Lautsdrechersystem
GEBIET DER INDUSTRIELLEN ANWENDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen
in Lautsprechersystemen für tiefe Töne und insbesondere auf
ein kompaktes Lautsprechersystem, das zur Verwendung in
Femsehempfängern geeignet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Um bei Femsehempfängern Klänge höherer Qualität zu
erzeugen, wurden in den letzten Jahren Versuche unternommen, um
die Wahrnehmung bei einer Live-Vorführung zu simulieren,
indem man sich auf die Wiedergabe tiefer Töne
konzentrierte, was als nicht sehr wichtig betrachtet wurde.
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Die DE-A-3 410 134 offenbart ein Lautsprechersystem mit
einem eine Membran aufweisenden Lautsprecher und einem
Lautsprecherkasten, mit einer ersten, die Rückseite der Membran
des Lautsprechers umschließenden Kammer sowie einer
zweiten, die Vorderseite der Membran des Lautsprechers
umschließenden Kammer, wobei die erste und die zweite Kammer
jeweils mit einem Kanal versehen sind, der mit der
Außenwelt in Verbindung steht.
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Die ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung
SHO 58-50781 offenbart ein Lautsprechersystem für tiefe
Töne zur Verwendung in Femsehempfängern. In Fig. 5, in der
das offenbarte System gezeigt ist, enthält ein
Lautsprecherkasten
3, der an dem unteten Teil eines TV-Kastens 1
angebracht ist, Lautsprecher 12 für mittlere bis hohe Töne,
Steuerlautsprecher 14 für tiefe Töne und Hörner 16.
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Dieses Lautsprechersystem weist jedoch das Problem auf, daß
es einen großen Lautsprecherkasten benötigt, um das
Gesamtvolumen der Fernsehempfänger zu erhöhen, da die Hörner ein
erhöhtes Volumen für die Wiedergabe der tiefen Töne, das
heißt der Töne mit den niedrigen Frequenzen, haben müssen.
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Andererseits sind solche Lautsprechersysteme der
sogenannten Kelton-Bauart als Lautsprechersysteme bekannt, die
einen kleinen Lautsprecherkasten haben und dennoch für die
Wiedergabe tiefer Töne ausgelegt sind.
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Die US-A-3 978 941 offenbart ein Lautsprechersystem mit
einem Lautsprecher, der eine Membran aufweist, welche an ei
ner Schwingspule befestigt ist, die in einem Raum eines
magnetischen Kreises des Lautsprechers angeordnet ist, einem
Lautsprecherkasten in Form eines Gehäuses, in dem der
Lautsprecher befestigt ist, wobei der Kasten eine erste Kammer
aufweist, welche die Rückseite der Membran des
Lautsprechers einschließt und mit einem Kanal versehen ist, wobei
der Kanal an seinem vorderen Ende eine mit der Außenwelt in
Verbindung stehende öffnung hat, und eine zweite Kammer
aufweist, welche die Vorderseite der Membran einschließt,
die an ihrer oberen oder seitlichen Wand Öffnungen hat, um
mit der Außenwelt in Verbindung zu stehen, wobei die zweite
Kammer einen öffnungsgrad von 0,066 cm&supmin;¹ hat, wobei der
öffnungsgrad das Verhältnis der kombinierten Öffnungsfläche
in cm² der Öffnungen zu den Innenvolumen in cm³ der zweiten
Kammer darstellt.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, welches das Prinzip eines
derartigen Lautsprechersystems zeigt. Der Lautsprecherkasten 3
umfaßt eine erste Kammer 22, welche die Rückseite eines
Lautsprechers
5 umgibt und mit einem Kanal 20 ausgebildet ist,
sowie eine zweite Kammer 24, welche die Vorderseite des
Lautsprechers 5 umgibt.
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Die erste Kammer 22 ist auf der Grundlage des Prinzips
eines Helmholtz-Resonators ausgebildet. Die von der Rückseite
des Lautsprechers 5 abgestrahlten Klangwellen treten bei
einer festgelegten Frequenz (als die
"Kasten-Resonanzfrequenz" bezeichnet) in Resonanz, und zwar je nach der
Korrelation zwischen dem Innenvolumen der ersten Kammer 22 und
der Luftmasse in dem Kanalabschnitt 20, und werden aus dem
Kasten 3 freigegeben.
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Die Kasten-Resonanzfrequenz wird durch die folgende
Gleichung zum Ausdruck gebracht:
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fr = C/2π S/LV
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wobei fr: Kasten-Resonanzfrequenz (Hz)
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C: Schallgeschwindigkeit (m/s)
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S: Querschnittsfläche des Kanals (m²)
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L: Länge des Kanals (m)
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V: Volumen der ersten Kammer (m
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Die Kasten-Resonanzfrequenz fr muß tiefer sein, um den
Wiedergabebereich niedriger Frequenzen für die Wiedergabe
tiefer Töne auszudehnen. Die Kasten-Resonanzfrequenz fr kann
verringert werden, indem man das Volumen V der ersten
Kammer erhöht, doch führt dies zu dem Problem, daß man den
Lautsprecherkasten größer macht. Somit wird die Frequenz fr
für die Wiedergabe tiefer Töne verringert, indem das
Volumen V der ersten Kammer verringert und die Länge des Kanals
20 in geeigneter Weise erhöht wird.
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Die zweite Kammer 24 schließt die von der Vorderseite des
Lautsprechers 5 abgestrahlten Klangwellen ein, wodurch die
Vibration der kegelartigen Membran des Lautsprechers 5
aufgrund der akustischen Steifigkeit von Luft eingeschränkt
wird.
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Die zweite Kammer 24 ist aus dem folgenden Grund vorhanden.
Gemäß dem Prinzip des Helmholtz-Resonators ist die
Resonanzfrequenz an dem Kanalabschnitt 20 der ersten Kammer 22,
das heißt die Kasten-Resonanzfrequenz, eine Frequenz, bei
der die Amplitude der Lautsprechermembran sehr klein wird.
Obwohl die Amplitude der Membran bei der
Kasten-Resonanzfrequenz klein ist, nimmt jedoch die Amplitude bei
Frequenzen zu, die sich von der Kasten-Resonanzfrequenz
unterscheiden. Die Amplitude verleiht dann der Membran eine
ungewünschte Vibration, wodurch es zu einem Flattern der
Membran kommt und die Membran bricht.
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Das Ausmaß, mit dem die Vibration der Membran eingeschränkt
wird, hängt von dem Volumen der zweiten Kammer ab. Wenn das
Volumen klein ist, ist die akustische Steifigkeit der Luft
groß, weshalb die Vibration der Membran stark eingeschränkt
wird und es weniger wahrscheinlich ist, daß die Membran
vibriert. Dennoch bedeutet dies eine Zunahme der untersten
Resonanzfrequenz des Lautsprechers, wodurch der
Wiedergabebereich tiefer Töne eingeschränkt wird. Um Töne niedriger
Frequenzen, z. B. bis etwa 45 Hz, wiederzugeben, ist es
daher notwendig, das Gewicht der Membran der Steuerspule zu
erhöhen, was infolgedessen zu dem Problem einer
verringerten akustischen Umwandlungseffizienz führt.
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Wenn andererseits das Volumen der zweiten Kammer groß ist,
wird die Vibration der Membran nicht wirkungsvoll
eingeschränkt, da dann die Steifigkeit der Luft klein ist. Somit
wird, wenn die zweite Kammer ein zu großes Volumen hat, die
Bereitstellung der zweiten Kammer bedeutungslos, und die
Membran flattert und zerbricht. Somit ist die Zunahme des
Volumens der zweiten Kammer begrenzt.
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Aufgrund der oben beschriebenen Problem konnte der
Lautsprecher der Kelton-Bauart bei Femsehempfängern nicht
verwendet werden. Zur Verwendung in Femsehempfängern trat
somit der Wunsch auf, ein kompaktes Lautsprechersystem
bereitzustellen, welches ausgelegt ist, um Töne niedriger
Frequenzen bis zu etwa 45 Hz wirkungsvoll wiederzugeben
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Wir haben ein Lautsprechersystem entwickelt, das kompakt
und dennoch in der Lage ist, Tone niedriger Frequenzen bis
etwa 45 Hz effizient wiederzugeben, und zwar auf der
Grundlage der Erkenntnis, daß die gleiche Wirkung wie eine
Zunahme des Volumens der zweiten Kammer erreicht werden kann,
wenn die zweite Kammer mit Öffnungen mit einem Öffnungsgrad
in einem vorbestimmten Bereich ausgebildet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Lautsprechersystem bereitzustellen, das in einem schmalen
Raum installiert werden kann und ausgelegt ist, um tiefe
Töne effizient wiederzugeben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein Lautsprechersystem bereitzustellen, das in einem
schmalen Raum installiert werden kann und in der Lage ist,
Töne von Frequenzen bis etwa 45 Hz wirkungsvoll
wiederzugeben.
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Schließlich besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein Lautsprechersystem bereitzustellen,
das in einem Fernsehempfänger eingebaut werden kann, ohne
daß der Empfänger groß wird, und das ausgelegt ist, um
tiefe Töne effizient wiederzugeben.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Lautsprechersystem
gemäß dem Anspruch bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, welche ein
Lautsprechersystem der vorliegenden Erfindung, eingebaut in
einem Femsehempfänger, zeigt;
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Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des
erfindungsgemäßen Laut sprechersystems;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III
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in Fig. 2, wenn das Lautsprechersystem in
zusammengebautem Zustand ist;
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Fig. 3A ist eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 3, welche
eine weitere Ausführung des Abdeckungselements
zeigt;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht, welche ein herkömmliches
Lautsprechersystem der Kelton-Bauart schematisch
zeigt; und
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Fig. 5 ist eine Perspektivansicht eines herkömmlichen
Lautsprechersystems, wie es in einem
Fernsehempfänger eingebaut ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird weiter unten anhand der
abgebildeten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
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In Fig. 2 und 3 hat ein Lautsprecherkasten 3 die Form eines
Gehäuses mit einem unteren Element 30 und einem oberen
Element 32. Das obere Element 32 hat Seitenwände 33, 33, eine
Vorderwand 35 und Rückwand 37, die sich von dem Randbereich
einer oberen Platte 34 nach unten erstrecken und auf das
untere Element 30 gestülpt werden, damit das obere Element
32 das untere Element 30 abdeckt.
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Die obere Platte 34 des oberen Elements 32 ist mit einem
Loch 38 ausgebildet, das gegenüberliegend zu der Membran 50
eines Steuerlautsprechers 5 angeordnet ist. Jede der
Seitenwände 33, 33 ist mit einem Auslaß 36 ausgebildet, um
durch ihn hindurch die von der Rückseite der
Lautsprechermembran 50 abgestrahlten Klangwellen abzugeben. Die
Auslaßabschnitte 36, 36 können in der Vorderwand 35
ausgebildet sein.
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Ein Abdeckungselement 40 ist über dem Loch 38 in der oberen
Platte 34 ausgebildet. Das Abdeckungselement 40 umfaßt eine
hohle zylindrische Randwand 45, eine obere Platte 41 an dem
oberen Ende der Wand 45 und einen Flansch 44 an dem unteren
Ende der Wand 45. Die Randwand 45 ist mit einer Vielzahl
von Schlitzöffnungen 42 ausgebildet, die mit einer
vorbestimmten Beabstandung angeordnet sind. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 12 Öffnungen 42 äquidistant
beabstandet ausgebildet, wobei die Zahl der Öffnungen keine
Begrenzung darstellt. Mit der vorliegenden Erfindung ist
die kombinierte Öffnungsfläche der Öffnung wichtiger als
die Zahl der Öffnungen, wie weiter unten beschrieben wird.
Das Abdeckungselement 40 ist an der oberen Platte 34 des
oberen Elements 32 durch den Flansch 44 befestigt.
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Das untere Element 30 ist mit Kanälen 20 versehen, von
denen jeder eine gerade Seitenplatte und eine Seitenplatte
27 mit einem U-förmig gebogenen Ende aufweist. Die beiden
Seitenplatten 26, 27 sind zueinander gegenüberliegend
angeordnet und um eine geeignete Entfernung voneinander
beabstandet. Die Kanäle 20, die als Paar vorliegen, stehen bei
ihren äußeren Enden mit den jeweiligen Auslaßabschnitten
36, 36 in den Seitenwänden 33 des oberen Elements 32 in
Verbindung. Die Kanäle 20 müssen nicht immer als Paar
vorliegen.
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Durch eine Leitungsschnur 51 wird ein elektrisches Signal
einer Schwingspule zugeführt, die in einem Raum eines
magnetischen Kreises 53 des Lautsprechers 5 angeordnet ist,
um die Membran 50, die an der Schwingspule befestigt ist,
in Vibration zu versetzen, wodurch Klangwellen von der
Vorder- und der Rückseite der Membran abgestrahlt werden. Die
von der Rückseite der Membran 50 abgestrahlten Klangwellen
werden durch Klanglöcher 52 freigegeben. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Lautsprecher 5 an der
linken Seite des Systems zu dessen Rückwand hin angeordnet
und ist an seinem Bodenabschnitt des unteren Elements 30
und an seinem oberen Abschnitt der oberen Platte 34 des
oberen Elements 32 durch geeignete
Befestigungseinrichtungen angebracht.
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Das obere Element 32 mit dem daran angebrachten
Abdeckungselement 40 ist über das untere Element 30 gestülpt und an
ihm befestigt. Folglich werden im Innern des
Lautsprecherkastens 3 eine erste Kammer 22, welche die Rückseite der
Membran 50 des Lautsprecher 5 einschließt, und eine zweite
Kammer 24, welche die Vorderseite der Membran 50
einschließt, gebildet.
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Wie man in Fig. 1 sieht, ist der Lautsprecherkasten 3 in
dem unteren Abschnitt eines Femseherkastens 1
untergebracht. Somit kann der Fernsehempfänger mit dem in ihm
eingebauten Lautsprechersystem insgesamt eine kompakte Form
haben.
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Die obere Platte 41 der Abdeckung hat eine untere Fläche,
die in dem mittigen Abschnitt geringfügig gewölbt ist,
während die Randwand 45 Rippen 46 hat, die sich von hieraus
zwischen den Schlitzöffnungen 42 erstrecken, wobei die von
der Vorderseite der Lautsprechermembran 50 abgestrahlten
Klangwellen durch diesen Aufbau geführt freigegeben werden
können.
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Die Öffnungen 42 müssen nicht immer in der Randwand 45
ausgebildet sein, sondern können auch unmittelbar in der
oberen Platte 41 augebildet sein, wie in Fig. 3A gezeigt.
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Im folgenden wird nun ein Beispiel gegeben, um
klarzustellen, auf welchen Wert die kombinierte oder gesamte
Öffnungsfläche der Öffnungen 42 eingestellt werden muß.
BEISPIEL
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Es wurde ein vorgegebenes elektrisches Signal dem
Treiberlautsprecher zugeführt, wobei den Öffnungen 42
unterschiedliche kombinierte Öffnungsflächen verliehen wurden, um den
wiedergegebenen Klang auf die Frequenz hin zu untersuchen.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
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Die zweite Kammer hatte ein Innenvolumen von 56,7 cm³. Der
Begriff "Öffnungsgrad", wie er hier verwendet wird, bezieht
sich auf die kombinierte Öffnungsfläche der Öffnungen 42 zu
dem Innenvolurnen.
Tabelle 1
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Wie man aus Tabelle 1 sieht, wird der Bereich
wiedergebbarer Frequenzen breiter, und die wiedergebbare Frequenz wird
niedriger, wenn die kombinierte Öffnungsfläche der
Öffnungen 42 zunimmt. Wie schon gesagt, neigt jedoch dann die
Membran zum Flattern und kann brechen. Daher sind
Öffnungsgrade von mehr als 0,25 in der Praxis nicht nützlich,
weshalb die Obergrenze des Öffnungsgrades 0,25 sein sollte.
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Da außerdem die vorliegende Erfindung die Wiedergabe von
Frequenzen bis 45 Hz in Betracht zieht, scheinen die
Ergebnisse von Tabelle 1 aufzuzeigen, daß die Untergrenze des
Öffnungsgrades etwa 0,02 ist.
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Wenn man jedoch den Bereich der Frequenzen und die tiefste
wiederzugebende Frequenz, Beeinträchtigungen der Membran,
etc... als Gesamtheit betrachtet, ist es wünschenswert, daß
der Öffnungsgrad im Bereich von 0,07 bis 0,20 und
vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,17 liegt.
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Somit sorgt man dafür, daß die zweite Kammer 24 eine
Öffnungsf läche in einem geeigneten Bereich hat, mit dem
Ergebnis, daß das System tiefe Töne effizient wiedergibt, wobei
die unerwünschte Vibration der Membran vollständig
unterbunden ist.
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Genauer gesagt strahlt die Membran Klangwellen von ihrer
Rückseite zu der ersten Kammer 22 ab, wenn der Lautsprecher
5 angesteuert wird. Diese Klangwellen kommen im Innern des
Kanals 20 bei der Kasten-Resonanzfrequenz der ersten Kammer
22 zur Resonanz und werden von den Auslässen 36 an die
Außenwelt abgegeben. Die Kasten-Resonanzfrequenz ist zu
diesem Zeitpunkt nahe bei der untersten Resonanzfrequenz
des einzeln betriebenen Lautsprechers. Dies sichert die
Wiedergabe tiefer Töne.
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Die Membran strahlt auch Klangwellen von ihrer Vorderseite
zu der zweiten Kammer 24 hin ab. Die Klangwellen werden
durch die Öffnungen 42 mit der vorgegebenen
Gesamtöffnungsfläche in geeigneter Weise abgegeben. Obwohl die zweite
Kammer 24 ein kleines Innenvolumen hat, wird die
Steifigkeit der Luft durch diese Öffnungen auf den gewünschten
Pegel verringert.
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Das Lautsprechersystern der vorliegenden Erfindung ist
ausgelegt, um tiefe Töne effizient wiederzugeben, kann jedoch
in einem kleinen Raum untergebracht werden und ist daher
insbesondere für die Verwendung in Femsehempfängern
geeignet.
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Das erfindungsgemäße System kann durch einen Fachmann im
Rahmen des in den beigefügten Ansprüchen offenbarten
technischen Konzeptes auf verschiedene Weise verändert oder
abgewandelt werden. Selbstverständlich sind derartige
Veränderungen oder Abwandlungen im Schutzumfang der vorliegende
Erfindung enthalten.