DE69110530T2

DE69110530T2 - Lautsprechersystem.

Info

Publication number: DE69110530T2
Application number: DE69110530T
Authority: DE
Inventors: Kazuki Honda; Shuji Saiki; Kazue Satoh; Hiroyuki Takewa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2011-04-17
Also published as: US5150418A; EP0453230A3; EP0453230A2; DE69110530D1; EP0453230B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lautsprechersystem und insbesondere auf einen Lautsprecher vom dünnen Typ zur Wiedergabe eines tiefen Baßklangs.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es ist allgemein erwünscht, daß Audiogeräte in der Größe kompakt und klein in der Tiefe zur Minimierung des Raumerfordernisses sind, wobei trotzdem die Wiedergabe von Hi-Fi-Klängen sichergestellt wird.
Allerdings können herkömmliche Lautsprechersysteme tiefe Baßklänge nur unter Verwendung einer groß bemessenen Membran und einem Gehäuse mit großen Abmessungen produzieren.
Hierfür haben dieselben Erfinder wie diejenigen der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Lautsprechersystem entwickelt, das eine Membran besitzt, die in einem Kombinationsgehäuse installiert ist, das aus einer vollständig umschlossenen Kabinett- bzw. Kammerstruktur und einer hinten offenen Kammeranordnung aufgebaut ist. Das Lautsprechersystem wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 5 stellt eine Anordnung des Lautsprechersystems dar, wobei Fig. 5-a eine Draufsicht und Fig. 5-b eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' in Fig. 5-a vorgenommen ist, zeigt. Fig. 5-a stellt nicht eine Membran zur besseren Klarheit dar. Hie dargestellt ist, ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Membran bezeichnet, die an einer Kante 2 eines Gehäuses 3 so befestigt ist, daß sie durch Schwingspulen 5, die in dem magnetischen Spalt eines magnetischen Kreises 4 angeordnet sind, aktiviert werden kann. Ein Kammerbereich 6 ist hinter dem umfangsmäßigen Ende 1a der Membran 1 vorgesehen. Die minimale Resonanzfrequenz f&sub0; des Systems wird demzufolge durch das Gewicht M eines vibrierenden Systems und die Steifheit SB des umschlossenen Kammerbereichs 6 bestimmt und wird ausgedrückt als:
Hinter dem zentralen Flächenbereich 1b der Membran 1 sind ein hinterer Öffnungskammerbereich durch eine Mittenplatte 7, eine innere Kante 8 und Durchführungen 9 und 10 so gebildet, daß der Bereich von dem umschlossenen Kammerbereich 6 getrennt wird.
Die Betriebsweise des Lautsprechersystems, das den vorstehend angegebenen Aufbau besitzt, wird nachfolgend erläutert.
Fig. 6 zeigt ein Frequenzkennlinien-Diagramm, das dem Lautsprechersystem zugeordnet ist, das in einem schalltoten Raum aktiviert ist. Der Gesamtschalldruck gleicht einer Summe des Schalldrucks in dem umschlossenen Bereich und einem Schalldruck in dem hinteren Öffnungsbereich. Für den umschlossenen Bereich wird der zugeordnete Flächenbereich der Membran um die Ausdehnung des hinteren Öffnungsbereichs verringert und demzufolge wird f&sub0; relativ niedrig und dies ist für die Wiedergabe eines Baßklangs vorteilhaft. Allerdings bewirkt der reduzierte Membran-Flächenbereich, daß der Klang im mittleren Bereich weniger gut reproduziert wird. Für den hinteren Öffnungsbereich breitet sich ein phaseninvertierter Klang, der von der Rückseite der Membran abgegeben wird, über die Durchführungen zu der Rückseite des Gehäuses aus. Der nach hinten gerichtete Schall (nachfolgend als "rückwärtiger Schall" bezeichnet) wird zu der Vorderseite abgelenkt und mit direktem Schall gemischt, der von der Vorderseite des Lautsprechersystems abgegeben wird. Wenn der Abstand von der Rückseite zu der Vorderseite klein ist, wird die Phasendifferenz zwischen dem frontseitigen und dem rückwärtigen Schall klein insbesondere in dem niedrigen Frequenzbereich und demzufolge werden niedrige Frequenzkomponenten des wiedergegebenen Klangs vermindert werden. Andererseits werden Mittelbereichskomponenten des Schalls nicht beeinflußt und werden demzufolge in dem Schalldruck relativ erhöht. Demzufolge kann ein Lautsprechersystem, das sowohl Kammeranordnungen vom geschlossenen Typ als auch vom offenen Typ besitzt, einen besseren Klang erzeugen, der in einem weiten Bereich von Frequenzen flach ist und einen hohen akustischen Druck besitzt, wobei die geschlossene Kammeranordnung den Baß verstärkt und die offene Kammeranordnung den Mittelbereich des Klangs verstärkt.
Der Nachteil des vorstehenden Lautsprechersystems ist derjenige, daß dann, wenn er nahe der hinteren Wand eines Raums angeordnet wird, der meiste rückwärtige Schall, der von der Öffnung zu seiner Rückseite abgegeben wird, an der hinteren Raumwand zu der Vorderseite des Lautsprechersystems reflektiert wird. Dies führt zu einer Versetzung der Baßkomponenten des vorderen Klangs zu denjenigen des hinteren Klangs, und demzufolge wird der reproduzierte Klang in dem Baßbereich vermindert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lautsprechersystem zu schaffen, das für eine Reproduktion eines qualitativen Baßklangs unabhängig von Installations- bzw. Einsatz geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Lausprechersystem, das aufweist:
ein Gehäuse;
einen Rahmen, der fest durch das Gehäuse gehalten ist;
eine Membran, die fest durch eine äußere Kante des Rahmens befestigt ist;
eine innere Kante, die einen zentralen und einen peripheren Bereich der Membran festlegt und die zwischen der Membran und dem Rahmen so angeordnet ist, um den Bereich hinter der Membran in zwei zu trennen; und
eine innere Unterteilungswand, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um einen ersten akustischen Bereich und einen zweiten akustischen Bereich festzu]egen, wobei der erste akustische Bereich durch den zentralen Bereich der Membran, die innere Kante, den Rahmen und die innere Unterteilungswand festgelegt wird; und der zweite akustische Bereich durch den peripheren Bereich der Membran, die äußere Kante, die innere Kante, den Rahn, die Wand des Gehäuses und die innere Unterteilungswand festgelegt wird;
wobei einer des ersten und des zweiten akustischen Bereichs von einem Typ mit einer hinteren Öffnung ist, der mit einer hinteren Öffnung des Gehäuses versehen ist;
der andere des ersten und des zweiten akustischen Bereichs ein Baßreflextyp ist; und
eine akustische Masse in der inneren Unterteilungswand zur Bildung der Phasenumkehrcharakteristik des akustischen Bereichs des Baßreflextyps vorgesehen ist.
Eine besondere Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist so vorgesehen, daß diese den Baßreflex-Kammerbereich anstelle des herkömmlichen, geschlossenen Bereichs besitzt. Auch ist der akustische Auslaß des Baßreflex-Kammerbereichs so angeordnet, daß er ungefähr mit dem akustischen Auslaß eines Öffnungskammerbereichs so übereinstimmt, daß zwei Schallkomponenten, die von dem Baßreflex- und Öffnungskammerbereich jeweils abgegeben werden, sich nahezu perfekt zu einem zusammengesetzten Klang vor der Abgabe nach hinten kombinieren. Die zwei Schallkomponenten, die in der Phase zueinander umgekehrt sind, tendieren dazu, daß sie sich zueinander versetzen, wodurch demzufolge der Schalldruck herabgesetzt wird. Dieser zusammengesetzte hintere Schall wird dann nach vorne propagiert und tendiert dazu, den Schalldruck eines Baßbereichs durch eine versetzende Wirkung zu dem Frontschall zu erniedrigen. Wie verständlich wird, wird der Schalldruck des rückwärtigen Schalls verglichen mit demjenigen nach dem Stand der Technik gedämpft und eine Herabsetzung in dem Baßbereich, die von der Wechselwirkung einer Versetzung herrührt, wird minimiert werden.
Als Ergebnis wird ein Lautsprechersystem, das zur Wiedergabe eines qualitativen Baßklangs geeignet ist, ohne Berücksichtung der Installationsbedingungen ausführbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Lautsprechersystems, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 2 zeigt ein Impedanz/Frequenz-Kennliniendiagramm;
Fig. 3 zeigt ein Schalldruck/Frequenz-Kennliniendiagramm;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform, die passive Strahler einsetzt;
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Lautsprechersystems nach dem Stand der Technik;
Fig. 6 zeigt ein Schalldruck/Frequenz-Kennliniendiagramm eines Lautsprechersystems nach dem Stand der Technik.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Lautsprechersystems, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dargestellt sind ein Gehäuse 11, eine Membran 12, eine äußere Kante 13, eine innere Kante 14, ein Rahmen 15, zwei Schwingspulen 16a und 16b, eine hintere Gehäuseöffnung 17, die als erster Kammerbereich dient, eine Baßreflex-Gehäusekammer 18, die als zweiter Kammerbereich dient, und ein Paar Durchlässe 19a und 19b. Die äußere Kante 13 ist fest mit ihrem äußeren Umfang an dem Rahmen 15 und durch ihren inneren Umfang an der Membran 12 verbunden. Die innere Kante 14 ist fest an einem Ende eines Zwischenflächenbereichs der Membran 12 zwischen ihrem äußeren Umfang und dem Bereich, an dem die Schwingspulen 16a und 16b befestigt sind, und an dem äußeren Ende des Rahmens 15 verbunden. Die hintere Gehäuseöffnung 17 wird durch die Membran 12, die innere Kante 14 und die innere Unterteilungswand des Gehäuses 11 festgelegt. Auch wird die Baßreflex-Gehäusekammer 18 durch die Membran 12, die äußere Kante 13, die innere Kante 14 und die innere Unterteilungswand des Gehäuses 11 festgelegt. Die zwei Durchlässe lga und lgb sind in der inneren Unterteilungswand zwischen der hinteren Gehäuseöffnung 17 und der Baßreflex-Gehäusekammer 18 vorgesehen.
Die Betriebsweise des Lautsprechersystems, das die vorstehende Anordnung besitzt, wird nun beschrieben.
Elektromotorische Energie wird von den Schwingspulen 16a und 16b zu der Membran 12 übertragen, die wiederum direkt Schall von der Front abgibt. Schall, der von der Rückseite der Membran 12 abgegeben wird, wird nach hinten von der rückwärtigen Gehäuseöffnung 17 und auch über die Baßreflex-Gehäusekammer 18 propagiert. Ein Teil des rückwärtigen Schalls, der durch die Baßreflex-Gehäusekammer 18 hindurchführt, wird mittels einer akustischen Biegbarkeit der Kammer und der akustischen Masse der zwei Durchlässe 19a und 19b in Resonanz gebracht. Der sich ergebende, phasenumgekehrte Schall wird dann von den Durchlässen 19a und 19b abgegeben. Der Rest des rückwärtigen Schalls wird direkt durch die hintere Gehäuseöffnung 17 propagiert und dann mit dem phaseninvertierten Schall von den Durchlässen 19a und 19b kombiniert. Da das hintere Ende der hinteren Gehäuseöffnung 17 ungefähr mit dem Auslaß der Durchlässe 19a und 19b der Baßreflex-Gehäusekammer 18 übereinstimmmend angeordnet ist, werden die zwei Teile wirkungsvoll zu einem zusammengesetzten, rückwärtigen Schall vor der Abgabe von der Rückseite des Lautsprechersystems miteinander kombiniert. Falls das hintere Ende der hinteren Gehäuseöffnung 17 um einen Abstand von dem Auslaß der Durchlässe 19a und 19b beabstandet ist, würde es für die zwei rückwärtigen Schallanteile schwierig sein, sich zu einem zusammengesetzten Schall zu kombinieren, der durch den Hintergrund des Lautsprechersystems beeinflußt worden ist. Der wirkungsvoll zusammengesetzte, rückwärtige Schall wird dann gemäß der vorliegenden Erfindung von der Rückseite zu der Vorderseite propagiert. Deshalb ist der Schalldruck des hinteren Schalls, der in der Phase umgekehrt zu dem frontseitigen Schall ist, herabgesetzt, gerade dann, wenn das Gehäuse dünn ist mit einer Membran, die einen großen Schwingflächenbereich und eine kleine Baßreflex-Kammer besitzt, so daß die Phasenumkehrung wenig beeinflußt wird. Genauer gesagt kann die zusammengesetzte Abgabe des vorderen und hinteren Schalls um ungefähr 3 dB erhöht werden, wenn der geschlossene Kammerbereich eines herkömmlichen Lautsprechersystems durch eine Baßreflex-Kammeranordnung ersetzt wird.
Um die Resonanzfrequenz des Lautsprechersystems zu minimieren, ist es erwünscht, die Resonanzfrequenz in der Baßreflex-Kammer kleiner als die minimale Resonanzfrequenz einer herkömmlichen Lautsprechersystems zu gestalten. Falls dies erreicht wird, verbleibt die Amplitude der Schwingung der Membran 12 niedrig in dem Bereich der Resonanzfrequenz, die mit fx bezeichnet ist, in der Baßreflex-Kammer, und demzufolge wird eine unerwünschte, harmonische Verzerrung gedämpft werden. Auch ist es erwünscht, um die Resonanzfrequenz zu erniedrigen, daß Durchlässe 19a und 19b eine geeignete Länge haben sollten. Die Durchlaßanordnung der vorliegenden Erfindung ist als gerader, rohrförmiger Kanal ausgebildet, der sich entlang der hinteren Wand eines Gehäuses vom dünnen Typ erstreckt, so daß ein Viskositätswiderstand nur schwer vorhanden sein wird, und zwar verglichen mit einer gewundenen Form einer Druchlaßanordnung. Als Ergebnis wird der Effekt einer Phaseninversion verstärkt werden. Dieser besondere Effekt wird in einem Impedanz/Frequenz-Kennliniendiagramm der Fig. 2 wiedergegeben, das drei Kennlinienkurven darstellt; A stellt den Stand der Technik dar, B stellt eine gewundene Durchlaßanordnung dar und C stellt eine gerade Durchlaßanordnung dar. Die Durchlässe 19a und 19b sind in einer Unterteilung zwischen der hinteren Gehäuseöffnung 17 und der Baßreflex-Kammer 18 angeordnet und ermöglichen demzufolge zwei unterschiedliche Abgaben von der Öffnung 17 und der Kammer 18, die akurat zu einem zusammengesetzten, rückwärtigen Schall vor der nach außen gerichteten Abgabe kombiniert werden. Demgemäß wird der Schalldruck des zusammengesetzten, hinteren Schalls, der ohne eine Beeinflussung von unerwünschten Hindernissen zurückgewonnen wird, einschließlich einer reflektierenden, hinteren Wand hinter dem Lautsprechersystem, und der umgekehrt in der Phase verglichen mit dem vorderen Schall ist, reduziert und der Anteil des Basses wird relativ erhöht werden.
Fig. 3 stellt die Frequenzkennlinien dar, die dem Stand der Technik und der vorstehenden Ausführungsform zugeordnet sind. Mit D, E, F sind Schalldruckkennlinienkurven des Standes der Technik, eines Lautsprechersystems mit der gewundenen Durchlaßanordnung und eines Lautsprechersystems mit der geraden Durchlaßanordnung jeweils bezeichnet. Mit G und H sind sekundäre, harmonische Verzerrungskennlinienkurven nach dem Stand der Technik und gemäß der ersten Ausführungsform jeweils bezeichnet.
Obwohl die Durchlässe in der Baßreflex-Kammer zur Bildung einer resonanten, akustischen Masse gemäß der vorstehenden Ausführungsform vorgesehen sind, können sie durch passive Radiatoren mit gleichem Erfolg ersetzt werden. Auch kann der erste und der zweite Kammerbereich vertauscht werden. Weiterhin sind die Schwingspulen nicht auf die Zahl in der Ausführungsform beschränkt.

Claims

1. Lautsprechersystem, das aufweist:

ein Gehäuse (11);

einen Rahmen (15), der fest durch das Gehäuse (11) gehalten ist;

eine Membran (12), die fest durch eine äußere Kante (13) des Rahmens (15) befestigt ist;

eine innere Kante (14), die einen zentralen und einen peripheren Bereich der Membran (12) festlegt und die zwischen der Membran (12) und dem Rahmen (15) so angeordnet ist, um den Bereich hinter der Membran (12) in zwei zu trennen; und

eine innere Unterteilungswand, die innerhalb des Gehäuses (11) angeordnet ist, um einen ersten akustischen Bereich (17) und einen zweiten akustischen Bereich (18) festzulegen, wobei der erste akustische Bereich (17) durch den zentralen Bereich der Membran (12), die innere Kante (14), den Rahmen (15) und die innere Untertellungswand festgelegt wird; und der zweite akustische Bereich (18) durch den peripheren Bereich der Membran (12), die äußere Kante (13), die innere Kante (14), den Rahmen (15), die Wand des Gehäuses (11) und die Innere Unterteilungswand festgelegt wird;

wobei einer des ersten und des zweiten akustischen Bereichs (17, 18) von einem Typ mit einer hinteren Öffnung ist, der mit einer hinteren Öffnung des Gehäuses (11) versehen ist;

der andere des ersten und des zweiten akustischen Bereichs (17, 18) ein Baßreflextyp ist; und

eine akustische Masse in der inneren Unterteilungswand zur Bildung der Phasenumkehrcharakteristik des akustischen Bereichs des Baßreflextyps vorgesehen ist.

2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, wobei die akustische Masse aus einem Durchlaß (19a, 19b) des akustischen Bereichs des Baßreflextyps gebildet wird, wobei der Durchlaß so angeordnet ist, daß das hintere Ende der hinteren Öffnung des Gehäuses mit dem Auslaß des Durchlasses übereinstimmt.

3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, wobei die akustische Masse aus einem passiven Radiator (20a, 20b) zusammengesetzt ist.