DE69938040T2

DE69938040T2 - Vorrichtung zur umverteilung von schallenergie

Info

Publication number: DE69938040T2
Application number: DE69938040T
Authority: DE
Inventors: Emanuel Sausalito LaCarrubba
Original assignee: Bang and Olufsen AS
Current assignee: Bang and Olufsen AS
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: EP1072177A4; EP1072177A1; AU3745699A; CA2370229A1; WO1999056512A1; DE69938040D1; DK1072177T3; US6068080A; EP1072177B1; PT1072177E; ATE385169T1; HK1034854A1; CA2370229C; ES2300144T3; JP2002513265A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft reflektierende Vorrichtungen, die bei Kopplung mit einem Wandler Schall über ein breites Frequenzspektrum mit geringer oder überhaupt keiner Verzerrung umverteilen und breit dispergieren können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der Akustik ist bekannt, daß das Dispersionsmuster einer Schallquelle mit der Größe des Strahlungselements zusammenhängt. Damit haben herkömmliche elektroakustische Wandler oder Lautsprecher einen außeraxialen Gang, der sich mit steigender Frequenz verschlechtert. Seit langem gilt dies als Grundproblem bei der Lautsprechergestaltung, und über die Jahre wurden mehrere unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen. Dazu gehört die Verwendung von mehreren Wandlern, Trichtern und Wellenleitern, elektrostatischen Elementen und Schallreflektoren mit verschiedenen Formen. Viele dieser Lösungen haben unerwünschte Nebenwirkungen, z. B. die Einführung von Frequenzganganomalien und komplizierte Fertigungstechniken. Weiterhin können diese Systeme wie auch herkömmliche Lautsprecher in typischen Hörumgebungen unvorhersagbar wirken, was an der fehlenden Berücksichtigung liegt, die man dem menschlichen Hörwahrnehmungssystem gewöhnlich zukommen läßt.
Verbessern läßt sich die Schallrekonstruktion bzw. Wiederherstellung über Lautsprecher durch Steuern der Richtung, der Amplitude und des Spektralgehalts des Schalls, der an den Ohren des Hörers über die Kombination aus Lautsprecher/Hörumgebung eintrifft. Mit der Erfindung wird bezweckt, sich all diesen Fragen in einer einzelnen Vorrichtung zu wid men, die einfach herzustellen ist. Bei richtiger Kombination mit einem geeigneten herkömmlichen Wandler bewirkt die Erfindung, daß Schall zur Hörumgebung mit einem nahezu frequenzinvarianten horizontalen Dispersionsmuster übertragen wird. Damit kommt eine größere Zuhörerzahl in den Genuß von klangfarblich genauem Schall mit einem größeren Gefühl der Einhüllung ("envelopment") infolge von stark erhöhten seitlichen Raumreflexionen. Weiterhin sind Boden- und Deckenreflexionen reduziert, was erhöhte stereophone Phantom-Ortungsstabilität bewirkt. Eine Reihe der Erfindungsmerkmale läßt sich so modifizieren, daß sie den speziellen Bedürfnissen des Konstrukteurs entsprechen, wenn die Erfindung in ein komplettes Lautsprechersystem eingebaut wird.
Die US-A-5615176 offenbart einen Schallreflektor, der so geformt ist, daß er eine Reflexionsfläche in Form einer einzelnen Ellipse mit Wandlerplazierung in einem der Brennpunkte der Ellipse oder zweier Ellipsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln, aber den gleichen Brennpunkten in der Horizontalebene hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung widmet sich diesen Problemen durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Umverteilung von Schalleistung, die eine Basis, eine Linse und eine Einrichtung zum Anordnen der Linse auf der Basis aufweist. Die Basis hat eine Oberseite, eine Unterseite, eine Vorderseite und eine Rückseite. Die Rückseite der Basis ist auf einer Auflagefläche positionierbar. Die Linse hat ebenfalls eine Oberseite, eine Unterseite, eine Vorderseite und eine Rückseite.
Die Vorderseite der Linse weist eine reflektierende Oberfläche, einen auf der reflektierenden Oberfläche liegenden Punkt P und mindestens eine angrenzende Oberfläche S1 auf. Eine Linie L durchläuft den Punkt P und schneidet die Unterseite der Basis an einem Punkt B. Ein Punkt F1 liegt auf der Linie L zwischen dem Punkt P und dem Punkt B. Die reflektie rende Oberfläche ist durch die Rotationsfläche R1 eines Ellipsenbogens A1, der um die Linie L über einen Winkel α1 rotiert, und die Rotationsfläche R2 eines Ellipsenbogens A2 definiert, der um die Linie L über einen Winkel α2 rotiert. Der Ellipsenbogen A1 bildet einen Abschnitt einer Ellipse E1, die einen am Punkt F1 liegenden Brennpunkt hat, und hat ein unteres Ende, das am Punkt P endet. Der Ellipsenbogen A2 bildet einen Abschnitt einer Ellipse E2, die einen am Punkt F1 liegenden Brennpunkt hat, und hat ein oberes Ende, das am Punkt P endet. Der Winkel α1 ist so ausgewählt, daß die Rotationsfläche R1 im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche S1 konvex ist, und der Winkel α2 ist so ausgewählt, daß die Rotationsfläche R2 im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche S1 konkav ist.
Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die Schallenergie, die von einem Schallstrahler abgestrahlt wird, der an oder nahe dem Brennpunkt F1 positioniert ist, so umleitet, daß das resultierende Dispersionsmuster über einen sehr breiten Frequenzbereich horizontal überaus breit und vertikal begrenzt ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, die horizontal umgeleitete Schallstrahlung erzeugt, die im wesentlichen frei von Frequenzganganomalien ist.
Als weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, eine Vorrichtung mit isolierenden Oberflächen bereitzustellen, die so positioniert sind, daß das gesamte Schallstrahlungsmuster speziell abgestimmt ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der Betrachtung der Vorrichtung zur Umverteilung von Schallstrahlung der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auf einer Auflagefläche plaziert ist, und zeigt die Grenze einer reflektierenden Innenfläche in Durchsicht.
2 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auf einer Auflagefläche plaziert ist.
3 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und zeigt die Grenze der freiliegenden Oberseite ihres Basisteils in Durchsicht.
4 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 3 an der Schnittlinie 4-4 und zeigt in Durchsicht zwei Ellipsen, die bei der Bildung der reflektierenden Oberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.
5 ist eine Darstellung der Bildung der beiden Rotationsflächen, die die reflektierende Oberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Rotation zweier Ellipsenbogen bilden.
6 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Wandler, der in einer gekippten Orientierung auf der Oberseite ihrer Basis angeordnet ist.
7 ist eine Darstellung der Verbindung eines Hochpaßfilters zwischen einem Leistungsverstärker für das Schallsystem und einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Wandler.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Umverteilung von Schallenergie gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist eine Basis 10, eine Linse 30 und eine Einrichtung zum Anordnen der Linse 30 auf der Basis 10 auf. Die Basis 10 hat eine Oberseite 12, eine Unterseite 14, eine Vorderseite 16 und eine Rückseite 18. Die Unterseite 14 ist so konfiguriert, daß die Basis 10 auf einer Auflagefläche 20 positionierbar ist. Die hier dargestellte Auflagefläche 20 ist eben; gleichwohl sollte verständlich sein, daß die Auflagefläche 20 jede Oberfläche sein kann, auf der der Benutzer die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 plazieren will.
Die Linse 30 hat eine Oberseite 32, eine Unterseite 34, eine Vorderseite 36 und eine Rückseite 38. Gemäß 2 weist die Vorderseite 36 u. a. eine reflektierende Oberfläche 50, einen auf der reflektierenden Oberfläche 50 liegenden Punkt P und mindestens eine angrenzende Oberfläche S1 auf. Zusätzliche angrenzende Oberflächen, z. B. S2, können auch konstruktiv vorgesehen sein.
Die reflektierende Oberfläche 50 ist so konfiguriert, daß sie für optimale Dispersion von Schallstrahlung sorgt, die von einem Wandler abgestrahlt wird, und ist durch zwei Rotationsflächen R1 und R2 gebildet. Gemäß 4 durchläuft eine Linie L den auf der reflektierenden Oberfläche 50 liegenden Punkt P und schneidet die Unterseite 14 der Basis 10 an einem Punkt B. Dann können zwei Ellipsen E1 und E2 so ausgewählt werden, daß der Punkt P auf jeder Ellipse E1 und E2 liegt und die Ellipsen E1 und E2 einen gemeinsamen Brennpunkt E1 haben, der auf der Linie L zwischen dem Punkt P und Punkt B liegt. Dann hat die Ellipse E1 einen zweiten Brennpunkt F2₁, und die Ellipse E2 hat einen zweiten Brennpunkt F2₂. Die Ellipse E1 definiert einen Ellipsenbogen A1 mit einem am Punkt P endenden unteren Ende, und die Ellipse E2 definiert einen Ellipsenbogen A2 mit einem am Punkt P endenden oberen Ende. Gemäß 5 ist die Rotationsfläche R1 durch Rotieren des Ellipsenbogens A1 über einen Winkel α1 gebildet, und die Rotationsfläche R2 ist durch Rotieren des Ellipsenbogens A2 über einen Winkel α2 gebildet. Der Winkel α1 sollte so ausgewählt sein, daß die Rotationsfläche R1 im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche S1 konvex ist; der Winkel α2 sollte so ausgewählt sein, daß die Rotationsfläche R2 im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche S1 konkav ist.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung variiert die Länge des Ellipsenbogens A1 konstant, wenn er um die Linie L in den Winkeln α1 rotiert, während der Bogen A1 stets am unteren Punkt P endet. Effektiv kann der Benutzer dadurch eine Anzahl von Varianzen auf der reflektierenden Oberfläche R1 erzeugen, die jeweils eine unterschiedliche Obergrenze haben.
Gemäß 6 ist im Betrieb ein Wandler 60 am oder nahe dem Punkt F1 positioniert. Schallstrahlung wird von F1 abgestrahlt und dispergiert nach außen in alle Richtungen von der Strahlungsfläche des Wandlers. Schallstrahlung, die zur Linse 30 dispergiert, wird durch die reflektierende Oberfläche 50 reflektiert.
Während die Ellipsen E1 und E2 beliebige zwei Ellipsen sein können, die so gewählt sind, daß sie den geeigneten Brennpunkt F1, Punkt P und Bogen A1 oder A2 wie zuvor beschrieben haben, sind sie vorzugsweise so ausgewählt, daß die meiste Schallstrahlung, die auf die Oberflächen R1 und R2 trifft, auf Wegen reflektiert wird, die eine begrenzte vertikale Komponente und eine breite horizontale Komponente haben. Allerdings sollte verständlich sein, daß die Richtwirkung der reflektierten Schallstrahlung von vielen Faktoren abhängt, u. a. von der Positionierung des Schallstrahlers, der die reflektierte Schallstrahlung erzeugt, und der Orientierung der reflektierenden Oberfläche 50 im Hinblick auf die umliegende Umgebung. Die Auswahl der Ellipsen E1 und E2 und die exakte Positionierung des Wandlers 60 können speziell abgestimmt sein, um optimale Wirkungen zu zeitigen.
Der Wandler 60 kann gemäß 6 gekippt sein, was die Richtung ändert, in der die vom Wandler emittierte Schallenergie abgestrahlt wird. Der Grad, in dem der Wandler 60 ge kippt ist, der durch einen Winkel β zwischen einer Achse 62 des Wandlers 60 und der Linie L gemessen werden kann, läßt sich variieren, um den gesamten Frequenzgang und die vertikale Richtwirkung der Vorrichtung speziell abzustimmen.
Gemäß 4 beeinflussen auch die anderen Oberflächen der Vorrichtung 1 als die reflektierende Oberfläche 50 die gesamte Schallerzeugung. Die Einrichtung zum Anordnen der Linse 30 auf der Basis 10 weist vorzugsweise einen Absorptionsmaterialisolator 40 mit einer Oberseite 42, einer Unterseite 44, einer Vorderseite 46 und einer Rückseite 48 auf. Die Unterseite 44 des Isolators 40 ist auf der Oberseite 12 der Basis 10 befestigt. Die Unterseite 34 der Linse 30 ist auf der Oberseite 42 des Isolators 40 befestigt.
Der Isolator 40 kann sich aus Filz oder jedem anderen geeigneten Absorptionsmaterial zusammensetzen. Zu beachten ist, daß die senkrechte Dicke des Isolators 40 in 1 und 4 der klaren Darstellung halber vergrößert wurde. Zu Nutzeffekten des Gebrauchs des Isolators 40 zählen u. a. die Verringerung von Schallresonanzen, die ansonsten die Leistung beeinträchtigen könnten.
Die Plazierung des Isolators 40 kann einen ersten abgedeckten Abschnitt 17 und einen zweiten nicht abgedeckten Abschnitt 19 der Oberseite 12 der Basis 10 bilden. Der nicht abgedeckte Abschnitt 19 der Oberseite 12 kann nach unten abfallen. Zu Nutzeffekten eines solchen Abfalls nach unten zählen u. a. die maßgeschneiderte Gestaltung der vertikalen Dispersion entsprechend den konstruktiven Notwendigkeiten. Verständlich sollte sein, daß der Absorptionsmaterialisolator die Oberseite 12 der Basis 10 vollständig abdecken könnte, sofern erhöhte Schallabsorption erwünscht ist.
Ähnlich können die angrenzenden Flächen S1 und S2 mit einem gewissen Absorptionsmaterial 72 abgedeckt sein, um Schallstrahlung zu absorbieren, die ansonsten von ihnen reflektieren würde. Diese Technik kann verwendet werden, um den Frequenzgang des Gesamtsystems speziell abzustimmen und die Menge von horizontaler Dispersion zu begrenzen.
Betrachtet man die Außenflächen der Vorrichtung 1, so erzeugen gekrümmte Oberflächen normalerweise weniger störende Beugungswirkungen. Somit bildet die Vorderseite 16 vorzugsweise einen krummlinigen Bogen, z. B. einen allgemeinen Ellipsen- oder Kreisbogen. Zusätzlich bilden die Rückseiten 18, 38 und 48 der Basis 10, der Linse 30 und des Isolators 40 vorzugsweise gemeinsam eine Rückseite 70, die krummlinig ist und die Unterseite 14 der Basis 10 mit der Oberseite 32 der Linse 30 verbindet. Vorzugsweise ist mindestens ein Abschnitt der Unterseite 14 krummlinig und fällt nach unten ab, um auf die Rückseite 70 zu stoßen. Die Unterseite 14 und Vorderseite 16 der Basis 10, die Rückseite 70 und die Oberseite 32 der Linse 30 können auch mit Absorptionsmaterial 72 abgedeckt sein, um Beugungseffekte zu unterdrücken.
Alle herkömmlichen Wandler haben eine Schalleistungsausgabe, die mit abnehmender Frequenz steigt. Da die Vorrichtung Schalleistung umverteilt, hat der Gesamtgang des Systems einen entsprechenden ansteigenden Gang mit abnehmender Frequenz. Um dieses Problem zu behandeln, ist gemäß 7 in einer bevorzugten Ausführungsform ein einfaches Hochpaßfilter 100, das die elektrische Energie mit abnehmender Frequenz verringert, mit dem Wandler 60 der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden. Die Ausgabe einer zum Ansteuern des Schallsystems verwendeten Signalquelle 110 durchläuft das Filter 100, wodurch das System eine Ausgabe bei allen Frequenzen hat, die im wesentlichen gleich ist. Sind mehrere Wandler 60 in einem die Vorrichtung verwendenden Schallsystem eingebaut, kann das Filter Teil der Frequenzweiche sein, die zum Verbinden der mehreren Wandler 60 verwendet wird.
Während die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Umverteilung von Schallenergie beschrieben wurde, sollte verständlich sein, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Einsatz kommen könnte, um andere Energiewellenformen umzuverteilen, z. B. elektromagnetische Wellen.
Obwohl die vorstehende Erfindung durch Veranschaulichung zum klaren Verständnis in gewissen Einzelheiten beschrieben wurde, wird dem Fachmann angesichts der Lehren der Erfindung leicht deutlich sein, daß bestimmte Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Vorrichtung (1) zur Umverteilung von Schallenergie mit: einer Basis (10) mit einer Oberseite (12), einer Unterseite (14), einer Vorderseite (16) und einer Rückseite (18), wobei die Unterseite (14) auf einer Auflagefläche (20) positionierbar ist; einer Linse (30) mit einer Oberseite (32), einer Unterseite (34), einer Vorderseite (36) und einer Rückseite (38); und einer Einrichtung zum Anordnen der Linse (30) auf der Basis (10); wobei die Vorderseite (36) der Linse (30) eine reflektierende Oberfläche (50), einen auf der reflektierenden Oberfläche (50) liegenden Punkt (P) und mindestens eine angrenzende Oberfläche (S1) aufweist, wobei eine Linie (L) den Punkt (P) durchläuft und die Unterseite (14) der Basis (10) an einem Punkt (B) schneidet, ein Punkt (F1) auf der Linie (L) zwischen dem Punkt (P) und dem Punkt (B) liegt, die reflektierende Oberfläche (50) bestimmt ist durch die Rotationsfläche (R1) eines Ellipsenbogens (A1), der um die Linie (L) über einen Winkel (α1) rotiert, und die Rotationsfläche (R2) eines Ellipsenbogens (A2), der um die Linie (L) über einen Winkel (α2) rotiert, der Ellipsenbogen (A1) ein unteres Ende hat, das am Punkt (P) endet und einen Abschnitt einer ersten Ellipse (E1) mit einem am Punkt (F1) liegenden Brennpunkt bildet, der Ellipsenbogen (A2) ein oberes Ende hat, das am Punkt (P) endet und einen Abschnitt einer zweiten Ellipse (E2) mit einem am Punkt (F1) liegenden Brennpunkt bildet, der Winkel (α1) so ausgewählt ist, daß die Rotationsfläche (R1) im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche (S1) konvex ist, und der Winkel (α2) so ausgewählt ist, daß die Rotationsfläche (R2) im Hinblick auf die angrenzende Oberfläche (S1) konkav ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei: die Einrichtung zum Anordnen der Linse (30) auf der Basis (10) einen Absorptionsmaterialisolator (40) mit einer Oberseite (42), einer Unterseite (44), einer Vorderseite (46) und einer Rückseite (48) aufweist; der Absorptionsmaterialisolator (40) oben auf der Oberseite (12) der Basis (10) befestigt ist; und die Linse (30) oben auf der Oberseite (42) des Absorptionsmaterialisolators (40) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, ferner mit einem Wandler (60), der am Punkt (F1) positioniert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, ferner mit einem Wandler (60), der nahe dem Punkt (F1) positioniert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der Wandler (60) eine Mittelachse (62) festlegt und wobei der Wandler (60) so geneigt ist, daß die Mittelachse (62) des Wandlers (60) die Rotationslinie (L) in einem spitzen Winkel (β) schneidet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei der Punkt (F1) nahe der Oberseite (12) der Basis (10) liegt und wobei der Wandler (60) auf der Oberseite (12) der Basis (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei: die Unterseite (44) des Absorptionsmaterialisolators (40) einen kleineren Flächeninhalt als die Oberseite (12) der Basis (10) hat; der Absorptionsmaterialisolator (40) auf der Oberseite (12) so positioniert ist, daß er einen ersten abgedeckten Abschnitt (17) und einen zweiten nicht abgedeckten Abschnitt (19) der Oberseite (12) bildet; und der zweite nicht abgedeckte Abschnitt (19) vom ersten abgedeckten Abschnitt (17) nach unten abfällt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Vorderseite (16) der Basis (10) krummlinig ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Vorderseite (16) der Basis (10) allgemein kreisförmig ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Vorderseite (16) der Basis (10) allgemein elliptisch ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei: die Rückseiten (18, 38 und 48) der Basis (10), der Linse (30) bzw. des Absorptionsmaterialisolators (40) gemeinsam eine Rückseite (70) für die Vorrichtung (1) bilden, die distal zur reflektierenden Oberfläche (50) ist und die Unterseite (14) der Basis (10) mit der Oberseite (32) der Linse (30) verbindet; und die Rückseite (70) der Vorrichtung (1), die Oberseite (32) der Linse (30) und mindestens ein Abschnitt der Unterseite (14) der Basis (10) krummlinig sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei der Ellipsenbogen (A1) eine konstant variierende Länge hat, wenn der Ellipsenbogen (A1) um die Linie (L) rotiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei jede angrenzende Oberfläche (S1) mit einem Absorptionsmaterial bedeckt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die Unterseite (14) und die Vorderseite (16) der Basis (10), die Rückseite (70) sowie die Oberseite (32) der Linse (30) mit einem Absorptionsmaterial bedeckt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei der Wandler (60) eine Ausgabe erzeugt, und ferner mit einem Filter, das mit dem Wandler (60) verbunden ist, wobei das Filter die Ausgabe des Wandlers so modifiziert, daß die Ausgabe annähernd gleiche Energie auf allen Frequenzen hat.