpers verläuft, die sich vertikal erstreckt und in der Fläche der Auslaßöffnung liegt, und in einem vertikalen Axialschnitt eine trapezförmige Gestalt aufweist, deren große Basis durch die besagte Kante gebildet ist und deren kleine Basis dem Durchmesser der ringförmigen Einlaßöffnung entspricht.

10. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper (3) im Inneren der Außenschale mittels Laschen (22) befestigt ist, die parallel zu seiner Achse verlaufen und es zulassen, ihn in einem gleichmäßigen Abstand zu den Innenwänden der Außenschale zu halten, um den besagten nicht unterbrochenen Durchgang zu bilden.

11. Diffusor mit mehreren Wellenleitern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter in einer Linie (jeder am Ausgang eines elektroakustischen Wandlers) so montiert sind, daß sich die rechteckigen Flächen der Auslaßöffnungen (9) alle in derselben Ebene und in einer gegenseitigen Verlängerung befinden.