EP2396973A1 - Flachlautsprecher - Google Patents

Flachlautsprecher

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Publication number
EP2396973A1
EP2396973A1 EP10702679A EP10702679A EP2396973A1 EP 2396973 A1 EP2396973 A1 EP 2396973A1 EP 10702679 A EP10702679 A EP 10702679A EP 10702679 A EP10702679 A EP 10702679A EP 2396973 A1 EP2396973 A1 EP 2396973A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
array
loudspeaker
loudspeakers
individual
housing
Prior art date
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Granted
Application number
EP10702679A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2396973B1 (de
Inventor
Thomas Sporer
Daniel Beer
Stephan Mauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/26—Spatial arrangements of separate transducers responsive to two or more frequency ranges
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
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    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/401—2D or 3D arrays of transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2205/00—Details of stereophonic arrangements covered by H04R5/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2205/022—Plurality of transducers corresponding to a plurality of sound channels in each earpiece of headphones or in a single enclosure

Definitions

  • the present invention relates to sound reproduction systems, and more particularly to loudspeakers with high sound reproduction bandwidth.
  • Beer et al . The air spring effect of flat panel Speakers, presented at the 124th AES Convention, May 2008, Amsterdam / The Netherlands, and Wagner, Roland: Electrostatic Loudspeaker - Design and Construction, Audio Amateurs Press, Peterborough, New Hampshire, 1993.
  • the caseless flat speaker is usually a dipole radiator, which has a low sound pressure level in the low frequency range due to the acoustic short circuit.
  • a speaker cabinet is used in conventional speakers.
  • flat housings are typically used, which typically include a smaller volume of air.
  • the basic resonance frequency of the sound transducer shifts upward due to an excessively small volume of air.
  • the lower limit frequency also increases, resulting in decreased low-frequency reproduction.
  • US 2005/0201583 A1 discloses a low frequency surface array based on a dipole principle.
  • the system includes an open frame retention system wherein multiple subwoofers are housed in a dipole surface array configuration in the open frame system to provide controlled sound dispersion in both the horizontal and vertical planes.
  • the subwoofers are operable to provide low frequency sound dispersion below about 300 Hz.
  • DE 695 07 896 T2 discloses a directional sensitivity loudspeaker device comprising a first set of at least three loudspeakers arranged along a first straight line according to a predetermined pattern, the loudspeaker to speaker distances being variable, and loudspeakers also can be arranged in contact with each other.
  • US Pat. No. 2,602,860 discloses a loudspeaker structure in which nine conical loudspeakers are arranged symmetrically in three rows of three each in a single frame. The frame includes segments tilted with each other to increase the angle of emission. So the distance between the edges of the speakers should be smaller than the radius of the speakers, all speakers are operated from a same source. Furthermore, no restriction with respect to the movement of air through a housing should be achieved, since this would impair the behavior at low frequencies.
  • U.S. Patent No. 4,399,328 discloses a directional and frequency independent column of electroacoustic transducers that are driven at different amplitudes to give particular ratios of driving the electroacoustic transducers.
  • U.S. Patent No. 6,801,631 Bl discloses a loudspeaker system having a plurality of transducers positioned in a plane to achieve an optimal acoustic sound emission pattern.
  • Four midrange converters (woofers) work together to reproduce the low and mid frequencies, with the woofers positioned so that no two woofers share a common vertical axis or common horizontal axis.
  • a fifth transducer namely a high-frequency tweeter is provided, which is arranged in the middle of the woofer.
  • the object of the present invention is to provide an improved loudspeaker. This object is achieved by a loudspeaker according to claim 1.
  • the present invention is based on the finding that a low-cost, flat and yet high-quality loudspeaker can be achieved by arranging a surface array of single caseless speakers, which all have a flat shape, in a flat housing, this loudspeaker a high reproduction bandwidth or a sufficient sound pressure in a desired narrow, z. B. deep, frequency range.
  • This speaker is advantageous in that the space requirement is very low due to the use of the flat and typically small diameter single speakers.
  • the housing volume required per single loudspeaker is relatively small due to the fact that the caseless single loudspeakers are small and flat, so that the housing volume of the flat housing is so small that the entire loudspeaker has a compact design.
  • an element which has a low outdoor resonance is preferred as a single loudspeaker.
  • the equivalent volume of air is small.
  • the stiffness of the membrane suspension of the single loudspeaker is equated here with the stiffness of an equivalent air volume.
  • single speakers with a resonant frequency less than 150 Hz and in particular even less than 120 Hz or even less than 100 Hz are preferred.
  • Another advantage of the present invention is that it allows the use of flat caseless single loudspeakers, providing the required housing volume with an almost arbitrary form factor, ie with a flat housing.
  • the use of housing-less single speakers with a flat form factor also has the advantage that these single speakers are available at very low cost in large quantities. By Order of these caseless single speakers in a surface array, a coupling of the loudspeakers at low frequencies is exploited to produce a sufficient sound pressure even at low frequencies, such as at 100 Hz.
  • Another advantage is that a variable control of the many housing-less individual speakers, and thus of subareas of the area array can be done. It should be possible to achieve as far as possible a location-independent full-range sound in the space in front of the loudspeaker, despite the fact that the loudspeaker is more of a single-speaker array of large dimensions.
  • the loudspeaker preferably comprises only identical individual loudspeakers, which can be, for example, headphone casings or, generally speaking, miniature sound transducers. This means that the production of the speaker is possible at a low price.
  • the individual loudspeakers are grouped into a plurality of arrays, wherein the area array is provided with the individual individual loudspeakers for low-frequency reproduction and an array of one or more identical individual loudspeakers is provided for a high-frequency reproduction, if a 2-way loudspeaker is provided. System is used.
  • the second array comprises a plurality of center tweeters and the tweeter area is preferably covered by a single or only a few individual loudspeakers.
  • loudspeakers are obtained which despite a flat loudspeaker enclosure of less than 5 cm and in particular less than 3 cm depth with identical individual loudspeakers can reproduce the frequency range from 100 Hz to 20 kHz with a sensitivity of at least 90 dB / lW /. lm allow.
  • a preferred embodiment comprises 25 miniature sound transducers which form an approximately 21 ⁇ 21 cm area array comprising two sub-arrays for woofer reproduction and a line array for high-frequency reproduction present between these two subarrays.
  • FIG. 1 a is a front view of a loudspeaker according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1b is a rear view of the loudspeaker according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. Ic shows an interconnection of the housing-less individual loudspeakers according to an embodiment
  • Fig. Id shows a frequency distribution of the array elements of Fig. Ia for a 3-way control
  • FIG. 2a is a front view of a loudspeaker according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 2b is an illustration of the housing of the loudspeaker of Fig. 2a;
  • Fig. 2c is a rear view of the loudspeaker of Fig. 2a without a rear housing wall;
  • FIG. 2d shows an assignment of the housing-less individual loudspeakers for a 2-way control
  • FIG. 2e shows an alternative implementation of the loudspeaker of FIG. 2a with attached chamfers
  • FIG. 3 shows an interconnection of the housing-less individual loudspeakers with additional driver electronics for the loudspeaker occupancy shown in FIG. 2d;
  • FIGS. 4a is a schematic representation of the flat housing of the loudspeaker of FIGS. 2a, 2b and
  • Fig. 4b is an alternative schematic representation of the housing of the loudspeaker of Fig. 2a, Fig. 2b and Fig. 2c;
  • FIG. 5a shows a transfer function of a crossover network for a 2-way drive
  • Fig. 5b shows the frequency responses of the high and low tone paths for the loudspeaker shown in Fig. 2a; 5c shows a frequency response of the 2-way loudspeaker according to FIGS. 2a-2d without equalization;
  • FIG. 5d shows an equalized frequency response of the loudspeaker of FIG. 2a with a drive according to FIG. 3;
  • Fig. ⁇ a is a front view and a rear view of a preferred caseless single speaker in the form of a headphone capsule;
  • FIG. 6b shows technical data of the housing-less individual loudspeaker of FIG. 6a
  • 7a is a schematic representation of a berei- Ches for flat speakers with tilted high or midrange drivers.
  • 7b is a schematic representation of a loudspeaker with a recessed mid or high-tone ray with a horn or wave guide for making the directional characteristic of the middle or high-tonal array uniform.
  • Fig. Ia shows a front view of a loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
  • the loudspeaker in FIG. 1 a comprises an area array 10 of single caseless loudspeakers IIa, IIb, 11c,..., Each unpacked single loudspeaker having a flat shape, as already described with reference to the rear view in FIG. 1b by means of the caseless single loudspeaker Hd can be seen.
  • the front view in Fig. Ia per single loudspeaker shows the front area, that is a plan view of the diaphragm of the loudspeaker, while the rear view illustrates that the entire individual loudspeaker is so flat that it is in the housing shown in FIG corresponding housing bore, is received and hardly protrudes over the hole.
  • the single speaker almost completely included in the total thickness of the material of the speaker front wall, such that the speaker only a small piece over the housing front wall protrudes and the back of the housing front wall also protrudes only a small piece, wherein the board from the housing front wall in one embodiment is only 4.5mm and the loudspeaker protrudes only about 1.5mm on the rear side of the housing front wall and thus an extremely is a flat single speaker.
  • Fig. Ic shows a control of the individual housing-less individual loudspeakers in Fig. Ia in the case of a 1-way implementation.
  • at least two groups of at least two loudspeakers are formed from the housing-less individual loudspeakers of the area array, with five groups 12a-12e being formed in the exemplary embodiment shown in FIG. 1c, each group having five individual loudspeakers, so that the entire loudspeaker has a total of 25 individual casebound speakers having.
  • loudspeakers whose number of individual loudspeakers varies between 9 and 49, the exact number of individual loudspeakers depending on how the individual ratios of the individual loudspeakers vary. Speakers are, and what sound pressure level, especially in the lower frequency range for which the speaker is provided, is required.
  • the membrane diameter of a single speaker is 36 mm.
  • the membrane diameter is smaller than 5 cm and preferably even less than 4cm, since in the surface array array according to the invention, the behavior in the high frequency range is better, the smaller the membrane diameter of a single speaker.
  • Smaller diaphragm areas, which are achieved by using smaller single speakers, and the use of ⁇ caseless single speakers allow a denser arrangement of the individual speakers, thereby reducing the overall size of the array. This leads to a reduced directivity.
  • partial vibrations which can lead to pronounced spatial variations in the sound pressure level in the room, are shifted towards less critical higher frequencies. Although the partial vibrations also occur there, they are no longer disturbing due to the fact that they are not at low frequencies.
  • the associated drop in the sound pressure level at low frequencies is compensated for by a coupled arrangement of several individual speakers in the array, but it is essential that the individual speakers for woofer reproduction be arranged in an area array and not in a line array.
  • An area array requires at least two adjacent rows, where one row must have at least two speakers and the other row must have at least one speaker.
  • a triangular arrangement of the loudspeakers IIa, IIb, IIc in FIG. 1a is already a surface array, wherein surface arrays in the form of a rectangle, a square or a circle or an ellipse are preferred.
  • a square array is most preferred because the square shape Coming closest to the circular shape and the somewhat rectangular arrangement of the individual individual speakers, which leads to a total square for the area array, it makes it possible to arrange the individual speakers as close as possible to each other.
  • the individual loudspeakers are arranged so close to each other that they touch each other, or that there is a direct distance between the individual loudspeakers which are adjacent to one another which is smaller than 5 mm and in particular smaller than 3 mm.
  • the serial / parallel circuit shown in FIG. 1c allows the entire loudspeaker array to still have a significant ohmic resistance compared to the situation in which all the loudspeakers are connected in parallel, so that the flowing current is the load capacity of the loudspeaker Voice coils of the sound transducer does not exceed. Compared to a complete series connection of all the individual speakers, however, it is achieved by the series-parallel connection that not all the loudspeakers connected in series influence each other electrically.
  • the serial / parallel circuit according to FIG. 1c thus represents a good compromise between the FIG Complexity of the wiring of the individual loudspeakers and the specifications for maximum current specified by the individual loudspeakers.
  • Fig. Id shows an alternative implementation of the embodiment shown in Fig. Ia, in which the individual loudspeakers are arranged similarly as in Fig. Ia, but which are controlled as a 3-way system.
  • the area array of housing-less individual loudspeakers is formed in a first array half 13a made of woofer loudspeakers and a second array half 13b made of woofer loudspeakers.
  • These two array halves or subarrays are separated by another array of midtone speakers 13c and yet another array consisting of only a single tweeter speaker 13d.
  • the two individual loudspeakers designated by "x" are short-circuited, that is to say they are deactivated. fourth, to the effect that these two individual speakers do not contribute to the sound output and swinging can be prevented as a passive membrane.
  • the number of woofer-single speakers is much larger than the number of mid-range speakers or the high-frequency speakers. This split in favor of low-frequency reproduction is made to provide sufficient low-frequency sound pressure by coupling the individual woofers for the low-frequency range achieved by placing the woof-to-bass loudspeakers as close together as possible in an area array becomes.
  • the reproduction of the frequency range from 100 Hz (-6dB) to 2OkHz (-6dB) with a sensitivity of 101 dB / IW / h despite a flat loudspeaker housing of only 2.4 cm internal depth and the associated high spring stiffness of the trapped air volume Im possible.
  • a 21 cm x 21 cm array of 25 miniature sound transducers is formed and installed in a housing of size (LxWxH).
  • the control of the individual drivers is adapted to the target of a linear frequency response that is as linear as possible and uniform directivity in the main listening direction.
  • the array is designed as a three-way system.
  • the array approach is therefore chosen to achieve the most uniform distribution of the driving force on the membrane and to move by means of many small membrane surfaces, the occurrence of partial vibrations to higher frequencies.
  • the significantly lower weight of the single membrane is also of great advantage for the reproduction of high frequencies.
  • the array approach provides the ability to vary the speaker spacing between adjacent playback channels design by the grouping of converters to a playback channel is possible.
  • a boundary condition in wave field synthesis is the "spatial sampling frequency", which requires that for the aliasing-free reproduction of a tone of 1 kHz every 17 cm a loudspeaker element is present, which is controlled by its own signal.
  • the distance should be 1.7 cm, but at 100 Hz at 1.7 m.
  • a distance of 1.7 m can be easily fulfilled.
  • a distance of 1.7 cm, however, is difficult or only approaching.
  • the flat loudspeaker according to the invention makes it possible to supply larger groups of individual loudspeakers with a low-pass filtered signal which have a greater width.
  • individual loudspeakers in the deep area are required anyway in a surface array in order to provide sufficient sound pressure.
  • adjacent groups or individual adjacent speakers are supplied with different loudspeaker signals to produce a small channel spacing for the higher frequencies which is on the order of the membrane diameter.
  • the loudspeaker signal can each be a high-pass signal or a signal with high-pass and low-pass components.
  • a loudspeaker which has a linear frequency response over as large a frequency range as possible, good impulse behavior, a uniform radiation behavior that is useful for the application, and which is capable of producing a maximum sound pressure level of 101 dB or more at a 1 meter distance, with the speaker exceptionally flat.
  • the flat speaker is advantageous in that it is inconspicuous in the environment integrable and still has good transmission properties.
  • the housing construction should be such that a particularly small overall depth of 5 and preferably 3.6 cm or even more preferably 3.0 cm is not exceeded. For this purpose acoustic drivers are used, which have a very small installation depth.
  • FIG 3 a shows a front view and a rear view of a preferably used miniature loudspeaker or "miniature chassis.”
  • the miniature chassis is preferably designed as a rearwardly open headphone capsule, as shown in FIG table shown in Fig. ⁇ b.
  • the outdoor resonance frequency of such a single loudspeaker is 120 Hz.
  • a closed housing is used.
  • an open housing can be used, in particular with a bass reflex system, so a bass reflex enclosure as a Helmholtz resonator, as is known in the art.
  • a suitably rigid material is preferred in order to obtain a sufficiently stiffened housing which can work with a material thickness of less than 7 mm and in particular even with a material thickness of 3 mm or even less. It is preferred to use as the material steel sheet or profiled plastic, although wood can be used. It is preferred to minimize susceptibility to longitudinal and lateral modes of equal frequency such that the edge dimensions of the entire loudspeaker are not an integer multiple of each other or that the loudspeaker has non-parallel walls. Nevertheless, to have a desired optical impression with parallel walls, an inner housing with non-parallel walls can be placed in an outer housing with parallel walls.
  • An example of an internal dimension of the embodiment shown in Fig. Ia is 61.5 cm wide, 80 cm high and 2.4 cm deep. When using a 6 mm MDF board material outside dimensions with a width of 63.7 cm, a height of 81.2 cm and a depth of 3.6 cm.
  • the housing Against the resonating of the housing, it is preferred to introduce webs inside the housing between the front and back, and it is also preferred, on the rear wall of outside to apply profiles.
  • the area array As can be seen, for example, in FIGS. 2 a, 2 b, it is preferred for the area array to be central in relation to the width and parallel to the edges, but eccentric in relation to the height.
  • the individual loudspeakers are housed in particular in individual holes and partially embedded in the housing material.
  • the individual loudspeakers can eg be glued in with hot glue or another sealing material and in particular acoustically sealed.
  • An advantage of the array arrangement is the possibility to control individual elements and thus individual subareas of the array differently.
  • a multipath drive In order to be able to determine the active elements of the array in a frequency-dependent manner, it is preferable to use a multipath drive.
  • the area array as has been described with reference to Fig. Id, divided into two sub-arrays 13a, 13b for the bass reproduction.
  • a 2-way arrangement would consist of all the loudspeakers being deactivated or not being present in the middle column, with the single center loudspeaker then acting as the only tweeter ,
  • the 3-way system shown in Fig. Id is used.
  • the mid-tone branch is delayed by 0.5 ms and the high-frequency branch by 0.52 ms in relation to the low-frequency array.
  • a high-frequency 2-way drive in the form of a Bessel-weighted linear array, as shown schematically in FIG. 2d.
  • a bundling and sidelobe formation is better suppressed.
  • This effect is further enhanced when, as shown in Fig. 2d, the single tweeters in the middle and divide the area array of woofers into two sub-arrays 13a, 13b.
  • FIG. 1d shows only one further high-frequency array 13e exists in FIG. 2, the individual high-frequency loudspeakers being driven with the weightings schematically indicated in FIG. 2d.
  • weighting factors 0.5, 1, -1 have been obtained only on the basis of a circuit-technically simple realization of the Bessel weights, but that, mathematically, at 0.11, 0.44, 0.76, -0, 44 and 0.11, and can be realized only with great effort.
  • the drive shown in FIG. 2d takes place in such a way that the three individual loudspeakers in the center of the array 13e are driven at full amplitude, but the lower of these three inverted-phase single loudspeakers is driven, while the uppermost single loudspeaker and the lowest individual loudspeaker of the array 13e be driven at half amplitude.
  • These level and phase ratios can be implemented with very simple means, contrary to the factors calculated by Bessel. By paralleling the three middle individual speakers with a series connection of the speakers at the top and bottom of the array 13e, these amplitude ratios can be produced.
  • the phase is achieved in the single loudspeaker, which has a weighting factor "-1" in Fig. 2d, simply by reversing the polarity of the terminal, as shown at 15 in Fig. 3.
  • the four columns of the low-frequency array are grouped into four groups of five individual loudspeakers, the groups being connected in parallel with one another. This results in a nominal impedance of 10 ohms for the tweeter array and a nominal impedance of 56 ohms for the woofer array. It could also all low-pitched single speakers are connected in parallel, but then a higher current would flow through the voice coil. However, this could overload and destroy the voice coil wire of the individual speakers.
  • a diplexer 16 having a cut-off frequency of 710 Hz is preferred.
  • the crossover should have a smaller cutoff frequency, and for a smaller array area, the crossover should have a larger cutoff frequency.
  • they are preferably amplified by a respective amplifier 19a or 19b.
  • a closed system is likewise used.
  • the package is based on a calculation using the so-called Thiele-Small parameters of the caseless single speakers, where the overall Qtc of the package and array combination is said to be 0.707.
  • This tuning is also referred to as Butterworth tuning and is extremely spectacular in one, with ideal free-air frequency response, maximum smooth frequency response and minimally achievable resonance frequency.
  • FIG. 2 a shows a perspective view of the loudspeaker according to the second exemplary embodiment with a housing front wall 1 a and a housing side wall 1 b, wherein the loudspeaker is arranged in a low-reflection room.
  • the housing front wall comprises a height and a width, wherein the height is greater than the width, and wherein it is preferred to center the array with respect to the width and insert edge-parallel, and not center the array with respect to the height, but to accommodate decentralized, as in Fig. 2b is shown.
  • Fig. 2c shows a rear view of the open loudspeaker, with webs 19a, 19b in the vertical direction and webs 19c in the horizontal direction.
  • These webs which are preferably formed completely from the front of the housing to the rear of the housing, allow encapsulation of differently driven single speakers. Pressure changes inside the loudspeaker caused by vibrations of individual diaphragms would otherwise have an effect on all individual loudspeakers working on the same volume.
  • the individual loudspeakers of the middle array column each work on an individually delimited volume, which is achieved by the webs 19a, 19b, 19c. Since these individual loudspeakers are used for the high-frequency branch, that is, they should work far above their resonant frequency, a complex dimensioning of the resulting volume is not necessary.
  • the volume connected to each tweeter single speaker is 0.0361 1. The dimensions of the volumes are determined by the dimensions of the single loudspeaker.
  • the struts 19a, 19b achieve additional stiffening of the housing and cause the volume for the woofer array to be divided into two chambers, as can be seen in FIG. 2c or also in FIG. 4a or FIG. 4b.
  • Dividing the total volume into two chambers for the sub-arrays of woofer loudspeakers leads to an efficient stiffening of the housing and to the fact that bending vibrations of the housing front and / or the housing rear wall and modes in the housing are suppressed to corresponding negative influences on the behavior of the speaker.
  • Further stiffening elements, as shown at 21 in Fig. 4b or 22 in Fig. 4a are inserted to improve the rigidity of the wood material used, which is relatively low.
  • the height and width of the housing are not even multiples to the Training of simultaneous longitudinal and transverse modes not to favor.
  • the internal depth is in the embodiment shown in Fig. 2a and 2b again 2.4 cm.
  • the outer dimensions of the embodiment shown in Fig. 2a are 35.2 cm in width, 46.2 cm in height and 3.6 cm in depth. These external dimensions are also indicated in the schematic drawing in Fig. 4a together with other preferred dimensions of this embodiment.
  • the eccentric placement of the array on the front of the speaker is preferred.
  • the sound pressure of sound waves propagating from a sound source through a loudspeaker front changes as they hit an edge, because the energy of the wave splits to a changed volume.
  • a sound wave bends around the housing.
  • the volume into which the sound wave propagates and the surface of the wavefront become larger.
  • the sound pressure on this surface decreases.
  • Due to the change in pressure a second sound source with opposite phase arises at this edge.
  • the sound emitted by this secondary sound source is superimposed with the sound radiated from the primary sound source.
  • the frequency response of the loudspeaker alternately leads to constructive and destructive interference. If the path difference equivalent to the transit time difference corresponds to integer multiples of a wavelength, then minima occur at the corresponding frequencies, with integer multiples of half the wavelength, overshoots occur. If the array were to be placed centrally on the baffle, observation points near the 0 ° axis would experience superimposition of the interference phenomena due to equal run times with respect to right and left or upper and lower baffle edges. The consequence of this is a location-dependent frequency response, which in some cases is characterized by severe break-ins and overshoots.
  • the position of the Arrays on the front panel selected so that the distance from the central single speaker to the top, bottom and the side edges of the housing are as different as possible and not integer multiples of each other. This prevents the unfavorable coincidence of interference effects.
  • the division of the housing into two equal-sized chambers by stiffening webs requires that the array is centered horizontally.
  • the distance from the center of the array to the side edges is 17.6 cm.
  • the distance from the center of the array to the upper edge of the housing is set to 14.1 cm.
  • the distance to the lower edge of the housing is thus 23.1 cm.
  • the 6 mm thick strips in the embodiment, with which the Hochtontreiber be separated do not hinder the air compression at the rear open membranes, not all individual speakers of the array are arranged without a gap. Instead, a distance of 6 mm is made between the individual loudspeakers of the middle column of the array and the individual loudspeakers of the columns adjacent to the left and right, as can be seen from FIG. 4a.
  • Thickness of 3 cm and a mass of 280 g / m 2 can be used. Housing modes should be deprived of energy by absorption in the insulating material, so that they can not develop fully or not at all. This principle works only at high speed sound. Since at the edges of housings in standing waves are always maxima and fast-minima, therefore, no insulating material is introduced at the edges of the housing over a width of about 7 cm, as can be seen schematically in Fig. 2c.
  • FIGS. 5a-5d various measurements will be made on that illustrated in FIGS. 2a to 2d Speaker according to a preferred embodiment explained.
  • the separation of the audio signals into a high-tone branch and a low-frequency branch through the crossover 16 is performed by means of fourth-order Linkwitz-Riley filters for the crossover.
  • the transfer function of the crossover is shown in Fig. 5b.
  • the level of the high-frequency branch is raised by 3 dB compared to the low-frequency signal.
  • the loudspeaker is preceded by an 80 Hz high pass, which is not shown in FIG.
  • Fig. 5b shows the frequency responses of high and low tone path on the 0 ° axis. The acoustic summation of both paths results in the non-equalized frequency response shown in FIG. 5c.
  • An equalized frequency response is shown in Fig. 5d, in which a much better linearity is apparent, and in which a much improved behavior in the lower frequency range and a lowered lower limit frequency has also been obtained.
  • the treble path it is preferable to delay the treble path by 0.17 ms. Is linearized to 20 kHz, the frequency response at the metrological characterized in Fig. 5d Au s exchangesbeispiel 'in the region of 100 Hz, so that is possible to achieve a ripple of +/- 2 dB.
  • the cut-off frequency at -6 dB is 100 Hz.
  • the sound pressure level has also fallen by 6 dB.
  • the average electrical sensitivity of the speaker is 101 dB / lW / lm. This value is high compared to conventional hi-fi speakers and is due to the high sensitivity of the caseless single speakers.
  • 2e shows an alternative implementation of the flat housing with chamfers attached, to come closer to a housing front similar to a truncated pyramid for attenuating interference effects due to diffraction phenomena at the edges of the housing. This allows a better linear frequency response can be achieved.
  • the flat housing can be designed as a bass reflex housing which is not completely closed, but instead one or more openings in the housing Baffle has, which can also be extended as channels in the case inside.
  • the casing of a bass reflex system is a Helmholtz resonator when the transducer is plugged in. Within the bass reflex channel is an air mass, which oscillates at resonance at maximum amplitude. The resonator is tuned to a resonant frequency below the resonant frequency of the transducer and then contributes significantly to the sound radiation of the loudspeaker at low frequencies.
  • a properly tuned bass reflex design has an impedance curve with two adjacent maxima.
  • the maximum sound pressure is radiated by the bass reflex tube at the minimum f b between the two impedance maxima.
  • the sound pressure emitted by the bass reflex channel decreases in the direction of higher and lower frequencies.
  • the goal of tuning a bass reflex system is the constructive superimposition of sound components emitted by the sound transducer and bass reflex port.
  • a bass reflex opening is provided on the lower side wall of the housing, shown for example in Fig. 2b, this channel opening being designed rectangular with a width of 5 cm.
  • the length of a reflex tube for a chamber then results, for example, to 3.3 cm.
  • An optimized case has a dimension of 41.5 cm in width, 66.2 cm in height and 2.4 cm in depth, these dimensions being based on the internal dimensions.
  • the opening of the bass reflex channel can be increased in other embodiments, in particular be increased over the entire width of a chamber of 17.2 cm, for example. Accordingly, the length of the reflex tube can be increased since the length must also be increased with increasing opening area if the tuning frequency is to be maintained.
  • the reflex opening can also be arranged on the upper narrow side of the housing.
  • a closed loudspeaker with a flat arrangement of 25 miniature loudspeakers as sound transducers is preferred, whereby the number of sound transducers can also be between 9 and 49 depending on the application.
  • a square shape of the arrangement of the sound transducers is preferred, wherein the area array is divided into separate sub-arrays of the critical woofer-providing single loudspeakers preferably to work in separate volumes.
  • a symmetrical 2-way arrangement is used, wherein the individual speakers of the other arrays between the two sub-arrays, which work as a tweeter, are weighted by coefficients of Bessel functions.
  • the excitation signal of the system is equalized with a loudspeaker controller and actively separated and amplified by means of two power amplifiers. This achieves hi-fi-standard values for the maximum achievable sound pressure level as well as for the ripple of the frequency response and harmonic distortion.
  • the speaker is characterized by a continuous, not overly bundling straightening behavior without sidelobes.
  • Loudspeakers according to the present invention can be used in classical stereo or multi-channel setups, preferably with a subwoofer for the lowest frequency range.
  • the array concept leads to a high scalability of the system. So can with loudspeaker panels for Wave field synthesis of the spacing of adjacent playback channels are minimized by the small diameter of the individual speakers. Due to the possibility of discretely controlling individual caseless single loudspeakers and thus certain areas of an array, it is also possible to use time-modifiable actuators.
  • the bundling effect of the loudspeaker in the vertical plane above 10 kHz can be reduced even further by changing the array control if only a single loudspeaker is operated above 10 kHz.
  • the vertical radiation angle can be increased above 10 kHz with such a 3-way system.
  • the sound pressure increase in the frequency response of the miniature driver used in the embodiments is preferably eliminated, so that no more equalization is necessary.
  • the radiated sound pressure is increased by increasing the diaphragm stroke.
  • the radiated sound pressure ideally doubles as well.
  • the force generated by the drive of an electrodynamic transducer is determined by the product of the magnetic flux density B of the magnet, the length 1 of the coil wire, and the flowing current I in the coil.
  • the loudspeaker according to the invention is implemented as an active loudspeaker with internal signal processing on a DSP, since one (eg active) frequency divider and an equalization and a multi-channel amplification can be used and integrated into the speaker housing.
  • one (eg active) frequency divider and an equalization and a multi-channel amplification can be used and integrated into the speaker housing.
  • the loudspeaker according to the invention is distinguished by an exceptionally small housing depth, by cost-effective manufacturability and by convincing values both on the metrological side and on subjective levels.
  • FIG. 7 a shows a loudspeaker in which a further array of individual loudspeakers is preferably present in the middle of the loudspeaker.
  • one or more individual loudspeakers are tilted with respect to the individual loudspeakers of the area array, so that a surface normal to an active area of a single loudspeaker of the further array differs from a surface normal to an active area of a single loudspeaker of the area array.
  • the tilt can be, for example, 30 degrees with respect to the normal and is preferably between 10 ° and 70 °.
  • a listener may have an orientation of the speakers even if the flat speaker is mounted on the wall and can not be rotated. However, alignment is not required for the approximate omnidirectional pattern of the woofer array.
  • FIG. 7b shows a loudspeaker, in which there is another array of individual loudspeakers, which is set back in the housing, or which has a waveguide device in front of the active surface.
  • a reset and waveguide structure is used to have a flat surface of the loudspeaker.
  • the waveguide structure serves to do the inherent Directivity in the intended area and it will have a horn-like shape.

Abstract

Ein Lautsprecher umfasst ein Flächen-Array (10) aus gehäuselosen Einzellautsprechern (11a, 11b, 11c), die eine flache Form haben. Die gehäuselosen Einzellautsprecher sind in einem flachen Gehäuse (1) untergebracht, wobei die Tiefe des Gehäuses beispielsweise kleiner als 5 cm ist. Als gehäuselose Einzellautsprecher werden vorzugsweise Kopfhörerkapseln bzw. Miniaturlautsprecher mit einem Membrandurchmesser weniger als 5 cm verwendet.

Description

Lautsprecher
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schallwiedergabesysteme und insbesondere auf Lautsprecher mit hoher Schallwiedergabebandbreite .
Das Interesse an Flachlautsprechertechnologien ist in den letzten 10 Jahren deutlich gewachsen. Im Wesentlichen ist dies durch den erhöhten Platzbedarf moderner Schallwiedergabeverfahren, wie z.B. 5.1 Surround oder Wellenfeldsynthe- se, und durch den schwindenden Installationsraum für Lautsprecher in immer kleiner bzw. flacher werdenden Multimediageräten, wie z.B. Mobiltelefon und Notebook, bedingt. Der Einsatz von Flachlautsprechern statt konventionellen Lautsprechern soll diesen erhöhten Anforderungen gerecht werden.
Untersuchungen an verschiedenen Flachlautsprechertechnologien, die in der Regel so alt wie der Konuslautsprecher von Kellogg und Rice sind, haben gezeigt, dass sowohl die Verwendung des gehäuselosen Flachlautsprechers direkt an der Wand als auch der Einsatz eines flachen Lautsprechergehäuses mit erheblichen Klangeinbußen verbunden ist. Stand der Technik findet sich in Beer, D. : Flachlautsprecher - ein Überblick, präsentiert auf der DAGA08, März 2008, Dresden; H. Azima, J. Panzer, „Distributed-Mode Loudspeakers (DML) in Small Enclosures", presented at the 106th AES Convention, Munich, Germany, May 1999; Beer et al.: The air spring effect of flat panel Speakers, presented at the 124th AES-Convention, May 2008, Amsterdam/The Netherlands; und Wagner, Roland: Electrostatic Loudspeaker - Design and Construction. Audio Amateure Press, Peterborough, New Hampshire, 1993. Der gehäuselose Flachlautsprecher ist in der Regel ein Dipolstrahler, der infolge des akustischen Kurzschlusses einen geringen Schalldruckpegel im Tieftonbereich aufweist. Bei der Installation in Wandnähe kommt es bei einem solchen Dipol durch die Reflexion und Überlagerung der rückwärtigen Schallanteil mit den Anteilen, des auf der Membranvorderseite abgestrahlten Schalls und damit verbundenen Beugungseffekten zu kammfilterartigen Klangverfärbungen oberhalb der Kurzschlussfrequenz. Aus diesem Grund wird bei konven- tionellen Lautsprechern ein Lautsprechergehäuse verwendet. Damit dennoch der Vorteil der flachen Konstruktionsweise erhalten bleibt, werden flache Gehäuse verwendet, die in der Regel ein kleineres Luftvolumen einschließen. Wie auch bei konventionellen Lautsprechern verschiebt sich durch ein zu kleines Luftvolumen die Grundresonanzfrequenz des Schallwandlers nach oben. Die untere Grenzfrequenz steigt dadurch ebenso, was eine verringerte Tieftonwiedergabe zur Folge hat.
Die US 2005/0201583 Al offenbart ein Niederfrequenz- Oberflächenarray, das auf einem Dipol-Prinzip basiert. Das System umfasst ein Haltesystem mit einem offenen Rahmen, wobei mehrere Sub-Woofer in einer Dipol- Oberflächenarraykonfiguration in dem offenen Rahmensystem untergebracht sind, um eine gesteuerte Schalldispersion sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene zu liefern. Die Sub-Woofer sind betreibbar, um eine Niederfrequenz-Schalldispersion unter etwa 300 Hz zu liefern.
Die DE 695 07 896 T2 offenbart eine Lautsprechervorrichtung mit gesteuerter Richtungsempfindlichkeit, der einen ersten Satz von mindestens drei Lautsprechern, die entlang einer ersten geraden Linie entsprechend einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wobei die Abstände von Lautsprecher zu Lautsprecher variable gestaltet sind, und wobei Lautsprecher auch in Kontakt miteinander angeordnet werden können. Das US-Patent Nr. 2,602,860 offenbart eine Lautsprecherstruktur, bei der neun konische Lautsprecher symmetrisch in drei Reihen von jeweils drei in einem einzigen Rahmen ange- ordnet sind. Der Rahmen umfasst zueinander verkippte Segmente, um den Abstrahlwinkel zu erhöhen. So soll der Abstand zwischen den Rändern der Lautsprecher kleiner als der Radius der Lautsprecher sein, wobei alle Lautsprecher aus einer gleichen Quelle betrieben werden. Ferner soll keine Restriktion bezüglich der Luftbewegung durch ein Gehäuse erreicht werden, da dies das Verhalten bei tiefen Frequenzen beeinträchtigen würde.
Das US-Patent Nr. 4,399,328 offenbart eine Richtungs- und Frequenz-unabhängige Spalte von elektroakustischen Wandlern, die mit unterschiedlichen Amplituden angesteuert werden, so dass sich bestimmte Verhältnisse der Ansteuerung der elektroakustischen Wandler ergeben.
Das US-Patent Nr. 6,801,631 Bl offenbart ein Lautsprechersystem mit mehreren Wandlern, die in einer Ebene positioniert sind, um ein optimales akustisches Schallausstrahlungsmuster zu erreichen. Vier mittlere Wandler (Woofer) arbeiten zusammen, um die niedrigen und mittleren Frequen- zen zu reproduzieren, wobei die Woofer so positioniert sind, dass keine zwei Woofer eine gemeinsame vertikale Achse oder eine gemeinsame horizontale Achse gemeinsam haben. Ferner ist ein fünfter Wandler, und zwar ein Hochfrequenz- Tweeter vorgesehen, der in der Mitte der Woofer angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Lautsprecher zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Lautsprecher gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein preisgünstiger, flacher und dennoch hochqualitativer Lautsprecher durch Anordnen eines Flächen-Arrays aus gehäuselosen Einzellautsprechern, welche alle eine flache Form haben, in einem flachen Gehäuse erreicht werden kann, wobei dieser Lautsprecher eine hohe Wiedergabebandbreite oder einen ausreichenden Schalldrück in einem gewünschten schmalen, z. B. tiefen, Frequenzbereich aufweist.
Dieser Lautsprecher ist dahingehend vorteilhaft, dass der Platzbedarf aufgrund der Verwendung der flachen und typi- scherweise im Durchmesser kleinen Einzellautsprecher sehr gering ist. Auch das pro Einzellautsprecher erforderliche Gehäusevolumen ist aufgrund der Tatsache, dass die gehäuselosen Einzellautsprecher klein und flach sind, relativ gering, so dass das Gehäusevolumen des Flachgehäuses derart klein ist, dass der gesamte Lautsprecher eine kompakte Bauform hat. Insbesondere wird als Einzellautsprecher ein Element bevorzugt, das eine niedrige Freiluftresonanz hat. Dann ist üblicherweise auch das äquivalente Luftvolumen klein. Die Steifigkeit der Membranaufhängung des Einzel- lautsprechers wird hier mit der Steifigkeit eines äquivalenten Luftvolumens gleichgesetzt. Insofern werden Einzellautsprecher mit einer Resonanzfrequenz kleiner als 150 Hz und insbesondere sogar kleiner als 120 Hz oder sogar kleiner als 100 Hz bevorzugt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie die Verwendung von flachen gehäuselosen Einzellautsprechern ermöglicht, wobei das erforderliche Gehäusevolumen mit einem nahezu beliebigen Formfaktor, also mit einem flachen Gehäuse bereitzustellen. Die Verwendung von gehäuselosen Einzellautsprechern mit flachem Formfaktor hat ferner den Vorteil, dass diese Einzellautsprecher sehr preisgünstig in großer Stückzahl verfügbar sind. Durch An- Ordnung dieser gehäuselosen Einzellautsprecher in einem Flächen-Array wird eine Kopplung der Lautsprecher bei tiefen Frequenzen ausgenutzt, um auch bei tiefen Frequenzen, wie beispielsweise bei 100 Hz einen ausreichenden Schall- druck zu erzeugen. Andererseits ist die Verwendung von kleinen Einzellautsprechern, also von Einzellautsprechern mit einem Membrandurchmesser, der verhältnismäßig klein ist, insbesondere bei hohen Frequenzen von großem Vorteil im Vergleich zu einer Verwendung von Lautsprechern mit grö- ßeren Membranen, weil bei kleinen Membranen gegenüber größeren Membranen erst bei höheren Frequenzen Partialschwin- gungen auftreten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine variable An- Steuerung der vielen gehäuselosen Einzellautsprecher, und damit von Teilflächen des Flächen-Array, erfolgen kann. Es soll eine über weite Teile ortsunabhängige Vollbereichsbeschallung im Raum vor dem Lautsprecher so gut als möglich zu erreichen sein, trotz der Tatsache, dass der Lautspre- eher ein Einzellautsprecher-Array großer Abmessungen aufweist .
Vorzugsweise umfasst der Lautsprecher ausschließlich identische Einzellautsprecher, die beispielsweise Kopfhörerkap- sein oder allgemein gesagt Miniaturschallwandler sein können. Dies führt dazu, dass die Herstellung des Lautsprechers zu einem günstigen Preis möglich ist. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Einzellautsprecher in mehreren Arrays gruppiert, wobei das Flä- chen-Array mit den einzelnen Einzellautsprechern für die Tieftonwiedergabe vorgesehen ist und ein Array von einem oder mehreren gleichen Einzellautsprechern für eine Hochtonwiedergabe vorgesehen ist, wenn ein 2-Wege-System eingesetzt wird. Alternativ kann auch ein 3-Wege-System imple- mentiert werden, bei dem das zweite Array mehrere Mitteltö- ner umfasst und der Hochtonbereich vorzugsweise von einem einzigen oder von nur wenigen Einzellautsprechern bestritten wird. Allerdings liefert auch bereits ein Ein-Wege- System mit gehäuselosen flachen Einzellautsprechern eine gute Wiedergabe in einem überraschend großen Wiedergabeband.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, dem Flächenarray nur das Tiefpasssignal zu liefern und dem weiteren Array, das für die mittleren oder hohen Töne zuständig ist, das Audiosignal mit der gesamten Bandbreite zur Verfügung zu stellen. Das heißt, dass eine Frequenzwei- che in diesem Fall nur eine Tiefpassfunktion und keine Hochpassfunktion hat.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Lautsprecher erhalten, die trotz eines fla- chen Lautsprechergehäuses von weniger als 5 cm und insbesondere weniger als 3cm Tiefe mit identischen Einzellautsprechern eine Wiedergabe des Frequenzbereichs von 100 Hz bis 20 kHz mit einer Sensitivität von wenigstens 90dB/lW/lm ermöglichen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst 25 Miniaturschallwandler, welche ein etwa 21x21cm großes Flä- chen-Array bilden, das zwei Teil-Arrays für die Tieftonwiedergabe und ein zwischen diesen beiden Teilarrays vorhandenes Linienarray für eine Hochtonwiedergabe aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnung detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. Ia eine Vorderansicht eines Lautsprechers gemäß ei- nem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. Ib eine Rückansicht des Lautsprechers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. Ic eine Verschaltung der gehäuselosen Einzellautsprecher gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. Id eine frequenzmäßige Aufteilung der Arrayelemente von Fig. Ia für eine 3-Wege-Ansteuerung;
Fig. 2a eine Vorderansicht eines Lautsprechers gemäß ei- nem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2b eine Darstellung des Gehäuses des Lautsprechers von Fig. 2a;
Fig. 2c eine Rückansicht des Lautsprechers von Fig. 2a ohne Gehäuserückwand;
Fig. 2d eine Belegung der gehäuselosen Einzellautsprecher für eine 2-Wege-Ansteuerung;
Fig. 2e eine alternative Implementierung des Lautsprechers von Fig. 2a mit angesetzten Fasen;
Fig. 3 eine Verschaltung der gehäuselosen Einzellautsprecher mit zusätzlicher Treiberelektronik für die in Fig. 2d gezeigte Lautsprecherbelegung;
Fig. 4a eine schematische Darstellung des flachen Gehäu- ses des Lautsprechers von Fig. 2a, Fig. 2b und
Fig. 2c;
Fig. 4b eine alternative schematische Darstellung des Gehäuses des Lautsprechers von Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c;
Fig. 5a eine Übertragungsfunktion einer Frequenzweiche für eine 2-Wege-Ansteuerung;
Fig. 5b die Frequenzgänge des Hoch- und des Tieftonwegs für den in Fig. 2a gezeigten Lautsprecher; Fig. 5c einen Frequenzgang des 2-Wege- Lautsprechers gemäß Fig. 2a-2d ohne Entzerrung;
Fig. 5d einen entzerrten Frequenzgang des Lautsprechers von Fig. 2a mit einer Ansteuerung gemäß Fig. 3;
Fig. βa eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines bevorzugten gehäuselosen Einzellautsprechers in Form einer Kopfhörerkapsel;
Fig. βb technische Daten des gehäuselosen Einzellautsprechers von Fig. 6a;
Fig. 7a eine schematische Darstellung eines Einsatzberei- ches für Flachlautsprecher mit verkippt angeordneten Hoch- bzw. Mitteltönern; und
Fig. 7b eine schematische Darstellung eines Lautsprechers mit einem zurückgesetzten Mittel- bzw. Hochtonar- ray mit einem Hörn bzw. Wave-Guide zum Vergleichmäßigen der Richtcharakteristik des Mittel- bzw. Hochtonarrays.
Fig. Ia zeigt eine Vorderansicht eines Lautsprechers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lautsprecher in Fig. Ia umfasst ein Flächen-Array 10 aus gehäuselosen Einzellautsprechern IIa, IIb, 11c, ... , wobei jeder gehäuselose Einzellautsprecher eine flache Form aufweist, wie es bereits anhand der Rückansicht in Fig. Ib an- hand des gehäuselosen Einzellautsprechers Hd zu sehen ist. Insbesondere zeigt die Vorderansicht in Fig. Ia pro Einzellautsprecher den vorderen Bereich, also eine Aufsicht auf die Membran des Lautsprechers, während die Rückansicht veranschaulicht, dass der gesamte Einzellautsprecher so flach ist, dass er in dem in Fig. Ib gezeigten Gehäuse bzw. in der entsprechenden Gehäusebohrung , aufgenommen ist und kaum über die Bohrung hervorsteht. Wie es noch anhand von Fig. 4a zu sehen ist, ist bei dem gehäuselosen Einzellautspre- eher, der beispielhaft in Fig. Ib und Fig. Ia eingesetzt ist, und der in Fig. βa detailliert dargestellt ist, der Einzellautsprecher nahezu vollständig in der Gesamtdicke des Materials der Lautsprechervorderwand aufgenommen, der- art, dass der Lautsprecher nur ein kleines Stück über die Gehäusevorderwand hervorsteht und rückseitig aus der Gehäusevorderwand ebenfalls nur ein kleines Stück hervorsteht, wobei der Vorstand aus der Gehäusevorderwand bei einem Ausführungsbeispiel lediglich 4,5mm beträgt und der Lautspre- eher lediglich etwa 1,5mm auf der rückwärtigen Seite der Gehäusevorderwand vorsteht und damit ein extrem flacher Einzellautsprecher ist.
Dennoch wird es aufgrund des besseren Verhaltens bevorzugt, elektrodynamische gehäuselose Einzellautsprecher einzusetzen, die prinzipiell wie Konus-Lautsprecher aufgebaut sind. Konus-Lautsprecher haben bereits eine systembedingte Minimaltiefe. Insbesondere bei Kopfhörerkapseln ist jedoch diese Tiefe sehr gering, so dass Kopfhörerkapseln, wie sie beispielsweise in Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt sind, mit einer sehr geringen Tiefe, nämlich z.B. nur mit einer Bautiefe von 10,6 mm, geeignet sind und außerdem preisgünstig angeboten werden.
Fig. Ic zeigt eine Ansteuerung der einzelnen gehäuselosen Einzellautsprecher in Fig. Ia im Falle einer 1-Wege- Implementierung. Insbesondere werden aus den gehäuselosen Einzellautsprechern des Flächenarrays wenigstens zwei Gruppen ä wenigstens zwei Lautsprechern gebildet, wobei bei dem in Fig. Ic gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Gruppen 12a- 12e gebildet werden, wobei jede Gruppe fünf Einzellautsprecher aufweist, so dass der gesamte Lautsprecher insgesamt 25 gehäuselose Einzellautsprecher aufweist.
Generell wird es bevorzugt, Lautsprecher bereitzustellen, deren Anzahl von Einzellautsprechern zwischen 9 und 49 variiert, wobei die genaue Anzahl der Einzellautsprecher davon abhängt, wie die einzelnen Verhältnisse der Einzellaut- Sprecher sind, und welcher Schalldruckpegel insbesondere im unteren Frequenzbereich, für den der Lautsprecher vorgesehen ist, gefordert wird.
Bei dem in Fig. Ia und Fig. Ib gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Membrandurchmesser eines Einzellautsprechers 36 mm. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen werden gehäuselose Einzellautsprecher bevorzugt, deren Membrandurchmesser kleiner als 5 cm und vorzugsweise sogar kleiner als 4cm ist, da bei der erfindungsgemäßen Flächen-Array-Anordnung das Verhalten im Hochtonbereich besser wird, je kleiner der Membrandurchmesser eines Einzellautsprechers wird. Kleinere Membranflächen, die durch kleinere Einzellautsprecher erreicht werden, und die Verwendung ■ von gehäuselosen Einzel- lautsprechern ermöglichen eine dichtere Anordnung der Einzellautsprecher, um damit die Gesamtgröße des Arrays zu verkleinern. Dies führt zu einer reduzierten Richtwirkung. Außerdem werden Partialschwingungen, die zu ausgeprägten räumlichen Variationen des Schalldruckpegels im Raum führen können, zu unkritischeren höheren Frequenzen hin verschoben. Dort treten die Partialschwingungen zwar ebenfalls auf, sind aber aufgrund der Tatsachen, dass sie nicht bei tiefen Frequenzen sind, nicht mehr störend.
Der damit verbundene Abfall des Schalldruckpegels bei tiefen Frequenzen wird durch eine gekoppelte Anordnung von mehreren Einzellautsprechern im Array kompensiert, wobei es jedoch wesentlich ist, dass die Einzellautsprecher für die Tieftonwiedergabe in einem Flächen-Array angeordnet werden und nicht etwa in einem Linien-Array. Ein Flächen-Array erfordert wenigstens zwei benachbarte Reihen, wobei eine Reihe wenigstens zwei Lautsprecher haben muss und die andere Reihe wenigstens einen Lautsprecher haben muss. So ist bereits eine Dreiecks-Anordnung aus den Lautsprechern IIa, IIb, llc in Fig. Ia ein Flächen-Array, wobei Flächen-Arrays in Form eines Rechtecks, Quadrates oder eines Kreises bzw. einer Ellipse bevorzugt werden. Insbesondere ein quadratisches Array wird am meisten bevorzugt, weil die Quadratform der Kreisform am nächsten kommt und die gewissermaßen rechtwinklige Anordnung der einzelnen Einzellautsprecher, die zu einem insgesamten Quadrat für das Flächen-Array führt, es ermöglicht, die Einzellautsprecher möglichst nah aneinander anzuordnen. Insbesondere werden die Einzellautsprecher derart nah aneinander angeordnet, dass sie sich berühren oder dass zwischen den Einzellautsprechern, die zueinander benachbart sind, ein direkter Abstand besteht, der kleiner als 5 mm und insbesondere kleiner als 3mm ist.
Die in Fig. Ic gezeigte Seriell-/Parallel-Schaltung ermöglicht es, dass das gesamte Lautsprecher-Array noch einen nennenswerten Ohmschen Widerstand hat, im Vergleich zu der Situation, bei der alle Lautsprecher parallel geschaltet sind, so dass der fließende Strom die Belastbarkeit der Schwingspulen der Schallwandler nicht übersteigt. Im Vergleich zu einer kompletten Serienschaltung aller einzelnen Lautsprecher wird jedoch durch die Serien-Parallelschaltung erreicht, dass sich nicht alle, in Reihe geschalteten Laut- Sprecher gegenseitig elektrisch beeinflussen Die Seriell- /Parallel-Schaltung gemäß Fig. Ic stellt somit einen guten Kompromiss zwischen der Komplexität der Verdrahtung der Einzellautsprecher und der von den Einzellautsprechern vorgegebenen Spezifikationen für Maximalstrom dar.
Fig. Id zeigt eine alternative Implementierung des in Fig. Ia gezeigten Ausführungsbeispiels, bei dem die Einzellautsprecher ähnlich wie in Fig. Ia angeordnet sind, die jedoch als 3-Wege-System angesteuert werden. Hierbei wird das Flä- chen-Array aus gehäuselosen Einzellautsprechern in eine erste Array-Hälfte 13a aus Tiefton-Lautsprechern und eine zweite Array-Hälfte 13b aus Tiefton-Lautsprechern ausgebildet. Diese beiden Arrayhälften bzw. Teilarrays werden von einem weiteren Array aus Mittelton-Lautsprechern 13c und einem noch weiteren Array, das nur aus einem einzelnen Hochton-Lautsprecher 13d besteht, getrennt. Bei der in Fig. Id gezeigten Implementierung werden die beiden mit „x" bezeichneten Einzellautsprecher kurzgeschlossen, also deakti- viert, dahingehend, dass diese beiden Einzellautsprecher nicht zur Schallausgabe beitragen und ein Schwingen als Passivmembran verhindert werden kann.
Bei dem in Fig. Id gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass die Anzahl der Tiefton-Einzellautsprecher wesentlich größer ist als die Anzahl der Mittelton-Lautsprecher oder der Hochton-Lautsprecher. Diese Aufteilung zugunsten der Tiefton-Wiedergabe wird vorgenommen, um durch eine Kopplung der Einzellautsprecher für den Tieftonbereich, die dadurch erreicht wird, dass die Tiefton- Einzellautsprecher in einem Flächen-Array so nah als möglich zusammen angeordnet werden, ein ausreichender Schalldruck bei tiefen Frequenzen bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß wird trotz eines flachen Lautsprechergehäuses von nur 2,4 cm Innentiefe und der damit verbundenen hohen Federsteifigkeit des eingeschlossenen Luftvolumens, die Wiedergabe des Frequenzbereiches von 100 Hz (-6dB) bis zu 2OkHz (-6dB) mit einer Sensitivity von 101 dB/IW/Im ermöglicht. Dazu wird aus 25 Miniaturschallwandlern ein 21 cm x 21 cm großes Array gebildet und in ein Gehäuse der Größe (LxBxH) eingebaut. Die Ansteuerung der einzelnen Treiber wird auf die Zielvorgabe eines möglichst linearen Amplitu- denfrequenzganges und einer gleichmäßigen Directivity in Hauptabhörrichtung angepasst. Zu diesem Zweck wird das Array als Dreiwege-System ausgelegt. Der Array-Ansatz wird deshalb gewählt, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Antriebskraft auf die Membran zu realisieren und um mittels vieler kleiner Membranflächen das Auftreten von Partialschwingungen zu höheren Frequenzen zu verschieben. Im Gegensatz zu einer großen Membranfläche ist außerdem das wesentlich geringere Gewicht der Einzelmembrane von großem Vorteil für die Wiedergabe hoher Frequenzen.
Insbesondere für die Wellenfeldsynthese-Anwendung bietet der Array-Ansatz die Möglichkeit, den Lautsprecherabstand zwischen benachbarten Wiedergabekanälen veränderlich zu gestalten, indem die Gruppierung von Wandlern zu einem Wiedergabekanal beliebig möglich ist. Eine Randbedingung bei der Wellenfeldsynthese ist die "räumliche Abtastfrequenz", die es erfordert, dass zur Aliasing-freien Wiedergabe eines Tons von 1 kHz alle 17 cm ein Lautsprecherelement vorhanden ist, das mit einem jeweils eigenen Signal angesteuert wird. Bei 10 kHz sollte der Abstand bei 1,7 cm liegen, bei 100 Hz aber bei 1,7 m. Ein Abstand von 1,7 m kann leicht erfüllt werden. Ein Abstand von 1,7 cm dagegen schwer oder nur an- nähernd. Der erfindungsgemäße Flachlautsprecher ermöglicht es, größere Gruppen von Einzellautsprechern mit einem tief- passgefilterten Signal zu versorgen, die eine größere Breite haben. Hier gibt es eine vorteilhafte Synergie, weil Einzellautsprecher im tiefen Bereich ohnehin in einem Flä- chenarray benötigt werden, um einen ausreichenden Schalldruck zu liefern. Dagegen werden benachbarte Gruppen oder einzelne nebeneinander liegende Lautsprecher mit unterschiedlichen Lautsprechersignalen versorgt, um für die höheren Frequenzen einen kleinen Kanalabstand zu erzeugen, der in der Größenordnung des Membrandurchmessers liegt. Das Lautsprechersignal kann jeweils ein Hochpasssignal oder ein Signal mit Hochpass- und Tiefpassanteilen sein.
Vorzugsweise ist also ein weiteres Array von Einzellaut- Sprechern vorhanden, wobei Einzellautsprecher es Flächenar- rays so gruppiert sind, dass räumlich benachbarte Wellen- feldsynthesekanäle mit begrenzter Bandbreite unter 1 KHz durch nebeneinander liegende Gruppen von Einzellautsprechern wiedergebbar sind, deren Abstand größer ist als der zwischen benachbarten Einzellautsprechern oder im Vergleich zu den Gruppen kleineren Grüppchen, die räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle mit Signalanteilen über 1 kHz wiedergeben.
Erfindungsgemäß wird ein Lautsprecher erhalten, der einen linearen Frequenzgang über einen möglichst großen Frequenzbereich, gutes Impulsverhalten, ein gleichmäßiges und für die Anwendung sinnvolles Abstrahlverhalten aufweist, und der in der Lage ist, einen maximalen Schalldruckpegel von 101 dB oder mehr in einem 1 m Abstand zu erzeugen, wobei der Lautsprecher dabei außergewöhnlich flach ist. Der Flachlautsprecher ist dahin gehend vorteilhaft, dass er un- auffällig in die Umgebung integrierbar ist und trotzdem gute Übertragungseigenschaften hat. Die Gehäusekonstruktion soll so sein, dass eine besonders geringe Bautiefe von 5 und vorzugsweise 3,6 cm bzw. noch bevorzugter 3,0 cm nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck werden akustische Trei- ber verwendet, die eine sehr geringe Bautiefe haben. Bevorzugt wird das elektrodynamische Prinzip des Konuslautsprechers als Schallwandler, da diese Technologie gut beherrschbar und leistungsfähig ist-. Die geforderte geringe Bautiefe erfordert den Einsatz von Miniaturlautsprechern und bedingt somit kleine Membranflächen. Daher werden einzelne Treiber in einer Gruppenanordnung verwendet, wobei es in einem solchen Flächen-Array möglich ist, im Gegensatz zu einem einzelnen großen Biegewellenwandler bzw. Einzelkolbenstrahler mit gleicher Membranfläche, die jeweils aktive Strahlerfläche durch frequenzabhängige Ansteuerung der Ar- ray-Elemente bei Bedarf zu verändern. Diese Option ist bezüglich der Vermeidung von Seitenkeulenbildung bei hohen Frequenzen und der Vermeidung von Partialschwingungen von Vorteil, wobei der Membranradius möglichst so gewählt wird, dass Partialschwingungen erst bei unkritischen Frequenzen auftreten. Gegenüber bekannten Dickenschwingern ist ein wesentlich höherer Membranhub und damit eine höhere Lautstärke im unteren Frequenzbereich erreichbar. Daher sind Flä- chen-Arrays für die erfindungsgemäßen Flachlautsprecher günstig.
Fig. βa zeigt eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines vorzugsweise verwendeten Miniaturlautsprechers bzw. „Miniaturchassis". Die Miniaturchassis ist vorzugsweise als rück- wärtig offene Kopfhörerkapsel, wie in Fig. βa gezeigt, ausgeführt. Die messtechnisch ermittelten Parameter eines solchen gehäuselosen Einzellautsprechers sind in der Tabelle in Fig. βb dargestellt. Die Freiluftresonanzfrequenz eines solchen Einzellautsprechers liegt bei 120 Hz.
Sowohl bei dem in Fig. Ia gezeigten Lautsprecher als auch bei dem Bezug nehmend auf die Figuren 2a-2e diskutierten Lautsprecher gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein geschlossenes Gehäuse eingesetzt. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch ein geöffnetes Gehäuse eingesetzt werden, insbe- sondere mit einem Bassreflex-System, also einem Bassreflexgehäuse als Helmholtz-Resonator, wie er aus der Technik bekannt ist.
Bezüglich des Materials des flachen Gehäuses wird ein ge- eignet steifes Material bevorzugt, um ein ausreichend versteiftes Gehäuse zu erhalten, das mit einer Materialstärke von weniger als 7 mm und insbesondere sogar mit einer Materialstärke von 3 mm oder noch weniger auskommt. Es wird bevorzugt, als Material Stahlblech oder profilierten Kunst- Stoff zu verwenden, obgleich auch Holz eingesetzt werden kann. Es wird bevorzugt, um die Anfälligkeit für Längs- und Quermoden gleicher Frequenz zu minimieren, dass die Kantenabmessungen des gesamten Lautsprechers in keinem ganzzahligen Vielfachen zueinander sind oder dass der Lautsprecher nicht parallele Wände aufweist. Um dennoch einen gewünschten optischen Eindruck mit parallelen Wänden zu haben, kann ein inneres Gehäuse mit nicht parallelen Wänden in ein äußeres Gehäuse mit parallelen Wänden gesetzt werden. Ein Beispiel für eine Innenabmessung des in Fig. Ia gezeigten Ausführungsbeispiels beträgt 61,5 cm Breite, 80 cm Höhe und 2,4 cm Tiefe. Bei einer Verwendung eines 6 mm MDF- Plattenmaterials ergeben sich Außenmaße mit einer Breite von 63,7 cm, einer Höhe von 81,2 cm und einer Tiefe von 3,6 cm.
Gegen das Mitschwingen des Gehäuses wird es bevorzugt, im Gehäuseinneren Stege zwischen Vorder- und Rückseite einzubringen, und es wird ferner bevorzugt, auf die Rückwand von außen Profile aufzubringen. Wie es beispielsweise in Fig. 2a, 2b zu sehen ist, wird es bevorzugt, dass das Flächen- Array bezüglich der Breite zentral und zu den Kanten parallel einzubringen, jedoch bezüglich der Höhe exzentrisch an- zuordnen. Die Einzellautsprecher werden insbesondere in einzelnen Bohrungen untergebracht und teilweise im Gehäusematerial eingelassen. Die Einzellautsprecher können z.B. mit Heißklebstoff oder einem anderen Dichtungsmaterial eingeklebt und insbesondere akustisch abgedichtet werden.
Ein Vorteil der Array-Anordnung ist die Möglichkeit, einzelne Elemente und damit einzelne Teilflächen des Arrays unterschiedlich anzusteuern. Um die aktiven Elemente des Arrays frequenzabhängig bestimmen zu können, wird vorzugs- weise eine Mehrwege-Ansteuerung verwendet. Zu diesem Zweck wird das Flächen-Array, wie es anhand von Fig. Id beschrieben worden ist, in zwei Teilarrays 13a, 13b für die Tieftonwiedergabe aufgeteilt.
Alternativ zu dem in Fig. Id gezeigten Ausführungsbeispiel würde eine 2-Wege-Anordnung darin bestehen, dass in der mittleren Spalte alle Lautsprecher bis auf den einzigen in der Mitte deaktiviert oder nicht vorhanden sind, wobei der einzige mittlere Lautsprecher dann als einziger Hochtöner wirken würde. Um den maximal erzielbaren Schalldruckpegel zu erhöhen, wird das in Fig. Id gezeigte 3-Wege-System verwendet. Insbesondere wird, damit sich der von den 3 Wegen abgestrahlte Schallphasen richtig überlagert, der Mitteltonzweig um 0,5 ms und der Hochtonzweig um 0,52 ms gegen- über dem Tiefton-Array verzögert.
Um das Abstrahlverhalten noch weiter zu verbessern, wird es bevorzugt, eine 2-Wege-Ansteuerung mit Hochtonweg in Form eines Bessel-gewichteten linearen Arrays zu verwenden, wie sie in Fig. 2d schematisch gezeigt ist. Damit wird eine Bündelung und Seitenkeulenbildung besser unterdrückt. Dieser Effekt wird noch verbessert, wenn, wie es in Fig. 2d gezeigt ist, die Hochton-Einzellautsprecher in der Mitte angeordnet sind, und das Flächen-Array aus Tiefton- Lautsprechern in zwei Teil-Arrays 13a, 13b aufteilen. Im Gegensatz zur Fig. Id existiert in Fig. 2 jedoch lediglich ein weiteres Hochton-Array 13e, wobei die einzelnen Hoch- ton-Lautsprecher mit den Gewichtungen angesteuert werden, wie sie in Fig. 2d schematisch angegeben sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gewichtungsfaktoren 0,5, 1, -1 lediglich aufgrund einer schaltungstechnisch einfachen Realisierung der Bessel-Gewichte erhalten worden sind, die sich rechnerisch jedoch zu 0,11, 0,44, 0,76, -0,44 und 0,11 ergeben, und nur mit größerem Aufwand zu realisieren sind.
Die in Fig. 2d gezeigte Ansteuerung findet derart statt, dass die drei Einzellautsprecher in der Mitte des Arrays 13e mit voller Amplitude angesteuert werden, wobei jedoch der untere dieser drei Einzellautsprecher mit invertierter Phase angesteuert wird, während der oberste Einzellautsprecher und der unterste Einzellautsprecher des Arrays 13e mit halber Amplitude angesteuert werden. Diese Pegel- und Pha- senverhältnisse lassen sich, entgegen den Bessel-Funktionen errechneten Faktoren mit sehr einfachen Mitteln umsetzen. Durch Parallelschalten der drei mittleren Einzellautsprecher mit einer Serienschaltung der Lautsprecher ganz oben und ganz unten des Arrays 13e lassen sich diese Amplituden- Verhältnisse herstellen. Die Phase wird bei dem Einzellautsprecher, der einen Gewichtungsfaktor „-1" in Fig. 2d hat, einfach durch Verpolen des Anschlusses erreicht, wie es in Fig. 3 bei 15 dargestellt ist.
Ähnlich zu Fig. Ic werden die vier Spalten des Tiefton- Arrays in vier Gruppen von jeweils fünf Einzellautsprechern gruppiert, wobei die Gruppen untereinander parallel geschaltet sind. Dadurch ergibt sich für das Hochton-Array eine Nennimpedanz von 10 Ohm und für das Tiefton-Array eine Nennimpedanz von 56 Ohm. Es könnten auch alle Tiefton- Einzellautsprecher parallel geschaltet werden, dann würde aber ein höherer Strom durch die Schwingspulen fließen. Dies könnte jedoch den Schwingspulendraht der Einzellautsprecher jedoch überlasten und zerstörten.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird bei dem Ausführungs- beispiel eine Frequenzweiche 16 mit einer Grenzfrequenz 710 Hz bevorzugt. Bei einer größeren Arrayflache sollte die Frequenzweiche eine kleinere Grenzfrequenz haben, und bei einer kleineren Arrayfläche sollte die Frequenzweiche eine größere Grenzfrequenz haben. Aufgrund der Frequenzweiche existieren ein Hochtonweg 17a und ein Tieftonweg 17b oder allgemein gesagt nur ein Tieftonweg und ein Weg mit voller Bandbreite statt dem Hochtonweg, der keine Tieftonanteile hat, welche vorzugsweise beide durch einen Entzerrer EQ 18a bzw. 18b entzerrt werden, wobei die entzerrten Signale fer- ner vorzugsweise durch jeweils einen Verstärker 19a bzw. 19b verstärkt werden.
Bei dem in Fig. 2a gezeigten Lautsprecher gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eben- falls ein geschlossenes System verwendet. Das Gehäuse basiert auf einer Berechnung unter Verwendung der sogenannten Thiele-Small-Parameter der gehäuselosen Einzellautsprecher, wobei die Gesamtgüte Qtc der Kombination aus Gehäuse und Array bei 0,707 liegen soll. Diese Abstimmung wird auch als Butterworth-Abstimmung bezeichnet und äußerst sich in einem, bei idealem Free-Air-Frequenzgang, maximal glattem Frequenzgang und minimal erreichbarer Resonanzfrequenz.
Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht des Lautspre- chers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer Gehäusevorderwand Ia und einer Gehäuseseitenwand Ib, wobei der Lautsprecher in einem reflexionsarmen Raum angeordnet ist. Die Gehäusevorderwand umfasst eine Höhe und eine Breite, wobei die Höhe größer als die Breite ist, und wobei es bevorzugt wird, das Array bezüglich der Breite zentriert und kantenparallel einzufügen, und das Array bezüglich der Höhe nicht zentriert, sondern dezentral unterzubringen, wie es in Fig. 2b gezeigt ist. Fig. 2c zeigt eine Rückansicht des geöffneten Lautsprechers, wobei Stege 19a, 19b in vertikaler Richtung und Stege 19c in horizontaler Richtung gezeigt sind. Diese Stege, die vorzugsweise komplett von der Gehäusevorderseite bis zur Gehäuserückseite durchgehend ausgebildet sind, ermöglichen eine Kapselung von unterschiedlich angetriebenen Einzellautsprechern. Druckänderungen im Inneren des Lautsprechers, hervorgerufen durch Schwingungen einzelner Membranen würden sich ansonsten nämlich auf alle auf das gleiche Volumen arbeitende Einzel- lautsprecher auswirken. Um dies zu vermeiden, arbeiten die Einzellautsprecher der mittleren Array-Spalte jeweils auf ein einzeln abgegrenztes Volumen, das durch die Stege 19a, 19b, 19c erreicht wird. Da diese Einzellautsprecher für den Hochtonzweig verwendet werden, diese also weit oberhalb ih- rer Resonanzfrequenz arbeiten sollen, ist eine aufwendige Dimensionierung des entstehenden Volumens nicht nötig. Das an jeden Hochton-Einzellautsprecher angekoppelte Volumen beträgt 0,0361 1. Die Abmessungen der Volumina bestimmen sich aus den Abmessungen des Einzellautsprechers.
Die Streben 19a, 19b erreichen eine zusätzliche Versteifung des Gehäuses und führen dazu, dass das Volumen für das Tiefton-Array in zwei Kammern aufgeteilt wird, wie es aus Fig. 2c oder auch aus Fig. 4a oder Fig. 4b ersichtlich ist. Das Aufteilen des Gesamtvolumens 'in zwei Kammern für die Teil-Arrays der Tiefton-Lautsprecher führt zu einer effizienten Versteifung des Gehäuses und dazu, dass Biegeschwingungen der Gehäusefront und/oder der Gehäuserückwand und Moden im Gehäuse unterdrückt werden, um entsprechende negative Einflüsse auf das Verhalten des Lautsprechers zu reduzieren. Weitere Versteifungselemente, wie sie bei 21 in Fig. 4b oder 22 in Fig. 4a gezeigt sind, werden eingefügt, um die Steifigkeit des verwendeten Holzmaterials zu verbessern, die relativ gering ist. Durch Minimieren der Abstände zwischen den Versteifungspunkten wird das Mitschwingen der Gehäusewände wegen des hohen Drucks im Inneren bei Betrieb des Lautsprechers verhindert. Vorzugsweise sind Höhe und Breite des Gehäuses keine geradzahligen Vielfachen, um die Ausbildung von gleichzeitigen Längs- und Quermoden nicht zu begünstigen. Die Innentiefe beträgt bei dem in Fig. 2a bzw. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel wieder 2,4 cm. Die Außenabmessungen des in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiels betragen in der Breite 35,2 cm, in der Höhe 46,2 cm und in der Tiefe 3,6 cm. Diese Außenmaße sind auch in der schematischen Zeichnung in Fig. 4a zusammen mit anderen bevorzugten Abmessungen dieses Ausführungsbeispiels angegeben.
Die exzentrische Platzierung des Arrays auf der Front des Lautsprechers wird bevorzugt. Der Schalldruck von Schallwellen, die sich von einer Schallquelle über eine Lautsprecherfront ausbreiten, ändert sich, wenn diese auf eine Kante treffen, weil sich die Energie der Welle auf ein geän- dertes Volumen aufteilt. Im Falle einer Gehäusekante beugt sich eine Schallwelle um das Gehäuse. Das Volumen, in welches sich die Schallwelle ausbreitet und die Oberfläche der Wellenfront werden größer. Der Schalldruck auf dieser Oberfläche wird geringer. Durch die Druckänderung entsteht an dieser Kante eine zweite Schallquelle mit entgegengesetzter Phase. Der von dieser sekundären Schallquelle abgestrahlte Schall überlagert sich mit dem, von der primären Schallquelle abgestrahlten Schall. Je nach Laufzeitunterschied, der durch die Entfernung zwischen beiden Schallquellen und zwischen Lautsprecher und Hörposition beeinflusst wird, kommt es im Frequenzgang des Lautsprechers abwechselnd zu konstruktiver und destruktiver Interferenz. Wenn der dem Laufzeitunterschied äquivalente Wegunterschied ganzzahligen Vielfachen einer Wellenlänge entspricht, dann kommt es zu Minima bei den entsprechenden Frequenzen, bei ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge kommt es zu Überhöhungen. Wenn das Array zentral auf der Schallwand platziert würde, käme es für Beobachtungspunkte nahe der 0° -Achse durch gleiche Laufzeiten bezüglich rechter und linker bzw. oberer und unterer Schallwandkante zu einer Überlagerung der Interferenzerscheinungen. Folge davon ist ein ortsabhängiger, teilweise von starken Einbrüchen und Überhöhungen geprägter Frequenzgang. Um dies zu vermeiden, wird die Position des Arrays auf der Frontplatte so ausgewählt, dass die Entfernung vom zentralen Einzellautsprecher zur oberen, unteren und den seitlichen Gehäusekanten möglichst unterschiedlich und keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Dadurch wird das unvorteilhafte Zusammenfallen von Interferenz- Effekten verhindert.
Die Aufteilung des Gehäuses in zwei gleich große Kammern durch Versteifungsstege bedingt, dass das Array horizontal zentriert angeordnet wird. So beträgt der Abstand vom Zentrum des Arrays zu den Seitenkanten jeweils 17,6 cm. Der Abstand des Mittelpunkts des Arrays zur oberen Gehäusekante wird auf 14,1 cm festgelegt. Der Abstand zur unteren Gehäusekante ergibt sich somit zu 23,1 cm. Damit die bei dem Ausführungsbeispiel 6 mm starken Leisten, mit denen die Hochtontreiber abgetrennt werden, nicht die Luftkompression an den rückseitig offenen Membranen behindern, werden nicht alle Einzellautsprecher des Arrays ohne Zwischenraum angeordnet. Stattdessen wird zwischen den Einzellautsprechern der mittleren Spalte des Arrays und den Einzellautsprechern der links und rechts benachbarten Spalten ein Abstand von 6 mm vorgenommen, wie es aus Fig. 4a ersichtlich ist.
Es wird bevorzugt, das Gehäuse zur Vermeidung von Gehäuse- moden mit Dämmwolle zu bedampfen. 'Eine Dämmwolle mit einer
Dicke von 3 cm und einer Masse von 280 g/m2 kann eingesetzt werden. Gehäusemoden soll durch Absorption im Dämmstoff E- nergie entzogen werden, so dass sie sich nicht voll oder gar nicht ausbilden können. Dieses Prinzip funktioniert nur bei hoher Schallschnelle. Da an den Rändern von Gehäusen bei Stehwellen stets Druckmaxima und Schnelle-Minima sind, wird daher an den Rändern des Gehäuses auf einer Breite von etwa 7 cm kein Dämmmaterial eingebracht, wie es schematisch in Fig. 2c zu sehen ist.
Nachfolgend werden, Bezug nehmend auf die Figuren 5a-5d diverse Messungen an dem in Fig. 2a bis Fig. 2d erläuterten Lautsprecher gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert .
Die Auftrennung der Audiosignale in einen Hochton-Zweig und in einen Tiefton-Zweig durch die Frequenzweiche 16 wird mit Hilfe von Linkwitz-Riley-Filtern vierter Ordnung für die Frequenzweiche vorgenommen. Die Übertragungsfunktion der Frequenzweiche ist in Fig. 5b dargestellt. Der Pegel des Hochton-Zweiges ist gegenüber dem Tiefton-Signal um 3 dB angehoben. Dem Lautsprecher ist ein 80 Hz Hochpass vorgeschaltet, der in Fig. 3 nicht gezeigt ist.
Das mit dieser Filterung beaufschlagte Signal wird dem Ar- ray zugeführt. Fig. 5b zeigt die Frequenzgänge von Hoch- und Tiefton-Weg auf der 0°-Achse. Die akustische Summation beider Wege ergibt den in Fig. 5c gezeigten nicht- entzerrten Frequenzgang. Um sowohl die Linearität des Frequenzgangs als auch die untere Frequenz näher an die gestellten Anforderungen zu bringen, wird es bevorzugt, eine Entzerrung unter Verwendung der Equalizer 18a, 18b vorzunehmen. Ein entzerrter Frequenzgang ist in Fig. 5d gezeigt, bei dem eine wesentlich bessere Linearität ersichtlich ist, und bei dem ferner ein wesentlich verbessertes Verhalten im unteren Frequenzbereich und eine gesenkte untere Grenzfre- quenz erhalten worden ist. Damit sich die von beiden Wegen abgestrahlten Schallanteile im Übernahmebereich möglichst optimal überlagern, wird es bevorzugt, den Hochton-Weg um 0,17 ms zu verzögern. Der Frequenzgang bei dem in Fig. 5d messtechnisch charakterisierten Au'sführungsbeispiel wird im Bereich von 100 Hz bis 20 kHz linearisiert, so dass sich eine Welligkeit von +/- 2 dB erreichen lässt. Die Grenzfrequenz bei -6 dB beträgt 100 Hz. Bei 20 kHz ist der Schalldruckpegel ebenfalls um 6 dB abgefallen. Die mittlere elektrische Empfindlichkeit des Lautsprechers beträgt 101 dB/lW/lm. Dieser Wert ist im Vergleich zu herkömmlichen HiFi-Lautsprechern hoch und ist auf die hohe Empfindlichkeit der gehäuselosen Einzellautsprecher zurückzuführen. Fig. 2e zeigt eine alternative Implementierung des Flachgehäuses mit angesetzten Fasen, um mehr in die Nähe einer Gehäusefront ähnlich eines Pyramidenstumpfes zur Abschwächung von Interferenz-Effekten aufgrund von Beugungserscheinungen an den Kanten des Gehäuses zu kommen. Damit kann ein besser linearer Frequenzgang erreicht werden.
Um den von dem Lautsprecher abgegebenen Schalldruck bei niedrigeren Frequenzen, also im Bereich von 100 Hz und darunter zu verbessern, kann bei Ausführungsbeispielen der Er- findung das flache Gehäuse als Bassreflexgehäuse ausgeführt sein, das nicht vollkommen geschlossen ist, sondern eine oder mehrere Öffnungen in der Schallwand hat, die auch als Kanäle in das Gehäuse hinein verlängert werden können. Das Gehäuse eines Bassreflexsystems ist bei verschlossener Ein- bauöffnung für den Schallwandler ein Helmholtz-Resonator . Innerhalb des Bassreflexkanals befindet sich eine Luftmasse, die im Resonanzfall mit maximaler Amplitude schwingt. Der Resonator wird auf eine Resonanzfrequenz unterhalb der Resonanzfrequenz des Schallwandlers abgestimmt und trägt dann bei tiefen Frequenzen wesentlich zur Schallabstrahlung des Lautsprechers bei. Eine korrekt abgestimmte Bassreflexkonstruktion hat einen Impedanzverlauf mit zwei benachbarten Maxima. Der maximale Schalldruck wird vom Bassreflexrohr bei dem Minimum fb zwischen den beiden Impedanz-Maxima abgestrahlt. In Richtung höherer und tieferer Frequenz nimmt der vom Bassreflexkanal abgestrahlte Schalldruck ab. Das Ziel der Abstimmung eines Bassreflexsystems ist die konstruktive Überlagerung von Schallanteilen, die von Schallwandler und Bassreflexöffnung abgestrahlt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Bassreflexöffnung an der unteren Seitenwand des Gehäuses, das beispielsweise in Fig. 2b gezeigt ist, vorgesehen, wobei diese Kanalöffnung rechteckig mit einer Breite von 5 cm ausgelegt wird. Die Länge eines Reflexrohrs für eine Kammer ergibt sich dann beispielsweise zu 3,3 cm. Ein darauf hin optimiertes Gehäuse hat eine Abmessung in der Breite von 41,5 cm, in der Höhe von 66,2 cm und in der Tiefe von 2,4 cm, wobei sich diese Abmessungen auf die Innenmaße beziehen. Die Öffnung des Bassreflexkanals kann bei anderen Ausführungsbeispielen vergrößert werden, und zwar insbesondere über die komplette Breite einer Kammer von z.B. 17,2 cm vergrößert werden. Entsprechend kann die Reflexrohrlänge vergrößert werden, da die Länge mit zunehmender Öffnungsfläche ebenfalls vergrößert werden muss, wenn die Abstimmfrequenz beibehalten werden soll.
Bei einer anderen Implementierung kann die Reflexöffnung auch an der oberen Schmalseite des Gehäuses angeordnet werden.
Insbesondere ein geschlossener Lautsprecher mit einer flächigen Anordnung von 25 Miniaturlautsprechern als Schall- wandler wird bevorzugt, wobei die Anzahl der Schallwandler je nach Einsatz auch zwischen 9 und 49 liegen kann. Eine quadratische Form der Anordnung der Schallwandler wird bevorzugt, wobei das Flächen-Array aufgeteilt in getrennte Teilarrays der den kritischen Tiefton-Bereich liefernden Einzellautsprecher vorzugsweise in abgetrennten Volumina arbeiten soll. Vorzugsweise wird eine symmetrische 2-Wege- Anordnung eingesetzt, wobei die Einzellautsprecher des weiteren Arrays zwischen den beiden Teil-Arrays, welche als Hochtöner arbeiten, nach Koeffizienten von Bessel- Funktionen gewichtet sind. Das Anregungs-Signal des Systems wird mit einem Lautsprecher-Controller entzerrt sowie aktiv getrennt und mittels zwei Endstufen verstärkt. Damit werden HiFi-übliche Werte sowohl für den maximal erreichbaren Schalldruckpegel als auch für die Welligkeit des Frequenz- gangs und den Klirrfaktor erreicht. Der Lautsprecher zeichnet sich durch ein kontinuierliches, nicht übermäßig bündelndes Richtverhalten ohne Seitenkeulen aus.
Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung sind sowohl in klassischen Stereo- oder Multikanal-Setups, vorzugsweise mit einem Subwoofer für den untersten Frequenzbereich ein- setzbar. Das Array-Konzept führt zu einer hohen Skalierbarkeit des Systems. So kann damit bei Lautsprecher-Panels für Wellenfeldsynthese der Abstand benachbarter Wiedergabekanäle durch den geringen Durchmesser der Einzellautsprecher minimiert werden. Durch die Möglichkeit, einzelne gehäuselose Einzellautsprecher und somit bestimmte Bereiche eines Arrays diskret anzusteuern, sind auch zeitlich modifizierbare Ansteuerungen verwendbar. Die Bündelungswirkung des Lautsprechers in der Vertikalebene oberhalb von 10 kHz kann durch eine geänderte Array-Ansteuerung noch verringert werden, wenn oberhalb von 10 kHz nur noch ein einzelner Laut- Sprecher betrieben wird. Entsprechend der Richtwirkung des einzelnen Lautsprechers kann der vertikale Abstrahlwinkel oberhalb von 10 kHz mit einem solchen 3-Wege-System vergrößert werden. Die Schalldrucküberhöhung im Frequenzgang des in den Ausführungsbeispielen verwendeten Miniaturtreibers wird vorzugsweise eliminiert, damit keine Entzerrung mehr nötig ist.
Bei nicht Echtzeit-kritischem Einsatz des Lautsprechers wird es bevorzugt, zur Entzerrung einen linearphasigen FiI- tersatz zu verwenden. Damit kann die Gruppenlaufzeit des Systems aus Lautsprecher und Controller positiv beeinflusst werden.
Um den Lautsprecher bei tieferen Frequenzen zu verbessern, wird es bevorzugt, nicht die Array-Fläche zu vergrößern, sondern den abgestrahlten Schalldruck durch die Vergrößerung des Membranhubs zu erhöhen. Bei einer Verdoppelung des Membranhubs verdoppelt sich idealerweise auch der abgestrahlte Schalldruck. Hierzu muss jedoch die Mechanik des Schallwandlers für größeren Hub ausgelegt werden. Die Kraft, die vom Antrieb eines elektrodynamischen Schallwandlers erzeugt wird, wird vom Produkt aus der magnetischen Flussdichte B des Magneten, der Länge 1 des Spulendrahtes und dem fließenden Strom I in der Spule bestimmt.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Lautsprecher als aktiver Lautsprecher mit interner Signalverarbeitung auf einem DSP implementiert, da eine (z. B. aktive) Frequenzwei- che und eine Entzerrung sowie eine mehrkanalige Verstärkung eingesetzt werden und in das Lautsprechergehäuse integriert werden können.
Der erfindungsgemäße Lautsprecher zeichnet sich durch eine außergewöhnlich geringe Gehäusetiefe, durch eine kostengünstige Herstellbarkeit und durch überzeugende Werte sowohl auf messtechnischer Seite als auch auf subjektiver E- bene aus .
Fig. 7a zeigt einen Lautsprecher, bei dem ein weiteres Ar- ray von Einzellautsprechern vorzugsweise in der Mitte des Lautsprechers vorhanden ist, bei. dem einer oder mehrere Einzellautsprecher bezüglich der Einzellautsprecher des Flächenarrays verkippt angeordnet sind, so dass sich eine Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers des weiteren Arrays von einer Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers des Flächenarrays unterscheidet. Die Verkippung kann beispielsweise 30 Grad bezüglich der Normalen betragen und liegt vorzugsweise zwischen 10° und 70°. Dann kann ein Hörer eine Ausrichtung der Lautsprecher auf sich haben, selbst wenn der Flachlautsprecher and der Wand montiert ist und nicht gedreht werden kann. Für die näherungsweise Rundstrahlcharakteristik des Tieftonarrays ist dagegen eine Ausrichtung nicht erforderlich.
Fig. 7b zeigt einen Lautsprecher, ,bei dem ein weiteres Ar- ray von Einzellautsprechern vorhanden ist, das in dem Ge- häuse zurückgesetzt ist, oder das vor der aktiven Fläche eine Wellenführungseinrichtung aufweist. Vorzugsweise wird eine Zurücksetzung und eine Waveguide-Struktur verwendet, um eine eben Oberfläche des Lautsprechers zu haben. Außerdem ist die Zurücksetzung der Hochtöner in der Mitte unkri- tisch, weil das nötige Luftvolumen für die Hochtöner aufgrund der hohen Frequenzen klein bzw. insgesamt unerheblich ist. Die Waveguide-Struktur dient dazu, die inhärente Richtwirkung im beabsichtigten Bereich zu vergleichmäßigen und sie wird eine hornartige Form haben.

Claims

Patentansprüche
1. Lautsprecher, mit folgenden Merkmalen:
einem Flächen-Array (10) aus gehäuselosen Einzellautsprechern, die eine flache Form haben; und
einem flachen Gehäuse (1), in das die Einzellautspre- eher (IIa, IIb, llc) untergebracht sind, wobei das flache Gehäuse ein Vorderwand, eine Rückwand, und eine Seitenwand aufweist, und
wobei das flache Gehäuse (1) eine Tiefe kleiner als 5 cm aufweist, oder wobei ein Durchmesser eines gehäuselosen Einzellautsprechers (IIa, IIb, llc) des Flächen- Arrays (10) kleiner als 5 cm ist.
2. Lautsprecher nach Anspruch 1,
bei dem ein weiteres Array (13b, 13c, 13e) aus Einzellautsprechern vorhanden ist, wobei ein kleinster Abstand eines Einzellautsprechers des weiteren Arrays zu einem Einzellautsprecher des Flächen-Arrays größer ist als ein kleinster Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Einzellautsprechern des Flächen-Arrays (13a, 13b) ; und
der ferner eine Frequenzweiche (16) zum Liefern eines Hochpass-Signals (17a) und eines Tiefpass-Signals (17b) aufweist, wobei das Hochpass-Signal zum Ansteuern eines weiteren Arrays (13e) und das Tiefpass- Signal (17b) zum Ansteuern des Flächen-Arrays (1; 13a, 13b) verwendet werden.
3. Lautsprecher nach Anspruch 1, bei dem ein weiteres Array (13b, 13c, 13e) aus Einzellautsprechern vorhanden ist, wobei ein kleinster Abstand eines Einzellautspre- chers des weiteren Arrays zu einem Einzellautsprecher des Flächen-Arrays größer ist als ein kleinster Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Einzellautsprechern.
4. Lautsprecher nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Flä- chen-Array ein erstes flächiges Teil-Array (13a) und ein zweites flächiges Teil-Array (13b) aufweist, zwischen denen das weitere Array (13c, 13d, 13e) angeord- net ist.
5. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 4, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Frequenzweiche (16) zum Liefern eines Hochpass- Signals (17a) und eines Tiefpass-Signals (17b), wobei das Hochpass-Signal zum Ansteuern eines weiteren Arrays (13e) und das Tiefpass-Signal (17b) zum Ansteuern des Flächen-Arrays (1; 13a, 13b) verwendet werden.
6. Lautsprecher nach Anspruch 5, bei dem für das Hochpass-Signal und/oder das Tiefpass-Signal ein Entzerrer
(18a, 18b) und/oder ein Verstärker (19a, 19b) vorgesehen sind, die ausgebildet sind, um ein Frequenzverhal- ten einer Schallausgabe des Lautsprechers in einem vordefinierten Frequenzbereich zu vergleichmäßigen.
7. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis β, bei dem das Gehäuse (1) im Inneren einen oder mehrere Stege (19a, 19b, 19c) zum Verbinden einer Vorderwand und einer Rückwand des flachen Gehäuses aufweist, wobei der mindestens eine Steg so angeordnet ist, dass er zwischen einem Einzellautsprecher des Flächen-Arrays (1) und einem benachbarten Einzellautsprecher des weiteren Arrays (13e) angeordnet ist.
8. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächen-Array so in einer Vorderwand des Gehäuses exzentrisch angeordnet ist, dass ein Mittelpunkt des Arrays von einem Mittelpunkt der Vorderwand um wenigstens 10 % der kürzeren Seite der Vorderwand unterschiedlich ist.
9. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem eine Anzahl von Einzellautsprechern in dem Flächen- Array (1; 13a, 13b) wenigstens doppelt so groß ist wie in dem weiteren Array (13c, 13d, 13e) .
10. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächen-Array wenigstens zwei Gruppen
(12a, 12b, 12c, 12d, 12e) von Einzellautsprechern aufweist, wobei jede Gruppe wenigstens zwei Einzellaut- Sprecher aufweist, wobei die Einzellautsprecher in einer Gruppe seriell geschaltet sind, und wobei die Gruppen parallel geschaltet sind.
11. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem das weitere Array (13e) ein Linien-Array von Lautsprechern ist, wobei eine Ansteuerungsschaltung vorhanden ist, die ausgebildet ist, um äußere Einzellautsprecher des weiteren Arrays mit einem amplitudenmäßig schwächeren Treibersignal als ein mittlerer Lautspre- eher des weiteren Arrays zu versorgen.
12. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays oder alle Einzellautsprecher des Lautsprechers insgesamt identische aktive Flächen haben.
13. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays o- der alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers elektrodynamische Lautsprecher sind.
14. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays o- der alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers Konus-Lautsprecher oder Kolbenstrahler sind.
15. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays o- der alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers Kopfhörerkapseln sind.
16. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lautsprecher so in dem Gehäuse angeordnet sind, dass zwischen einer Rückseite einer Membran jedes Einzellautsprechers des Flächen-Arrays und einer nächstliegenden Gehäusewand wenigstens ein Abstand von 0,8 cm und höchstens ein Abstand von 4 cm vorhanden ist.
17. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzellautsprecher des Flächen-Arrays so nahe aneinander angeordnet sind, dass Ränder von be- nachbarten Einzellautsprechern weniger als 3 mm voneinander beabstandet sind oder sich berühren.
18. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächen-Array ein erstes Teil-Array (13a) und ein zweites Teil-Array (13b) aufweist, wobei jedes Teil-Array zwei benachbarte Reihen von Einzellautsprechern aufweist, und wobei ein weiteres Array eine einzige Reihe von Einzellautsprechern aufweist, wobei eine Anzahl der Einzellautsprecher pro Reihe für alle Reihen und Arrays gleich ist.
19. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse so groß ist, dass es ein Volumen aufweist, das gleich einem pro Einzellautsprecher des Flächen-Array geforderten Minimalvolumens multipliziert mit der Gesamtanzahl der Einzellautsprecher des Flächen-Arrays ist.
20. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Tiefe des flachen Gehäuses kleiner als 1/10 der kürzeren Seite einer Vorderwand oder Rückwand des Gehäuses ist.
21. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays so verschaltet sind, dass sie mit Ansteuersignalen angesteuert werden, die zueinander abgesehen von unter- schiedlichen Leitungslängen keine Phasenverschiebung haben, wobei zwischen den Einzellautsprechern und einem Treiberausgang kein Phasenschieber vorhanden ist, und
wobei die Einzellautsprecher des Flächen-Arrays ausgebildet sind, um die gesamte Schallbandbreite in einem 1-Weg-System zu liefern, oder um einen Tieftonbereich in einem Mehrwege-System zu liefern.
22. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächen-Array in ein erstes Teil-Array
(13a) und ein zweites Teil-Array (13b) aufgeteilt ist, wobei das Gehäuse eine durchgehende Trennung (19a,
19b) aufweist, um für das erste Teil-Array (13a) ein erstes Gehäusevolumen bereitzustellen und für das zweite Teil-Array (13b) ein zweites Gehäusevolumen bereitzustellen, wobei das erste Gehäusevolumen und das zweite Gehäusevolumen durch 'die Trennung (19a, 19b) voneinander getrennt sind.
23. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden ist, das in dem Gehäuse zurückgesetzt ist, oder das vor der aktiven Fläche eine Wellenführungs- einrichtung aufweist.
24. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden ist, bei dem einer ' oder mehrere Einzellautsprecher bezüglich der Einzellautsprecher des Flächen- arrays verkippt angeordnet sind, so dass sich eine Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzel- lautsprechers des weiteren Arrays von einer Flächen- normale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers des Flächenarrays unterscheidet.
25. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden ist, wobei Einzellautsprecher es Flächenarrays so gruppiert sind, dass räumlich benachbarte WeI- lenfeldsynthesekanäle mit begrenzter Bandbreite unter 1 KHz durch nebeneinander liegende Gruppen von Einzel- lautsprechern wiedergebbar sind, deren Abstand größer ist als der zwischen benachbarten Einzellautsprechern oder im Vergleich zu den Gruppen kleineren Grüppchen, die räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle mit Signalanteilen über 1 kHz wiedergeben.
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