EP0158978A2 - Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung, insbesondere für Lautsprecher, vorzugsweise für Lautsprecherboxen - Google Patents

Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung, insbesondere für Lautsprecher, vorzugsweise für Lautsprecherboxen Download PDF

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EP0158978A2
EP0158978A2 EP85104406A EP85104406A EP0158978A2 EP 0158978 A2 EP0158978 A2 EP 0158978A2 EP 85104406 A EP85104406 A EP 85104406A EP 85104406 A EP85104406 A EP 85104406A EP 0158978 A2 EP0158978 A2 EP 0158978A2
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transducers
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transducer
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Jürgen Dipl.-Ing. Quaas
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QUAAS, JUERGEN, DIPL.-ING.
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    • H04R2209/027—Electrical or mechanical reduction of yoke vibration

Definitions

  • the invention relates to the installation of sound transducers in a sound guide, in particular for loudspeakers, preferably for loudspeaker boxes, and is characterized in that the transmission of structure-borne sound from the sound transducers to the sound guide is prevented.
  • a disadvantage of all of these constructions is that the expenditure for material and processing is relatively high, accordingly generates high costs and finally leads to heavy, unwieldy loudspeaker boxes.
  • the disadvantages are all the more serious the larger and less distortion the loudspeaker box is to be designed. If the sound guidance is not stiff enough or if the sound transducer is connected to the sound guidance via a damping material, the impulse behavior and the efficiency also deteriorate.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention has set itself the task of finding a universally applicable design principle for loudspeakers which, regardless of the type of sound transducer and the sound guidance, excludes distortions caused by vibrations of the housing and the sound guidance, and with a minimum of effort for sound guidance and Housing gets along.
  • Option II will be chosen if you are free to design the loudspeaker or if you value good efficiency, since no energy is lost in a special compensation converter.
  • Sound transducers of the same type which are matched to one another in pairs, are preferably used. However, this arrangement is not limited to a pair of transducers, rather any number of coordinated transducers can be arranged in a point-symmetrical configuration, which is used, for example, in all-round loudspeaker boxes or for drivers with horn sound guides can find.
  • the sound transducers are not connected to the sound guide on their fastening ring as usual, but rather the entire unit of the connected sound transducers is attached to the housing or the sound guide in a vibration-neutral manner without having any contact with the sound guide.
  • This can be done by a pendulum-like suspension of the arrangement or by attachment in its center of gravity to the housing.
  • the gap between sound transducers and sound guide can be used for bass reflex boxes, otherwise it can be easily closed with elastic damping material.
  • This arrangement has the advantage, even in the case of incomplete compensation, caused, for example, by inequalities of the sound transducers or uneven acoustic loading, and in the case of vibrations which are more or less present due to a certain residual elasticity of the mechanical connection between the sound transducers, the structure-borne sound transmission to the sound guide completely to prevent.
  • the mechanical connection between the sound transducers can advantageously be made adjustable, so that there is a slight adaptation to the geometry of the sound guide.
  • FIG. 1b shows the same arrangement from FIG. 1a, but here the entire assembly, consisting of the sound transducers 4, 5 and the connections 6, 7, 8, 9, is connected to the sound guide 1 via suspensions 12, 13. There is an annular gap between the sound transducers 4, 5 and the sound guide 1, which is sealed with damping elastic seals 14, 15. Stops 17, 18 limit strong movements of the assembly when the loudspeaker is being transported. In contrast to the arrangement of Fig.la, the transmission of vibrations of the chassis of the sound transducers 4, 5 to the sound guide 1 is prevented even if the forces are not completely compensated for to zero. This is the case, for example, if the connections 6, 7, 8, 9 have elastic properties and thus yield to the forces acting on them.
  • FIG. 2a shows an example of the many possible embodiments of the mechanical connection between the sound transducers 4, 5. Only one of the connecting elements that are present several times (mostly four times) is shown. This is a version that is adjustable in length.
  • a rod 21 is inserted into a tube 20 with a good fit.
  • a locking ring 22 fixes the rod 21 and tube 20 together.
  • the free ends of the rod 21 and the tube 20 are expediently provided with threads that enable a screw connection with the sound transducers 4, 5 and the sound guide 1.
  • the locking ring 22 contains two different internal threads, each of which fit on the external threads of the tube 20 and the rod 21.
  • the simplest embodiment is to dispense with the tube 20 and to design the rod 21 as a continuous threaded rod, which is cut to the length required in each case.
  • FIG. 2b shows another example for the execution of the mechanical connection between the sound transducers 4, 5. Again, only one of the multiple connections is shown.
  • the magnets 24, 25 of the sound transducers 4, 5 are provided with tabs 26, 27 to which a connecting piece 28 is fastened by means of screw connections.
  • This version is characterized by its minimal length, which makes the elastic properties of the material less effective.
  • FIG. 3 shows the arrangement of three sound transducers 32, 33, 34 with their mutual mechanical connection 35 using the example of an all-round radiating loudspeaker box 31, which is shown in partial cross section and in perspective. Due to the point symmetry of the arrangement voltage and with the same data of the sound transducers 32, 33, 34, their dynamic forces on the sound guide 31 compensate for zero. The principle of action, which is shown for the mirror-symmetrical arrangement of the sound transducers in Fig.1a, applies accordingly for the point-symmetrical arrangement with more than two sound transducers.
  • the mechanical connection 35 is somewhat more complex here, since connecting rods which lie outside the center plane of the respective sound transducer must be connected to one another in order to be able to absorb lateral forces.
  • a horn loudspeaker box is shown in FIG.
  • Sound transducers 42, 43 which are connected to one another via mechanical connections 44, 45, 46, 47 (47 hidden behind 45) and are closed at the rear by a sound guide 41, work as drivers for the horn sound guide 40. In this arrangement, more than two sound transducers can be combined.
  • FIG. 5 shows a three-way speaker in partial longitudinal section from the front and from the side.
  • a sound guide 50 contains a high-frequency sound transducer 51, a mid-range sound transducer 52 and, instead of a pair of large low-frequency sound transducers, three pairs of small low-frequency sound transducers 53, 54, 55, 56, 57, 58.
  • This arrangement ensures that the low-frequency sound transducers emit better towards the front, which is naturally difficult due to the lateral installation at higher frequencies and can only be improved by smaller diaphragm diameters.
  • Front radiation occurs when the membrane is smaller than the smallest wavelength to be emitted.
  • FIG. 6 shows a pentagonal speaker box in partial cross section.
  • Sound transducers 61, 62 are installed in a sound guide 60 and are connected to one another by mechanical connections 63, 64, 65 (65 hidden behind 63). Due to the geometry of the sound guide 60, the sound transducers 61, 62 are inclined at an angle to each other. As a result, the mutual compensation of the forces is not zero, a residual component remains.
  • the example is intended to show that even in loudspeakers in which the sound transducers are not exactly parallel to one another, it makes sense to mechanically connect the sound transducers to one another, because this at least reduces the forces on the sound guidance. The effectiveness of the measure depends on the angle between the transducers.
  • FIG. 7a shows a three-way loudspeaker box in partial cross section.
  • a sound guide 70 designed as a closed box contains, in addition to the high and middle ion transducers 71, 72, a low-frequency transducer -73, which is connected to a low-frequency transducer 74 by means of mechanical connections 75, 76, 77, 78 (78 rear 76 hidden) previous examples is mounted on the front of the S challwandler 73 and radiates acoustic from, while the transducer 74 is mounted in the interior of the sound guide 70, and not sound outwardly abstrahlt.Er serves only to compensate for the impact sound of the sound transducer 73.
  • This embodiment is particularly suitable for naeh Creden Installation in existing loudspeakers. It is further characterized by the fact that the usual construction of loudspeakers with their typical appearance can be retained. On the other hand, it must be taken into account that in this embodiment, in contrast to the previous examples, the overall efficiency is lower, which is particularly important in the case of passive laser speakers.
  • Figure 7b shows the principle of the electrical wiring of the speaker box of Figure 7a as a passive box.
  • the input signal passes through a Freque nzweiche to the individual transducers 71,72,73 and above it b a potentiometer configured as a T-79 controller 74 to the transducer with the This potentiometer 79 is adjusted for the best possible compensation.
  • the design as a T-actuator ensures constant impedance in the entire setting range and thus avoids effects on the crossover. Wiring examples for active loudspeakers follow in FIGS. 9a-c.
  • FIG. 8 ′ shows a possible improved embodiment of the arrangement according to FIG. 7a in half cross-section.
  • a sound transducer 81 is connected to a special compensation transducer 85 via brackets 83, 84, which at the same time serve for fastening with a sound guide 80.
  • a sound transducer for compensation this need not be a transducer in the usual sense because it should emit no sound.
  • the membrane and the basket can be omitted.
  • the drive system here: magnet, voice coil, centering
  • a special compensation transducer 85 is thus obtained, which is designed to be far less complex than a normal sound transducer.
  • the compensation transducer 85 is connected to the actual sound transducer 81 to form an integral unit which avoids problems of mechanical and dynamic mutual adaptation. Furthermore, it is advantageous to connect the entire unit to the sound guide 80 via the fastenings 83, 84. On the one hand, this is a vibration-neutral suspension, on the other hand, the chassis of the sound transducer 81 can be made cheaper.
  • Figures 9a-c show block diagrams for different wiring options of an active loudspeaker box according to Fig. 8 or Fig. 7a.
  • the input signal of the respective circuit is the signal coming from the crossover, which is assigned to the sound converter 81.
  • this signal hangs over a power output stronger 90 to the sound transducer 81 and parallel to it via an equalizer 92 to a second power amplifier 91 and to the compensation transducer 85.
  • the advantage of this circuit compared to a simple parallel connection of the transducers 81, 85 is that the equalizer 92 makes differences in the frequency responses of the transducers 81, 85 can be compensated. This equalization is usually easier to implement and adjust when the circuit is active than with a passive circuit, such as in Fig. 7b. Since the converter 85 is not used for sound radiation, a simpler and cheaper design is sufficient for the power amplifier 91 than for the amplifier 90.
  • the input signal again reaches the sound transducer 81 via the amplifier 90.
  • a measuring device 94 supplies a signal via a measuring amplifier 93 which corresponds to the membrane amplitude of the sound transducer 81.
  • This signal passes through the power amplifier 91 to the compensation converter 85.
  • the measuring amplifier can contain an equalization which corrects irregularities in the frequency response of the converter 85.
  • Different types of transducers 81, sound guides, changes in acoustic load, etc. are automatically taken into account here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft den Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung, insbesondere für Lautsprecher, vorzugsweise für Lautsprecherboxen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Körperschallübertragung von den Schallwandlern auf die Schallführung verhindert wird. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Lautsprecherboxen für HiFi im privaten und professionellen Bereich. Sie zeigt die Möglichkeiten auf, wie man durch ein spezielles Konstruk-tionsprinzip die akustischen Eigenschaften einer Lautspre-cherbox verbessern kann. Die Beseitigung störender Schwingungen von Schallführung und Gehäuse ist das Ziel des vorgestellten Konstruktions- prinzips, das sich wie folgt beschreiben läßt: Die Chassis der Schallwandler werden in einer Weise auf der Schallführung angeordnet und mechanisch miteinander verbunden, daß sich ihre dynamischen Kräfte auf die Schallführung zu Null kompensieren. Dadurch wird der Körperschall der Schallwandlerchassis auf die Schallführung und das Gehäuse nicht übertragen und muß somit auch nicht gedämpft werden. Neben der erstrebten Verbesserung der Wiedergabequalität wird auch eine Senkung des Aufwands für Schallführung und Gehäuse erreich.

Description

  • Die Erfindung betrifft den Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung, insbesondere für Lautsprecher, vorzugsweise für Lautsprecherboxen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Körperschallübertragung von den Schallwandlern auf die Schallführung verhindert wird.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Lautsprecherboxen zur hochwertigen Übertragung von Musik, wie sie im professionellen Bereich und in der Konsumelektronik üblich sind.
  • Zweck der Erfindung ist es, die Wiedergabequalität von Lautsprecherboxen durch Beseitigung störender Schwingungen von Schallführung und Gehäuse zu verbessern.
  • Lautsprecherboxen haben bekanntlich die Aufgabe, elektrische Signale in akustische nach gegebenen Qualitätskriterien umzuwandeln. Eines dieser Kriterien ist das Maß der Verzerrungen, die bei der Übertragung entstehen. Um ein Minimum an Verzerrungen zu erreichen, dürfen Schallführung und Gehäuse einer Lautsprecherbox selbst nicht als Schallquelle wirken, d.h. sich durch die vom Schallwandler erzeugten Schwingungen nicht zum Mitschwingen anregen .. lassen.
  • Unter dem hier und im folgenden benutzten Begriff "Schallführung" versteht man ganz allgemein eine Vorrichtung, den Schallwandler bei Wellenlängen, die größer als seine Membran sind, akustisch an die Umgebung anzupassen. Beispiele hierfür sind: Schallwand, Trichter, geschlossene Box, etc. Bei der Schallwand gibt es kein Gehäuse, bei der geschlossenen Box sind Schallführung und Gehäuse identisch.
  • Es ist üblich, die Aufgabe technisch dadurch zu lösen, daß man für Schallführung und Gehäuse genügend dicke Wandstärken vorsieht, Verstrebungen und Versteifungen anbringt und / oder ein Material wählt, das eine hohe innere Dämpfung aufweist. Beispiele hierfür sind Lautsprecherboxen aus Beton, Marmor, Keramik, Acrylglas und Aluminium.-Es sind auch mehrschichtige Gehäuse nach dem Sandwich-Prinzip bekannt, deren Zwischenschicht ein hochdämpfendes Material wie z.B. Sand enthält.
  • Nachteilig bei allen diesen Konstruktionen ist, daß der Aufwand für Material und Verarbeitung relativ hoch ist, dementsprechend hohe Kosten erzeugt und schließlich zu schweren, unhandlichen Lautsprecherboxen führt. Die Nachteile sind um so gravierender je größer und verzerrungs- ärmer die Lautsprecherbox ausgelegt werden soll. Ist die, Schallführung nicht steif genug, oder ist der Schallwandler über ein dämpfendes Material mit der Schallführung verbunden, kommt es außerdem zu einer Verschlechterung des Impulsverhaltens und des Wirkungsgrades.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Insbesondere hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht, ein universell anwendbares Konstruktionsprinzip für Lautsprecherboxen zu finden, das unabhängig vom-Typ des Schallwandlers und der Schallführung durch Schwingungen des Gehäuses und der Schallführung verursachte Verzerrungen ausschließt und dabei mit einem Minimum an-Aufwand für Schallführung und Gehäuse auskommt.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß der Körperschall von Schallwandlern die Schallführung und das Gehäuse erheblich mehr zum Mitschwingen anregt als der Luftschall, und löst die gestellte Aufgabe dadurch,daß die dynamischen Kräfte des oder der Schallwandlerchassis auf die Schallführung am Einbauort durch dynamische Gegenkräfte kompensiert werden. Damit wird die Übertragung des Körperschalls des oder der Schallwandler auf Schallführung und Gehäuse verhindert und folglich die gewünschte Reduzierung des Aufwandes für Schallführung und Gehäuse erreicht.
  • Die technische Realisierung der Erfindung erfolgt dadurch, daß zwei Schallwandler so angeordnet werden, daß die Bewegungsrichtungen der Schwerpunkte ihrer Membrane auf einer Geraden liegen. Die Geometrie der Anordnung wird durch eine mechanische Verbindung der Chassis der Schallwandler untereinander realisiert, deren Werkstoff sich durch minimale Elastizität auszeichnet. Elektrisch werden die Schallwandler so beschaltet, daß ihre Membrane gegenphasisige Bewegungen ausführen. Für die akustische Beschaltung stehen zwei Realisierungsmöglichkeiten zur Wahl :
    • I) Ein Schallwandler ist in die Schallführung eingebaut und strahlt Schallwellen ab, während der zweite nur die Chassis-Schwingungen des ersten kompensiert und selbst keine Schallwellen in die weitere Umgebung abstrahlt.
    • II) Beide Schallwandler sind in die Schallführung eingebaut und akustisch parallel geschaltet.
  • Die Möglichkeit I) bietet sich an, wenn vorhandene Lautsprecherboxen nachträglich körperschallfrei gemacht werden sollen, oder wenn die bisherige Konzeption von Lautsprecherboxen beibehalten werden soll. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich der Schallwandler zur Kompensation vereinfachen und so modifizieren, daß er statt der Membran eine definierte bewegte Masse hat und akustisch, elektrisch und mechanisch eine Integrierte Einheit mit dem ersten, schallabstrahlenden Schallwandler bildet. Dies führt zu einem neuen, insgesamt körperschallfreien Schallwandlertyp, der in gewohnter Weise für die Konstruktion von Lautsprecherboxen verwendet wird. Bei aktiven Lautsprecherboxen lassen sich die beiden Wandler in vorteilhafter Weise einfach und präzise durch elektronische Maßnahmen, wie etwa durch Messung oder Nachbildung des Frequenzgangs des abstrahlenden Schallwandlers, ggf. auch des kompensierenden Wandlers, aufeinander abstimmen.
  • Die Möglichkeit II) wird man wählen, wenn man frei in der Gestaltung der Lautsprecherbox ist oder auf guten Wirkungsgrad Wert legt, da hier keine Energie in einem speziellen Kompensationswandler verloren geht. Vorzugsweise werden Schallwandler gleichen Typs, die paarweise aufeinander abgestimmt sind, verwendet. Diese Anordnung ist jedoch nicht auf ein Schallwandlerpaar beschränkt, vielmehr läßt sich jede beliebige Zahl von aufeinander abgestimmten Schallwandlern in einer punktsymmetrischen Konfiguration anordnen, die beispielsweise bei rundum strahlenden Lautsprecherboxen oder für Treiber bei Horn-Schallführungen Anwendung finden kann.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Schallwandler nicht wie üblich an ihrem Befestigungsring mit der Schallführung verbunden, sondern die gesamte Einheit der miteinander verbundenen Schallwandler wird, ohne Berührung mit der Schallführung zu haben, schwingungsneütral mit dem Gehäuse oder der Schallführung befestigt. Dies kann durch eine pendelartige Aufhängung der Anordnung oder durch Befestigung in ihrem Schwerpunkt mit dem Gehäuse geschehen. Der Spalt zwischen Schallwandlern und Schallführung kann für Baßreflexboxen mitausgenutzt werden, andernfalls läßt er sich in einfacher Weise mit elastischem dämpfenden Material abschließen. Diese Anordnung genießt den Vorteil, auch im Falle unvollständiger Kompensation, hervorgerufen etwa durch Ungleichheiten der Schallwandler oder ungleichmäßige akustische Belastung sowie bei Schwingungen, die durch eine gewisse Restelastizität der mechanischen Verr bindung zwischen den Schallwandlern mehr oder weniger vorhanden sind, die Körperschallübertragung auf die Schallführung vollständig zu verhindern.
  • Des weiteren läßt sich die mechanische Verbindung zwischen den Schallwandlern in vorteilhafter Weise verstellbar gestalten, so daß eine leichte Anpassung an die Geometrie der Schallführung gegeben ist.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind :
    • - Bessere akustische Eigenschaften von Lautsprecherboxen durch Fehlen störender Schwingungen von Schallführung und Gehäuse, durch besseres Impulsverhalten und besseren Wirkungsgrad.
    • - Beseitigung von Sörungen, die durch Körperschallübertragung eines schwingenden Lautsprechergehäuses über Böden und Wände auf resonanzfähige Objekte und benachbarte Räume entstehen.
    • - Reduzierung des Materialaufwandes für Schallführung und Gehäuse.
    • - Reduzierung des Gewichts der Lautsprecherbox.
    • - Vermeidung teurer und verarbeitungsaufwendiger Materialien.
    • - Konstruktion von Schallführung und Gehäuse in Leichtbauweise möglich.
    • - Besseres Kosten/Nutzen-Verhältnis der Lautsprecherbox.
    • - Akustische Aufwertung vorhandener Lautsprecherboxen durch nachträglichen erfindungsgemäßen Einbau eines zusätzlichen, der Kompensation dienenden Wandlers.
    • - Universell anwendbares Prinzip, unabhängig vom gewählten Typ von Schallwandler und Schallführung.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, die die verschiedenen Ausführungsformen darstellen, näher erläutert. Es zeigen :
    • Fig. 1a den Teillängsschnitt einer Dreiweg-Lautsprecherbox, bei der das Prinzip der gegenseitigen Kompensation auf die Tiefton-Schallwandler angewandt ist,
    • Fig. 1b den Gegenstand der Fig.la, wobei zusätzlich eine Möglichkeit zur vollkommenen Isolation des Körperschalls der Schallwandler dargestellt ist,
    • Fig.2a,b mögliche Ausführungsformen der mechanischen Verbindung der Schallwandler miteinander,
    • Fig. 3 eine rundum strahlende Lautsprecherbox im Teilquerschnitt und in der Perspektive, bei der das Prinzip der gegenseitigen Kompensation auf drei Breitband-Schallwandler angewandt ist,
    • Fig. 4 eine Horn-Lautsprecherbox im Teilquerschnitt,.bei der-das Prinzip der gegenseitigen Kompensation auf die Horntreiber-Schallwandler angewandt ist,
    • Fig. 5 den Gegenstand der Fig.la, jedoch mit mehreren Tiefton-Schallwandlerpaaren, im Teillängsschnitt von vorne und von der Seite,
    • Fig. 6 den Teilquerschnitt einer Lautsprecherbox mit teilweiser gegenseitiger Kompensation des Schallwandler-Körperschalls,
    • Fig. 7a den Teillängsschnitt einer Lautsprecherbox - mit einem ausschließlich der Kompensation dienenden Schallwandler,
    • Fig. 7b die zu Fig.7a gehörende elektrische Beschaltung in ihrer einfachsten Form,
    • Fig. 8 die Schallwandler des Gegenstandes von Fig.7a in modifizierter Form,
    • Fig.9a-c die zu den Ausführungen von Fig.7a und Fig.8 zugehörigen elektronischen Beschaltungen als Blockschaltbild.
  • In Figur 1a ist eine typische Ausführungsform der Erfindung am Beispiel einer geschlossenen Dreiweg-Lautsprecherbox, den wohl am häufigsten anzutreffenden Typ, dargestellt. Eine Schallführung 1, die hier mit dem Gehäuse identisch ist, enthält-neben den Schallwandlern 2,3 zur Hoch- und Mitteltonwiedergabe zwei identische Tiefton- Schallwandler 4,5, die-über Befestigungen 6,7,8,9 (9 ist, hinter 7 verdeckt) mechanisch starr miteinander verbunden sind. Die Tiefton-Schallwandler 4,5 sind elektrisch und akustisch gleichphasig parallel geschaltet. Liegt nun ein elektrisches Signal mit positivem Vorzeichen oder Gradienten an, bewegt sich die Membran des Schallwandlers 4 in Richtung 10 und die Membran des Schallwandlers 5 in Richtung 11. Nach dem physikalischen Grundsatz actio=reactio wirkt jede Kraft mit gleicher Intensität auch in die Gegenrichtung. Die Kraft, die beim Schallwandler 4 die Membran in Richtung 10 antreibt, wirkt als Reaktionskraft in Richtung 11 über Magneten und Chassis auf die Schallführung 1 und die Verbindungen 6,7,8,9 auf den anderen Schallwandler 5. Das gleiche gilt spiegelbildlich für den Schallwandler 5, dessen Reaktionskraft in Richtung 10 über Magneten und Chassis auf die Schallführung 1 und die Verbindungen 6,7,8,9 auf den anderen Schallwandler 4 wirkt. Bei einem Eingangssignal mit negativem Vorzeichen oder Gradienten gelten die gleichen Verhältnisse mit entgegengesetztem Vorzeichen. In jedem Falle wirken die Reaktionskräfte der Schallwandler 4,5 in jeweils entgegengestzter Richtung. Diese Kräfte können über die Verbindungen 6,7,8, 9 miteinander wechaelwirken. Sind sie entgegengesezt gleich groß, ist die Kräftesumme Null,und die Schallführung 1 bleibt von diesen Kräften unberührt.
  • Figur 1b zeigt die gleiche Anordnung von Figur 1a, jedoch ist hier der ganze Verbund, bestehend aus den Schallwandlern 4,5 und den Verbindungen 6,7,8,9, mit der Schallführung 1 über Aufhängungen 12,13 verbunden. Zwischen den Schallwandlern 4,5 und der Schallführung 1 besteht jeweils ein ringförmiger Spalt, der mit dämpfenden elastischen Dichtungen 14,15 abgedichtet ist. Anschläge 17,18 begrenzen starke Bewegungen des Verbundes beim Transport der Lautsprecherbox. Im Unterschied zur Anordnung von Fig.la wird die Übertragung von Schwingungen der Chassis der Schallwandler 4,5 auf die Schallführung 1 auch dann verhindert, wenn die Kompensation der Kräfte nicht vollstän- dig zu Null erfolgt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Verbindungen 6,7,8,9 elastische Eigenschaften aufweisen und somit den auf sie einwirkenden Kräften nachgeben. Ebenso führen Abweichungen zwischen den Daten der Schallwandler 4,5 und ungleiche akustische Belastung zu einer Unsymmetrie der Kräfte. Die resultierenden Kräfte regen die als Physikalisches Pendel wirkende Anordnung, bestehend aus den Schallwandlern 4,5, den Verbindungen 6,7,8,9 und den Aufhängungen 12,13,zum Schwingen an. Liegt nun die Eigenfrequenz des Pendels weit unterhalb des Übertragungsbereichs der Schallwandler 4,5, kann das Pendel den anregenden Schwingungen nicht mehr folgen und verhält sich praktisch starr. Die Eigenfrequenz des Pendels ist ausschließlich von der effektiven Pendellänge bestimmt und liegt schon bei relativ kurzen Längen weit unterhalb des üblichen Übertragungsbereiches von Tiefton-Schallwandlern. Die Dämpfungen 14,15 sind für den normalen Betriebsfall nicht notwendig, begrenzen aber weicher als die Anschläge 17,18 alleine. Es steht dem Konstrukteur frei, ob er mittels der Dämpfungen 14,15 die Schallführung 1 auch abdichtet oder nicht. Je nach dem ergibt sich daraus eine Schallführung vom Typ "geschlossene Box" oder "Baßreflexbox".
  • In Figur 2a ist ein Beispiel für die vielen möglichen Ausführungsformen der mechanischen Verbindung zwischen den Schallwandlern 4,5 dargestellt. Es ist nur eines der mehrmals (meist viermal) vorhandenen Verbindungselemente gezeigt. Es handelt sich hier um eine Ausführung, die in der Länge verstellbar ist. Eine Stange 21 ist gut passend in ein Rohr 20 eingeschoben. Ein Feststellring 22 fixiert Stange 21 und Rohr 20 miteinander. Die freien Enden der Stange 21 und des Rohrs 20 sind zweckmäßigerweise mit Gewinden versehen, die eine Schraubverbindung mit den Schallwandlern 4,5 und der Schallführung 1 ermöglichen. Der Feststellring 22 enthält zwei verschiedene Innengewinde, die jeweils auf die Außengewinde des Rohrs 20 und der Stange 21 passen. Schließlich bietet sich als einfachste Ausführungsform an, auf das Rohr 20 zu verzichten und die Stange 21 als durchgehende Gewindestange auszuführen, die auf die jeweils erforderliche Länge zurechtgeschnitten ist.
  • Figur 2b zeigt ein anderes Beispiel für die Ausführung der mechanischen Verbindung zwischen den Schallwandlern 4,5. Auch hier ist nur eine der mehrmals vorhandenen Verbindungen dargestellt. Die Magnete 24,25 der Schallwandler 4,5 sind mit Laschen 26,27 versehen, an denen ein Verbindungsstück 28 mittels Schraubverbindungen befestigt ist. Diese Ausführung zeichnet sich durch seine minimale Länge aus, wodurch elastische Eigenschaften des Materials weniger wirksam werden.
  • Figur 3 zeigt am Beispiel einer rundum strahlenden sechseckigen Lautsprecherbox 31, die im Teilquerschnitt und in Perspektive dargestellt ist, die Anordnung von drei Schallwandlern 32,33,34 mit ihrer gegenseitigen mechanischen Verbindung 35. Durch die Punktsymmetrie der Anordnung und bei gleichen Daten der Schallwandler 32,33,34 kompensieren sich deren dynamische Kräfte auf die Schallführung 31 zu Null. Das Wirkungsprinzip, das für die spiegelsymmetrische Anordnung der Schallwandler in Fig.1a dargestellt ist, gilt entsprechend auch für die punktsymmetrische Anordnung bei mehr als zwei Schallwandlern. Die mechanische Verbindung 35 ist hier etwas aufwendiger, da Verbindungsstangen, die außerhalb der Mittelebene des jeweiligen Schallwandlers liegen, untereinander verbunden sein müssen um seitliche Kräfte aufnehmen zu können.
  • In Figur 4 ist im Tetlquerschnitt eine Horn-Lautsprecherbox dargestellt. Schallwandler 42,43, die über mechanische Verbindungen 44,45,46,47 (47 hinter 45 verdeckt) miteinander verbunden und rückwärtig durch eine Schallführung 41 abgeschlossen sind, arbeiten als Treiber für die Horn-Schallführung 40. Bei dieser Anordnung können auch mehr als zwei Schallwandler miteinander kombiniert werden.
  • Figur 5 zeigt eine Dreiweg-Lautsprecherbox im Teillängsschnitt von vorne und von der Seite. Analog zu Fig.1a enthält eine Schallführung 50 einen Hochton-Schallwandler 51, einen Mittelton-Schallwandler 52 und statt einem Paar großer Tiefton-Schallwandler drei Paare kleiner Tiefton- Schallwandler 53,54,55,56,57,58. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Tiefton-Schallwandler besser nach vorne abstrahlen, was durch den seitlichen Einbau bei höheren Frequenzen naturgemäß schlecht möglich ist und nur durch kleinere Membrandurchmesser verbessert werden kann. Abstrahlung nach vorne ist gegeben, wenn die Membran kleiner als die kleinste abzusstrahlende Wellenlänge ist.
  • Figur 6 zeigt im Teilquerschnitt eine fünfeckige Lautspre- cherbox. Schallwandler 61,62 sind in eine Schallführung 60 eingebaut und durch mechanische Verbindungen 63,64,65 (65 hinter 63 verdeckt) miteinander verbunden. Durch die Geometrie der Schallführung 60 sind die Schallwandler 61,62 in einem Winkel zueinander geneigt. Folglich ist die gegenseitige Kompensation der Kräfte nicht Null, es verbleibt eine Restkomponente. Das Beispiel soll jedoch zeigen, daß auch bei Lautsprecherboxen, bei denen sich die Schallwandler nicht exakt parallel zueinander befinden, es sinnvoll ist, die Schallwandler mechanisch miteinander zu verbinden, weil damit zumindest eine Reduzierung der Kräfte auf die Schallführung erreicht wird. Die Wirksamkeit der Maßnahme hängt vom Winkel zwischen den Schallwandlern ab.
  • Figur 7a zeigt im Teilquerschnitt eime Dreiweg-Lautspre- cherbox. Eine als geschlossene Box ausgeführte Schallführung 70 enthält neben Hoch- und Mitte ltonsehallwandlern 71,72 einen Tieftonschallwandler -73, der mittels mechanischer Verbindungen 75,76,77,78 (78 himter 76 verdeckt) mit einem Tieftonschallwandler 74 verbunden ist.Im Unterschied zu den vorigen Beispielen ist der Schallwandler 73 frontseitig montiert und strahlt akustisch ab, während der Schallwandler 74 im Innern der Schallführung 70 montiert ist und keinen Schall nach außen abstrahlt.Er dient nur zur Kompensation des Körperschalls des Schallwandlers 73. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zum naehträglichen Einbau in vorhandene Lautsprecherboxen.Sie zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß die übliche Konstruktion von Lautsprecherboxen mit ihrem typischen Erscheinungsbild beibehalten werden kann. Aindererseits muß berücksichtigt werden, daß bei dieser Ausführungsform im Unterschied zu den vorigen Beispielen dfer Gesamtwirkungsgrad niedriger ist, was vor allem bei passiven Lasuteprecherboxen eine Rolle spielt.
  • Figur 7b zeigt das Prinzip der elektrischen Beschaltung der Lautsprecherbox von Fig.7a als passive Box. Das Eingangssignal gelangt über eine Freque nzweiche an die einzelnen Schallwandler 71,72,73 und üb er ein als T-Steller ausgeführtes Potentiometer 79 an den Wandler 74. Mit diesem Potentiometer 79 wird auf bestmögliche Kompensation abgeglichen. Die Ausführung als T-Steller sorgt für konstante Impedanz im ganzen Einstellbereich und vermeidet dadurch Rückwirkungen auf die Frequenzweiche. Beschaltungsbeispiele für aktive Lautsprecherboxen folgen in den Figuren 9a-c.
  • In Figur 8'ist im Halbquerschnitt eine mögliche verbesserte Ausführung der Anordnung nach Fig.7a gezeigt. Ein Schallwandler 81 ist mit einem speziellen Kompensationswandler 85 über Halterungen 83,84 verbunden, die gleichzeitig zur Befestigung mit einer Schallführung 80 dienen. Obwohl die Anordnung in Fig.7a einen Schallwandler zur Kompensation benutzt, muß dies kein Schallwandler im üblichen Sinne sein, da er keinen Schall abstrahlen soll. Auf die Membram und den Korb kann verzichtet werden. Es genügt das Antriebssystem (hier: Magnet, Schwingspule, , Zentrierung) mi-t einer definierten bewegten Masse, z.B. in Form eines Massseringes auf der Schwingspule. Man erhält somit einen speziellen Kompensationswandler 85, der weit weni.ger aufwendig gestaltet ist als ein normaler Schallwandler.Vorteilhafterweise verbindet man den Kompensationswandler 85 mit dem eigentlichen Schallwandler 81 zu einer integralen Einheit, die Probleme der mechanischen und dynamischen gegenseitigen Anpassung vermeidet. Weiterhin ist es vom Vorteil, die ganze Einheit über die Befestigungen 83,84 mit der Schallführung 80 zu verbinden. Zum einen ist dies eine schwingungsneutrale Aufhängung, zum anderen kann scimit das Chassis des Schallwandlers 81 billiger ausgeführt werden.
  • Die Figuren 9a-c zeigen Blockschaltbilder für verschiedene Beschaltungsmögrl:ichkeiten einer aktiven Lautsprecherbox nach Fig.8 oder Fig.7a. Eingangssignal der jeweiligen Schaltung ist das von der Frequenzweiche kommende Signal, das dem Schallwandler 81 zugeordnet ist.
  • In Figur 9a gehangt dieses Signal über einen Leistungsverstärker 90 zum Schallwandler 81 und parallel dazu über einen Entzerrer 92 auf einen zweiten Leistungsverstärker 91 und zum Kompensationswandler 85. Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber einer einfachen Parallelschaltung der Wandler 81,85 ist, daß mittels des Entzerrers 92 Unterschiede in den Frequenzgängen der Wandler 81,85 ausgeglichen werden können. Diese Entzerrung läßt sich bei aktiver Beschaltung meist einfacher realisieren und abgleichen als bei einer passiven Schaltung, wie z.B. in Fig.7b. Da der Wandler 85 nicht zur Schallabstrahlung dient, genügt für den Leistungsverstärker 91 eine einfachere und billigere Ausführung als für den Verstärker 90.
  • In Figur 9b gelangt das Eingangssignal wieder über den Verstärker 90 an den Schallwandler 81. Eine Meßeinrichtung 94 liefert über einen Meßverstärker 93 ein Signal, das der Membranamplitude des Schallwandlers 81 entspricht. Dieses Signal gelangt über den Leistungsverstärker 91 zum Kompensationswandler 85. Sofern erforderlich, kann der Meßverstärker eine Entzerrung enthalten, die Ungleichmäßigkeiten im Frequenzgang des Wandlers 85 korrigiert. Unterschiedliche Wandlertypen 81, Schallführungen, Änderungen der akustischen Belastung usw. werden hier automatisch berücksichtigt.
  • Figur 9c zeigt eine Schaltung für geregelte aktive Lautsprecherboxen. Das Eingangssignal gelangt über eine Vergleichsstelle zu einem Regelverstärker 95, wird über den Leistungsverstärker 90 verstärkt und dem Schallwandler 81 zugeführt. Dessen Membranamplitude wird wieder über eine Meßeinrichtung 94 und einem Meßverstärker 93 direkt oder indirekt erfaßt und schließt über die Vergleichsstelle die Regelschleife für den Schallwandler 81. Gleichzeitig wird das vom Meßverstärker 93 kommende Signal vom Leistungsverstärker 91 verstärkt und dem Wandler 85 zugeführt. Es ist ferner möglich, auch für den Wandler 85 eine ähnliche Regelschleife aufzubauen um dessen Ungleichmäßigkeiten im Frequenzgang und Datenstreuungen auszuregeln.
  • Ganz allgemein sei noch auf folgendes hingewiesen: In den Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im wesentlichen für dynamische Schallwandler im Tieftonbereich erläutert. Das liegt zum einen daran, daß im Tieftonbereich meist dynamische Schallwandler Verwendung finden. Zum anderen tritt das Problem des Körperschalls einer Lautspre- cherbox hauptsächlich bei tiefen Frequenzen auf. Die wirksamen Kräfte sind hier am größten und die innere Dämpfung des Materials der Schallführung und des Gehäuses meist am geringsten. Das Prinzip der Erfindung ist aber weder auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt noch an einen bestimmten Schallwandlertyp gebunden. Insbesondere bei Mehrweg-Lautsprecherboxen ist es je nach Konstruktion sinnvoll, die Erfindung auch auf Schallwandler höherer Frequenzbereiche anzuwenden.
  • Die Wirksamkeit der Erfindung hängt in großem Maße von der mechanischen Verbindung der Schallwandler untereinander, ab. Verbindungsstellen müssen ohne Spiel sein und Materialien mit elastischen Eigenschaften sollen nicht verwendet werden. Bei der Konstruktion ist weiterhin zu berücksichtigen, daß ein gewisser Mindestabstand zwischen den Antriebssystemen, also Magneten oder Elektroden, einzuhalten ist um ungünstige gegenseitige Beeinflussung auszuschließen.

Claims (13)

1. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung, insbesondere für Lautsprecher, vorzugsweise für Lautsprecherboxen, dadurch gekennzeichnet,daß die Körperschallübertragung von den Schallwandlern auf die Schallführung verhindert wird.
2. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach vorstehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Kräfte der Chassis der Schallwandler auf die Schallführung am Einbauort durch dynamische Gegenkräfte kompensiert werden.
3. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandler derart angeordnet und mechanisch, elektrisch und akustisch miteinander verbunden sind, daß die dynamischen Kräfte ihrer Chassis auf die Schallführung sich über diese mechanische Verbindung gegenseitig kompensieren.
4. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung der Schallwandler miteinander kein Bestandteil von Schallführung oder Gehäuse der Lautsprecherbox ist.
5. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung der Schallwandler miteinander in der Länge einstellbar ist.
6. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung der Schallwandler miteinander bei Betriebsfrequenzen vernachlässigbar kleine Elastizität aufweist.
7. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandler mit ihrer gemeinsamen mechanischen Verbindung eine mechanisch, elektrisch und akustisch aufeinander abgestimmte Einheit bilden.
8. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schallwandler nur zur Kompensation des Körperschalls des schallabstrahlenden Schallwandlers dient und selbst keinen Schall in die äußere Umgebung abstrahlt.
9. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach vorstehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß der nicht schallabstrahlende nur zur Kompensation dienende Wandler seiner Aufgabe speziell angepaßt ist und insbesondere statt einer Membran eine konzentrierte bewegte Masse enthält.
10. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der Ansprüche 8,9,
dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierende Wandler über eine Entzerrerschaltung angesteuert wird, die Unterschiede in den Frequenzgängen zwischen dem schallabstrahlenden und dem kompensierenden Wandler korrigiert.
11. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der Ansprüche 8,9,10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur Ansteuerung des kompensierenden Wandlers mittels einer Meßeinrichtung vom schallabstrahlenden Wandler gewonnen wird.
12. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der Ansprüche 8,9,10,11,
dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierende Wandler Bestandteil eines Regelkreises ist, der die Amplitude der bewegten Masse des kompensierenden Wandlers regelt.
13. Einbau von Schallwandlern in eine Schallführung nach einem der Ansprüche 8,9,10,11,12,
dadurch gekennzeichnet, daß schallabstrahlender und kompensierender Wandler und gegebenenfalls die dazugehörigen Meß- oder Korrektureinrichtungen zu einer Einheit integriert sind, die einen körperschallfreien Schallwandler darstellt. -
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