EP2989809A1 - Array aus elektroakustischen aktoren und verfahren zum herstellen eines solchen arrays - Google Patents

Array aus elektroakustischen aktoren und verfahren zum herstellen eines solchen arrays

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EP2989809A1
EP2989809A1 EP15720645.9A EP15720645A EP2989809A1 EP 2989809 A1 EP2989809 A1 EP 2989809A1 EP 15720645 A EP15720645 A EP 15720645A EP 2989809 A1 EP2989809 A1 EP 2989809A1
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EP
European Patent Office
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array
branch
parallel
series
actuator
Prior art date
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EP15720645.9A
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English (en)
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EP2989809B1 (de
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Lorenz Betz
Lutz Ehrig
Daniel Beer
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • 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
    • H04R2201/403—Linear arrays of transducers

Definitions

  • the present invention relates to arrays, and more particularly to so-called Bessei-weighted arrays of electroacoustic actuators. Speakers of a speaker array, e.g. a line array or a surface array, can be controlled differently.
  • EP 0034844 A1 discloses an amplitude / phase weighting based on the function values of the Bessei function of the first kind at different orders.
  • FIG. 11 (a) One possible embodiment of such an array is shown in FIG. 11 (a). It consists of five Einzeliaut Anlagenern, which are designated according to the arrangement in the example linear array with 1, 2, 3, 4, 5.
  • the amplitude / phase weighting is shown to the left of the loudspeaker array 1 100 in FIG. 11.
  • the two outermost loudspeakers have a weighting of 0.5 and the inner loudspeakers have a weighting of 1, wherein a loudspeaker, namely the loudspeaker 2 additionally has a phase shift of 180 °.
  • Such an array achieves a higher sound pressure level compared to the single loudspeaker.
  • the array has a larger emission area than the single speaker, the emission characteristics are hardly different from each other.
  • the Bessel weighting provides the amplitude ratio plotted on the left side of the array 1100.
  • the phase ratio is 0 °: 180 o : 0 o : 0 o : 0 ° of the single speakers to each other.
  • Fig. 1 (b) shows an interconnection of the loudspeakers in the form of a series circuit.
  • the loudspeakers 2, 3, 4 are connected in series and in turn connected in series to a parallel connection of the two outer loudspeakers 1 and 5. This results in the Bessel-like weighting required on each loudspeaker due to the corresponding voltage drop.
  • the Bessel weighting may also be generated with a parallel circuit consisting of several parallel branches (FIG. 11 (c)).
  • One of these parallel branches consists of a series connection of the loudspeakers 1 and 5, the remaining parallel branches each contain a single loudspeaker (2, 3, 4)
  • Fig. 1 1 characterized in that the polarity of the speaker 2 is reversed in each case, compared to the polarity of the other speakers, that is, the negative input of the speaker with the corresponding positive output of the speaker amplifier, the in Fig. 1 1 is not shown connected.
  • Speakers is thus the total impedance 1, 14 ⁇ or 2.29 0, this is usually well below the optimal for today's amplifier load impedances.
  • the amplifier is hereby demanded too much current, which can lead to the destruction of its components.
  • Bessel weighting can not be optimally implemented with typical impedance speakers, such as 4 ⁇ to 8 ⁇ .
  • typical impedance speakers such as 4 ⁇ to 8 ⁇ .
  • the number being greater than five, the total impedance achieved in parallel connection an even lower value and in the series connection an even greater value, if in turn is assumed by the same speaker impedance.
  • the object of the present invention is to provide an improved loudspeaker array
  • An array of electroacoustic actuators comprises at least five electroacoustic
  • Actuators (101, 102, 103, 104, 105), wherein the electroacoustic actuators are connected so that in a first parallel branch (1 10a) at least two electroacoustic actuators are connected in series, and that in a second parallel branch (1 10b) a electroacoustic actuator is connected in series with a parallel connection of two electroacoustic actuators, and wherein the first parallel branch is connected in parallel to the second parallel branch, and
  • the electroacoustic actuators are connected in such a way that at least two electroacoustic actuators are connected in parallel in a first series branch (1 10c) and that in a second series branch (1 1 Od) an electroacoustic actuator is connected in parallel to a series connection of two electroacoustic actuators wherein the first series branch is connected in series with the second series branch, and wherein the series-connected parallel branches (1 10c, 1 1 Od) are adapted to be driven by a loudspeaker amplifier (1 12).
  • each parallel circuit becomes a series connection and vice versa.
  • the total impedance is again in the immediate vicinity of the individual loudspeaker impedance, in contrast to the use of parallel branches where the impedance is just below that of the ELS is, it is just above the ELS for modification with serial branches.
  • loudspeaker arrays can be implemented which have a not identical but approximate Bessei weighting.
  • the deviation from the ideal Bessei weighting is so small that the radiation behavior of a loudspeaker array with parallel connection of the parallel branches according to the invention is thus implemented with an easily manageable total impedance of the beam behavior of an array implemented according to FIG and actually has the ideal Bessei weighting, is almost indistinguishable.
  • the problem of high or too low electrical impedances in the application of a Bessei weighting by the special shading, which causes a slightly modified Bessei weighting solved.
  • the amplitude / phase weighting is implemented solely by reverse polarity or serial and parallel switching of the individual loudspeakers.
  • the resulting amplitude / phase weighting of the individual loudspeakers is similar to that of FIG. 11.
  • the electrical impedance of the array is due to the circuitry used in the invention, for example, to implement the modified Bessei weighting, now in the range of impedance of the speakers used. This allows the array to be easily operated with conventional amplifiers.
  • structure-borne sound exciters as further examples of electroacoustic actuators. These are also referred to as exciters or shakers, which, for B, attached to a plate and through
  • Fig. 1 (a) is a schematic representation of the loudspeaker array
  • Fig. 1 (b) is a schematic representation of a single loudspeaker (ELS) interconnection of Fig. 1 (a) with parallel branches;
  • ELS loudspeaker
  • Fig. 1 (c) is a schematic representation of a single-speaker (ELS) interconnect of Fig. 1 (a) with series branches;
  • ELS single-speaker
  • FIG. 2 shows an illustration of a loudspeaker array with modified Bessel weighting
  • Fig. 3 is a wiring example for the embodiment of Fig. 2;
  • Fig. 4 (a) shows an alternative implementation of a speaker array with modified or approximated Bessel weighting
  • Fig. 4 (b) shows an interconnection for the implementation of Fig. 4 (a);
  • Fig. 4 (c) is a detailed circuit diagram for explaining the
  • Fig. 5 shows a Verschaltungstage for an array with six active
  • Fig. 6 is a tabular representation of various Verschaltungstagen
  • Fig. 7 is a schematic representation of the array with six active
  • FIG. 8 shows a connection variant for an array with seven active individual loudspeakers
  • Fig. 9 is a tabular representation of the different interconnections of the individual loudspeakers with respect to their arrangement in the array
  • Fig. 10 is a schematic representation of the speaker array, wherein two
  • Figs. 11 (a) to 11 (c) show a known array with a known interconnection
  • Fig. 12 (a) shows an interconnection with series branches
  • Fig. 12 (b) shows a weight for the interconnection with series branches
  • FIG. 13 (a) shows a connection variant for an array with six individual loudspeakers
  • FIG. 13 (b) shows a connection variant for an array with seven individual loudspeakers
  • Modified Bessel weighted speakers of Fig. 4 (b); 17 shows an isobaric representation of the measured emission characteristic of a linear array of five loudspeakers with original Bessel weighting along the array extension;
  • 18 is an isobaric representation of the measured emission characteristic of a linear array of five loudspeakers with modified bessel
  • Fig. 1 (a) shows a speaker array according to an embodiment of the present invention.
  • the loudspeaker array comprises an array housing 100 with mounted single loudspeakers 101, 102, 103, 104, 105, which are arranged in the embodiment shown in Fig. 1 (a) as a line array.
  • the individual speakers are interconnected by a single-speaker shading 1 10, and the Einzellaut Kirer- interconnection 1 10 is driven by a speaker amplifier 1 12 via a positive terminal 1 13 and a negative terminal 1 14.
  • the single-speaker circuitry 110 is designed to achieve an approximate Bessel weighting, but the overall impedance of the loudspeaker array seen by the loudspeaker amplifier 112 is within manageable dimensions.
  • the single-speaker connection 110 includes an implementation as shown in Fig. 1 (b).
  • the single-speaker interconnection comprises a first parallel branch 110a, which has a series connection of individual loudspeakers, and a second parallel branch 110b, which has a series-parallel connection of individual loudspeakers.
  • the first parallel branch 1 10a comprises at least two individual loudspeakers connected in series
  • the second parallel branch comprises a single loudspeaker in series with a parallel connection of two individual loudspeakers.
  • the two parallel branches 1 10a, 1 10b are connected in parallel and driven by the speaker amplifier 1 12 of FIG. 1 (a).
  • the single-speaker circuitry 110 includes an implementation as shown in Fig. 1 (c).
  • the single-speaker connection comprises a first series branch 1 1 Od, which has a parallel connection of individual loudspeakers, and a second series branch 1 1 Od, which has a parallel series connection of individual loudspeakers.
  • the first series branch 1 10c comprises at least two individual loudspeakers connected in parallel
  • the second series branch comprises a single loudspeaker in parallel with a series connection of two individual loudspeakers.
  • the two series branches 1 10c, 1 1 Od are connected in parallel and driven by the speaker amplifier 1 12 of Fig. 1 (a).
  • Fig. 2 shows an array, e.g. the array of Fig. 1 (a), but here in a vertical representation.
  • the single speakers 101 to 105 are represented by "1" to "5", and further the Figs modified Bessel weights are shown in Fig. 2 left of the individual speakers.
  • These modified Bessel weights are achieved by the special series parallel connection of FIG.
  • the first paraliel branch 110a comprises the two individual loudspeakers 2, 3 connected in series with one another
  • the second parallel branch 110b comprises the individual loudspeaker 4 connected in series with the parallel connection of the two outer array loudspeakers 1 and 5.
  • the negative weighting factor for the second loudspeaker 02 is achieved by opposing poles of the loudspeaker with respect to the other loudspeakers in the first parallel branch 11a, as shown schematically in FIG.
  • Figs. 4 (a) and 4 (b) show an alternative implementation.
  • the positions of the loudspeakers 3 and 4 are reversed in comparison to FIG. 2 or FIG. 3.
  • the loudspeaker 4 in FIG. 4 (b) is now arranged in the first parallel branch 1 10a, and the loudspeaker 3 is arranged in the second parallel branch 1 1 Ob.
  • the weightings of the loudspeakers are exchanged, that is, the loudspeaker 3 has a weighting of 1 and the loudspeaker 4 has a weighting of 0.75, which is an inverse compared to the corresponding weighting in FIG. 2.
  • the exemplary line arrays of FIGS. 2 and 4 (a) each include five speakers.
  • the loudspeakers according to FIG. 3 or FIG. 4 (b) are interconnected.
  • the electrical impedance of the modified array is only 14% lower than that of the single loudspeaker, for example, 3.4 ⁇ if the speaker impedance of the individual speakers is 4 ⁇ .
  • the array's electrical impedance would be 14 ⁇ for series connection 1 1 (b) or at 1, 14 ⁇ for the parallel circuit of Fig.
  • the negative reverse polarity of the loudspeaker 2 is shown, in which the negative terminal of the loudspeaker 4 is coupled to the negative terminal of the loudspeaker 2, so that the 18Q ° phase shift is achieved in comparison to the other loudspeakers in the array.
  • FIGS 5, 6 and 7 show further embodiments for larger line arrays.
  • Such Bessel weighted line arrays are typically also used with seven and nine elements, respectively, as described in D. Keeie, "Effective Performance of Bessel Arrays.”
  • Loudspeakers are the elements of the array that have an amplitude weighting not equal to zero. At the array positions with the amplitude weighting 0, no loudspeaker has to be placed. The gap should not be closed by a back-to-back of the adjacent speakers. Alternatively, a speaker may be placed at the array position with the amplitude weighting 0. However, this loudspeaker would then be inactive or would only emit substantially less sound pressure levels (e.g., at most 10%) than other loudspeakers in the array with a non-zero amplitude weighting.
  • the distances between the individual loudspeaker positions are equal or equidistant. Between 3 and 5 would then be a double distance when the speaker 4 is omitted.
  • Fig. 5 shows an implementation for a 7-array with six active loudspeakers.
  • the position 4 that is, the middle position, is a position for a single speaker that is inactive, or is a position that is left empty, that is, no single speaker at all is arranged.
  • the remaining six individual loudspeakers become as in FIG. 5 connected.
  • the weights of the individual loudspeakers in FIG. 5, which are generated on the basis of the series / parallel circuit, are entered in the figure.
  • the two loudspeakers with the weighting 0.4 for all the different interconnections shown in FIG. 6 are the two outermost loudspeakers.
  • the positions of the loudspeakers with the weights of 0.8 and 1 can be varied accordingly, so that at least six different possibilities of arranging the individual loudspeakers are obtained at the positions shown in FIG.
  • the interconnection is preferably as shown in FIG. 5, but that the positions of the loudspeakers with the weights 1 and 0.8 in FIG. 5 can be at different inner positions of the loudspeaker array, that is to say the positions 2, 3, 5, 6.
  • the phase weighting is achieved, in particular, by oppositely poling the loudspeaker arranged at the third position or at a phase mirroring at the middle of the array at the fifth position. Depending on the implementation of one of the possibilities shown in FIG. 6, this will be the corresponding loudspeaker.
  • the individual positions of the loudspeakers can again be varied as shown in FIG. 9, depending on the weighting, resulting in a multiplicity of different positions of the individual loudspeakers, as long as the position 4 and the position 6 remain free or inactive inactive does not have to be completely inactive, but eg may also mean a level at z. B. may be less than 10% of the least-emitting speaker in the array, and as long as the two speakers are arranged with the weighting 0.45 at the ends of the line array.
  • the loudspeakers with the weights 0.75 and 1.00 in the inner positions can be varied relatively arbitrarily, care being taken in preferred embodiments that the polarity reversal be performed for the second position and the fifth position.
  • Fig. 12a shows a detailed embodiment of the implementation with series branches.
  • the first series branch comprises the loudspeakers 102, 103 and the second series branch comprises the loudspeakers 104 in parallel with the series circuit of 101 and 105.
  • the resulting weights are shown in Fig. 12 (b).
  • Fig. 13 (a) shows the use of the series branches for the variant of six loudspeakers in analogy to Fig. 5.
  • the additional loudspeaker 500 is included in the second series branch and in series with the loudspeaker 104 of Fig. 12 (a).
  • Fig. 13 (b) shows the use of the series branches for the variant of seven loudspeakers in analogy to Fig. 8.
  • the additional loudspeaker 500 is included in the second series branch and in series with the loudspeaker 104 of Fig. 12a.
  • the additional additional speaker is arranged in the first series branch parallel to the speakers 102, 103 of FIG. 12 (a).
  • FIG. 14 shows a simulated emission characteristic of a linear array of five loudspeakers with original Bessel weighting, the simulated radiation characteristic being for an array lying horizontally in the plane of the drawing and radiating upwards with respect to the plane of the drawing. Furthermore, the representation is parameterized over the frequency, namely from 100 Hz to 8000 Hz.
  • FIG. 15 shows a corresponding representation for the implementation of FIG. 3, and
  • FIG. 16 shows a corresponding representation for the implementation of FIG. 4 (b), ie for the approximated or modified Bessel representation, where good matches are to be seen but with a total speaker array impedance that can be optimally driven by commercially available speaker amplifiers configured for the impedance of a single speaker.
  • FIG. 17 shows an isobaric representation of the measured emission characteristic of a linear array of five loudspeakers with original Bessel weighting along the array extension.
  • the 0 ° line corresponds to the main beam direction, ie the 90 ° line of e.g. Fig. 16.
  • the isobaric representation shows the deviation at a certain degree coordinate with respect to the sound pressure on the O-coordinate, for frequencies of 319.9 to 20,000 Hz. From a comparison of Fig. 18 and Fig. It can be seen that although the array of FIG. 4 (b) of the present invention does not fully replicate the isobaric representation of the ideal Bessel array of FIG. 17, it approximates very well.
  • the two individual loudspeakers connected in parallel in the second parallel branch such as for example 1 and 5 in FIG. 3, or the corresponding loudspeakers of FIG. 5 or FIG. 8 at the array ends of a line Arrays arranged.
  • each individual speaker has an impedance where the impedances of the individual speakers are equal or differ by at most 20% from an average of all the impedances of the individual speakers.
  • the at least nominal impedances of the single-line speakers are the same, although deviations due to production of course can not be ruled out. Even with relatively moderately deviating loudspeaker impedances of the individual loudspeakers, that is, deviating impedances, a good overall impedance value of the array can still be achieved, which is suitable for conventional loudspeaker amplifiers.
  • the individual loudspeakers arranged in series in the first parallel branch and also the single loudspeakers connected in series in the second parallel branch are arranged in the array line at inner positions and are respectively adjacent to the outside of another, typically parallel, single loudspeaker such as 1 and 5 in the array.
  • Typical speaker impedances are 4 to 8 ⁇ .
  • the single loudspeakers in the first pair and the second parallel branch are connected and arranged in the array with respect to each other to give at least an approximate Bessel weight to the loudspeaker array ,
  • the approximate Bessel weighting indicates that in Fig. 2 the value 0.75 approximates the weighting factor 1 or that the value -0.75 approximates the weighting factor -1, etc.
  • further series / parabolic switches with the goal of average total impedances are also apparent to those skilled in particular for larger arrays in view of the present illustration.
  • the correspondingly larger array compared to FIG. 3 includes the additional loudspeaker in the second parallel leg 500, which has a weight of 0.8.
  • the larger array is shown in FIG. 8 and comprises, in comparison to FIG. 5, in addition to the loudspeaker 500 likewise present in FIG. 5 in the first parallel branch, the additional loudspeaker 800.
  • FIGS In a method for producing a loudspeaker array, FIGS
  • the single-line speakers are connected so as to give the described parallel connection of parallel branches, whereupon the interconnected speakers with a speaker amplifier, which typically and preferably for the impedance of a

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Abstract

Ein Array aus elektroakustischen Aktoren umfasst wenigstens fünf elektroakustischen Aktoren (101, 102, 103, 104, 105), wobei die elektroakustischen Aktoren so verschaltet sind, dass in einem ersten Parallelzweig (110a) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren in Serie geschaltet sind, und dass in einem zweiten Parallelzweig (110b) ein elektroakustischer Aktor in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Parallelzweig parallel zu dem zweiten Parallelzweig geschaltet ist, und wobei die parallel geschalteten Parallelzweige (110a, 110b) ausgebildet sind, um von einem Aktor-Verstärker (112) getrieben zu werden, oder wobei die elektroakustischen Aktoren so verschaltet sind, dass in einem ersten Serienzweig (110c) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren parallel geschaltet sind, und dass in einem zweiten Serienzweig (110d) ein elektroakustischer Aktor parallel zu einer Serienschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Serienzweig in Serie zu dem zweiten Serienzweig geschaltet ist, und wobei die seriell geschalteten Parallelzweige (110c, 110d) ausgebildet sind, um von einem Aktor-Verstärker (112) getrieben zu werden.

Description

ARRAY AUS ELEKTROAKUSTISCHEN AKTOREN UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES SOLCHEN ARRAYS
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Arrays und insbesondere auf sogenannte Bessei-gewichtete Arrays aus eiektroakustischen Aktoren. Lautsprecher eines Lautsprecher-Arrays, z.B. eines Linienarrays bzw. eines Flächen- Arrays, können unterschiedlich angesteuert werden. Die EP 0034844 A1 offenbart eine Amplituden-/Phasengewichtung basierend auf den Funktionswerten der Bessei-Funktion erster Art bei unterschiedlicher Ordnung. Eine mögliche Ausführungsform eines solchen Arrays ist in Fig. 1 1 (a) gezeigt. Es besteht aus fünf Einzeliautsprechern, die entsprechend der Anordnung im beispielsweise linienförmigen Array mit 1 , 2, 3, 4, 5 bezeichnet sind. Die Amplituden-/Phasengewichtung ist links neben dem Lautsprecher-Array 1 100 in Fig. 1 1 dargestellt. Die beiden äußersten Lautsprecher haben eine Gewichtung von 0,5 und die inneren Lautsprecher haben eine Gewichtung von 1 , wobei ein Lautsprecher, nämlich der Lautsprecher 2 zusätzlich eine Phasenverschiebung von 180° aufweist.
Ein solches Array erzielt gegenüber dem Einzellautsprecher einen höheren Schalldruckpegel. Obwohl das Array eine größere Abstrahlfläche als der Einzellautsprecher besitzt, unterscheiden sich die Abstrahlcharakteristiken kaum voneinander.
Für das linienförmige Lautsprecher-Array, das in Fig. 1 1 (a) gezeigt ist, das aus fünf aktiven Lautsprechern gleichen Typs besteht, sieht die Bessel-Gewichtung das Amplitudenverhältnis vor, das links vom Array 1 100 eingezeichnet ist. Das Phasenverhältnis beträgt 0°: 180o:0o:0o:0° der Einzellautsprecher zueinander. Fig. 1 1 (b) zeigt eine Verschaltung der Lautsprecher in Form einer Serienschaltung. Insbesondere sind die Lautsprecher 2, 3, 4 in Serie geschaltet und wiederum in Serie zu einer Parallelschaltung der beiden äußeren Lautsprecher 1 und 5. Damit ergibt sich aufgrund des entsprechenden Spannungsabfalls die an jedem Lautsprecher geforderte Bessel- ähnliche Gewichtung. Alternativ kann die Bessel-Gewichtung auch mit einer Parallelschaltung erzeugt werden, die aus mehreren Parallelzweigen besteht (Fig. 1 1 (c)). Einer dieser Parallelzweige besteht aus einer Serienschaltung der Lautsprecher 1 und 5, die restlichen Parallelzweige enthalten jeweils einen einzigen Lautsprecher (2, 3, 4)
Vorteilhaft an den Verschaltungen in Fig. 1 1 (b) und 1 1 (c) ist, dass die geforderte Bessel- Gewichtung allein durch eine geeignete Verschaltung der Lautsprecher realisierbar ist.
Die Amplituden werden durch ParalleL/Serienschaltung und die Phasen durch die entsprechende Polung der Lautsprecher untereinander erzielt. Dies ergibt sich in Fig. 1 1 dadurch, dass die Polung des Lautsprechers 2 jeweils umgedreht ist, im Vergleich zu den Polungen der anderen Lautsprecher, dass also der negative Eingang des Lautsprechers mit dem entsprechenden positiven Ausgang des Lautsprecher-Verstärkers, der in Fig. 1 1 nicht gezeigt ist, verbunden ist.
Diese Verschaltung hat jedoch die Problematik der Gesamtimpedanz des Arrays. Bei der seriellen Verschaltung des 5er-Bessel-Arrays von Fig. 1 1 (a) ergibt sich eine
Gesamtimpedanz des Arrays, die dem 3,5-fachen der Einzellautsprecher entspricht. Bei einer Nennimpedanz des einzelnen Lautsprechers von 4 Ω bzw. 8 Ω beträgt die Gesamtimpedanz der Reihenschaltung demnach 14 Ω bzw. 28 Ω. Konventionelle Audioverstärker sind dagegen für Nennimpedanzen von 4 Ω bis 8 Ω optimiert. Um eine
Impedanz von 14 Ω mit der gleichen elektrischen Leistung wie eine Impedanz von 4 Ω zu treiben, ist eine wesentlich höhere Spannungsverstärkung erforderlich. Für die Realisierung mittels Parallelschaltung in Fig. 1 1 (c) sinkt die Impedanz des 5er- Bessel-Arrays auf das 0,29-fache der Einzelimpedanz. Für ein Array aus 4 Ω bzw. 8 Ω-
Lautsprechern beträgt somit die Gesamtimpedanz 1 , 14 Ω bzw. 2,29 0, Dies liegt in der Regel deutlich unter den für heutige Verstärker optimalen Lastimpedanzen. Dem Verstärker wird hierbei ein zu großer Strom abverlangt, was zur Zerstörung seiner Bauteile führen kann.
Aus diesem Grund kann die Bessel-Gewichtung mit Lautsprechern üblicher Impedanz, wie beispielsweise 4 Ω bis 8 Ω, nicht optimal umgesetzt werden. Im Hinblick auf linienförmige Arrays mit einer größeren Anzahl an Lautsprechern, wobei die Anzahl größer als fünf ist, erreicht die Gesamtimpedanz bei der Parallelschaltung einen noch geringeren Wert und bei der Serienschaltung einen noch größeren Wert, wenn wiederum von der gleichen Lautsprecherimpedanz ausgegangen wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Lautsprecher- Array zu schaffen,
Diese Aufgabe wird durch ein Array nach Patentanspruch 1 oder ein Verfahren zum Herstellen eines Arrays nach Patentanspruch 17 gelöst. Ein Array aus elektroakustischen Aktoren, umfasst wenigstens fünf elektroakustische
Aktoren (101 , 102, 103, 104, 105), wobei die elektroakustischen Aktoren so verschaltet sind, dass in einem ersten Parallelzweig (1 10a) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren in Serie geschaltet sind, und dass in einem zweiten Parallelzweig (1 10b) ein elektroakustischer Aktor in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, und wobei der erste Parallelzweig parallel zu dem zweiten Parallelzweig geschaltet ist, und
Bei einer alternativen Implementierung sind die elektroakustischen Aktoren so verschaltet, dass in einem ersten Serienzweig (1 10c) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren parallel geschaltet sind, und dass in einem zweiten Serienzweig (1 1 Od) ein elektroakustischer Aktor parallel zu einer Serienschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Serienzweig in Serie zu dem zweiten Serienzweig geschaltet ist, und wobei die seriell geschalteten Parallelzweige (1 10c, 1 1 Od) ausgebildet sind, um von einem Lautsprecher-Verstärker (1 12) getrieben zu werden.
Erfindungsgemäß können also die Schaltungen jeweils gespiegelt werden Bei einer elektrisch„gespiegelten" Schaltung wird jede Parallelschaltung zu einer Serienschaltung und umgekehrt. Die Gesamtimpedanz liegt wieder in unmittelbarer Nähe der Einzeliautsprecherimpedanz. Im Gegensatz zur Verwendung von Parallelzweigen, bei der die Impedanz knapp unterhalb der des ELS liegt, ist sie für Modifikation mit Serienzweigen knapp oberhalb des der ELS.
Damit wird eine annähernde Besse!-Gewichtung erreicht, jedoch mit einer im Vergleich zur bekannten Serienschaltung deutlich niedrigeren Gesamtimpedanz oder mit einer im Vergleich zur bekannten Parallelschaltung deutlich höheren Gesamtimpedanz. Dadurch können übliche Lautsprecher-Verstärker verwendet werden, die auf die Impedanzen der einzelnen Lautsprecher optimiert sind.
In anderen Worten ausgedrückt, erreicht die erfindungsgemäße Verwendung von zwei Paralleizweigen, wobei ein Parallelzweig eine Serienschaltung aus einem Lautsprecher und einer Parallelschaltung aus zwei Lautsprechern aufweist, Gesamtimpedanzen von Lautsprecher-Arrays, die nicht zu groß wie bei der Serienschaltung oder nicht zu klein wie bei der Parallelschaltung sind. Somit sind Lautsprecher-Arrays implementierbar, die eine zwar nicht identische, aber angenäherte Bessei-Gewichtung haben. Die Abweichung von der idealen Bessei- Gewichtung ist jedoch, wie sich herausgestellt hat, so gering, dass das Abstrahlverhalten eines Lautsprecher-Arrays mit erfindungsgemäßer Parallelschaltung der Parallelzweige also mit einer gut handhabbaren Gesamtimpedanz vom Strahlverhalten eines Arrays, das gemäß Fig. 1 1 implementiert ist und eigentlich die ideale Bessei-Gewichtung hat, nahezu nicht unterscheidbar ist.
Erfindungsgemäß wird also die Problematik zu hoher bzw. zu niedriger elektrischer Impedanzen bei der Anwendung einer Bessei-Gewichtung durch die spezielle Verschattung, die eine leicht modifizierte Bessei-Gewichtung hervorruft, gelöst. Dabei wird in Analogie zum Stand der Technik die Amplituden-/Phasengewichtung allein durch Verpolen bzw Serien- und Parallelschalten der Einzellautsprecher umgesetzt. Die daraus resultierende Amplituden-/Phasengewichtung der einzelnen Lautsprecher ist ähnlich der von Fig. 1 1.
Gegenüber dem Einzellautsprecher werden weiterhin ein Schalldruckpegelgewinn und eine nahezu identische Abstrahlcharakteristik erzielt. Die elektrische Impedanz des Arrays liegt jedoch in Folge der erfindungsgemäß eingesetzten Verschaltung, um beispielsweise die modifizierte Bessei-Gewichtung zu implementieren, nun im Bereich der Impedanz der eingesetzten Lautsprecher. Dadurch kann das Array problemlos mit konventionellen Verstärkern betrieben werden.
Alternativ oder zusätzlich zu Lautsprechern können auch Körperschallanreger eingesetzt werden, als weitere Beispiele für elektroakustische Aktoren, Diese werden auch als Exciter oder Shaker bezeichnet, die z. B, an einer Platte angebracht sind und durch
Anregung der Platte Schall erzeugen können. In der nachfolgenden Beschreibung wird auf Einzellautsprecher Bezug genommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass ein Einzellautsprecher lediglich stellvertretend für sämtliche elektroakustische Aktoren steht
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 (a) eine schematische Darstellung des Lautsprecher-Arrays;
Fig. 1 (b) eine schematische Darstellung einer Einzellautsprecher- (ELS-) Verschaltung von Fig. 1 (a) mit Parallelzweigen;
Fig. 1 (c) eine schematische Darstellung einer Einzellautsprecher- (ELS-) Verschaltung von Fig. 1 (a) mit Serienzweigen;
Fig. 2 eine Darstellung eines Lautsprecher-Arrays mit modifizierter Bessel- Gewichtung;
Fig. 3 ein Verschaltungsbeispiel für das Ausführungsbeispiel von Fig. 2;
Fig. 4(a) eine alternative Implementierung eines Lautsprecher-Arrays mit modifizierter bzw. angenäherter Bessel-Gewichtung;
Fig. 4(b) eine Verschaltung für die Implementierung von Fig. 4(a);
Fig. 4(c) ein detailliertes Schaltungsdiagramm zur Erklärung der
Verschaltungsdarsteilung von Fig. 4(b);
Fig. 5 eine Verschaltungsvariante für ein Array mit sechs aktiven
Einzellautsprechern;
Fig. 6 eine tabellarische Darstellung verschiedener Verschaltungsvarianten; Fig. 7 eine schematische Darstellung des Arrays mit sechs aktiven
Einzeliautsprechern; Fig. 8 eine Verschaltungsvariante für ein Array mit sieben aktiven Einzellautsprechern; Fig. 9 eine tabellarische Darstellung der verschiedenen Verschaltungen der einzelnen Lautsprecher bezüglich ihrer Anordnung im Array;
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Lautsprecher-Arrays, wobei zwei
Einzellautsprecher nicht vorhanden oder inaktiv sind;
Fig. 11 (a) bis 1 1 (c) ein bekanntes Array mit einer bekannten Verschaltung; Fig. 12(a) eine Verschaltung mit Serienzweigen; Fig. 12(b) eine Gewichtung für die Verschaltung mit Serienzweigen;
Fig. 13(a) eine Verschaltungsvariante für ein Array mit sechs Einzellautsprechern; Fig. 13(b) eine Verschaltungsvariante für ein Array mit sieben Einzellautsprechern;
Fig. 14 eine simulierte Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf
Lautsprechern mit originaler Bessel-Gewichtung;
Fig. 15 eine simulierte Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf
Lautsprechern mit modifizierter Bessel-Gewichtung von Fig. 3;
Fig. 16 eine simulierte Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf
Lautsprechern mit modifizierter Bessel-Gewichtung von Fig. 4(b); Fig. 17 eine Isobaren-Darstellung der gemessenen Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf Lautsprechern mit originaler Bessel-Gewichtung entlang der Array-Ausdehnung; und
Fig. 18 eine Isobaren-Darstellung der gemessenen Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf Lautsprechern mit modifizierter Bessel-
Gewichtung entlang der Array-Ausführung von Fig. 4(b). Fig. 1 (a) zeigt ein Lautsprecher-Array gemäß, einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Lautsprecher-Array umfasst ein Array-Gehäuse 100 mit montierten Einzellautsprechern 101 , 102, 103, 104, 105, die bei dem in Fig. 1 (a) gezeigten Ausführungsbeispiel als Linlen-Array angeordnet sind. Die Einzellautsprecher sind durch eine Einzellautsprecher- Verschattung 1 10 miteinander verschaltet, und die Einzellautsprecher- Verschaltung 1 10 ist durch einen Lautsprecher-Verstärker 1 12 über einen positiven Anschluss 1 13 und einen negativen Anschluss 1 14 treibbar. Vorzugsweise ist die Einzellautsprecher- Verschaltung 1 10 so ausgeführt, dass eine angenäherte Bessel-Gewichtung erreicht wird, dass jedoch die von dem Lautsprecher- Verstärker 112 gesehene Gesamtimpedanz des Lautsprecher-Arrays in gut handhabbaren Dimensionen liegt.
Zu diesem Zweck umfasst die Einzellautsprecher- erschaltung 1 10 eine Implementierung, wie sie in Fig. 1 (b) gezeigt ist. Die Einzellautsprecher- Verschaltung umfasst einen ersten Parallelzweig 110a, der eine Serienschaltung von Einzellautsprechern aufweist, und einen zweiten Parallelzweig 1 10b, der eine Serien- Parallelschaltung von Einzellautsprechern aufweist. Insbesondere umfasst der erste Parallelzweig 1 10a wenigstens zwei in Serie geschaltete Einzellautsprecher, und umfasst der zweite Parallelzweig einen Einzellautsprecher in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei Einzellautsprechern. Ferner sind, wie es in Fig. 1 (b) gezeigt ist, die beiden Parallelzweige 1 10a, 1 10b parallel geschaltet und von dem Lautsprecher- erstärker 1 12 von Fig. 1 (a) treibbar. Alternativ umfasst die Einzellautsprecher- Verschaltung 1 10 eine Implementierung, wie sie in Fig. 1 (c) gezeigt ist. Die Einzellautsprecher- erschaltung umfasst einen ersten Serienzweig 1 1 Od, der eine Parallelschaltung von Einzellautsprechern aufweist, und einen zweiten Serienzweig 1 1 Od, der eine Parallel-Serienschaltung von Einzellautsprechern aufweist. Insbesondere umfasst der erste Serienzweig 1 10c wenigstens zwei parallel geschaltete Einzellautsprecher, und umfasst der zweite Serienzweig einen Einzellautsprecher parallel zu einer Serienschaltung von zwei Einzellautsprechern. Ferner sind, wie es in Fig. 1 (c) gezeigt ist, die beiden Serienzweige 1 10c, 1 1 Od parallel geschaltet und von dem Lautsprecher-Verstärker 1 12 von Fig. 1 (a) treibbar. Fig. 2 zeigt ein Array, z.B. das Array von Fig. 1 (a), jedoch hier in senkrechter Darstellung.
Ferner sind die Einzellautsprecher 101 bis 105 mit "1" bis "5" dargestellt, wobei ferner die modifizierten Bessel-Gewichtungen in Fig. 2 links von den Einzellautsprechern dargestellt sind. Diese modifizierten Bessel-Gewichtungen werden durch die spezielle Serien- Parallelschaltung von Fig. 3 erreicht. So umfasst der erste Paralielzweig 110a die beiden Einzellautsprecher 2, 3 in Serie zueinander geschaltet, und umfasst der zweite Parallelzweig 1 10b den Einzellautsprecher 4 in Serie geschaltet zu der Parallelschaltung der beiden äußeren Array-Lautsprecher 1 und 5. Der negative Gewichtungsfaktor für den zweiten Lautsprecher 02 wird durch entgegengesetztes Polen des Lautsprechers bezüglich der anderen Lautsprecher im ersten Parallelzweig 1 10a erreicht, wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 4(a) und 4(b) zeigen eine alternative Implementierung. Insbesondere sind die Positionen der Lautsprecher 3 und 4 im Vergleich zu Fig. 2 bzw. Fig. 3 vertauscht. Der Lautsprecher 4 in Fig. 4(b) ist nunmehr im ersten Parallelzweig 1 10a angeordnet, und der Lautsprecher 3 ist im zweiten Parallelzweig 1 1 Ob angeordnet. Dies führt dazu, dass die Gewichtungen der Lautsprecher ausgetauscht sind, dass also der Lautsprecher 3 eine Gewichtung von 1 und der Lautsprecher 4 eine Gewichtung von 0,75 aufweist, was eine Umkehrung im Vergleich zu der entsprechenden Gewichtung in Fig. 2 ist.
Die beispielhaften linienförmigen Arrays von Fig. 2 und Fig. 4(a) umfassen jeweils fünf Lautsprecher. Im Vergleich zu einem Lautsprecher-Array mit fünf Lautsprechern mit originaler Bessel-Gewichtung werden die Lautsprecher gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 4(b) verschaltet. Dadurch liegt die elektrische Impedanz des modifizierten Arrays nur 14 % unter der des einzelnen Lautsprechers, z.B. bei 3,4 Ω, wenn die Lautsprecherimpedanz der Einzellautsprecher 4 Ω beträgt Für eine originale Bessel-Gewichtung läge die elektrische Impedanz des Arrays bei 14 Ω für die Serienschaltung von Fig. 1 1 (b) oder bei 1 ,14 Ω für die Parallelschaltung von Fig. 1 1 (c), Bei der gespiegelten Variante mit Serienzweigen liegt die Impedanz nur 4 % über der eines einzelnen Lautsprechers, also bei z.B. 4,56 Ω. Aufgrund der geänderten Lautsprecher- Verschattung ergibt sich eine modifizierte Amplituden- und Phasengewichtung, da statt der Faktoren "0,75" eigentlich die Faktoren "1 " gefordert werden. Dennoch verändert sich die Abstrahlcharakteristik des Arrays gegenüber dem Array mit originaler Bessel-Gewichtung bzw. gegenüber einem einzelnen Lautsprecher nur gering, wie es anhand der Fig, 14, 15. 16, 17, 18 unterstrichen wird. Fig. 4(c) zeigt eine detailliertere Darstellung der Verschattung von Fig. 4(b), wobei insbesondere die Verschattung der positiven/negativen Eingänge der einzelnen Lautsprecher gezeigt ist. Insbesondere ist die negative Verpolung des Lautsprechers 2 gezeigt, bei der der negative Anschluss des Lautsprechers 4 mit dem negativen Anschluss des Lautsprechers 2 gekoppelt ist, so dass die 18Q°-Phaserwerschiebung im Vergleiche zu den anderen Lautsprechern im Array erreicht wird.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für größere Linien-Arrays. Solche Bessel-gewichteten Linien-Arrays werden typischerweise auch mit sieben bzw. neun Elementen verwendet, wie es in D. Keeie, "Effective Performance of Bessel-Arrays",
Journal of Audio Engineering Society, Vol. 38, Nr. 10, Seiten 723 - 748, Oktober 1990, beschrieben ist. Bei diesen Arrays muss zwischen Elementen einerseits und Lautsprechern andererseits unterschieden werden. Lautsprecher sind hierbei die Elemente des Arrays, die eine Amplitudengewichtung ungleich 0 besitzen. An den Array- Positionen mit der Amplitudengewichtung 0 muss kein Lautsprecher platziert werden. Die Lücke soil aber nicht durch ein Aneinander-Rücken der benachbarten Lautsprecher geschlossen werden. Alternativ kann an der Array-Position mit der Amplitudengewichtung 0 ein Lautsprecher platziertsein. Dieser Lautsprecher wäre jedoch dann inaktiv oder würde nur wesentlich weniger Schalldruckpegel (z.B. höchstens 10%) emittieren als andere Lautsprecher im Array mit einer Amplitudengewichtung ungleich 0.
Bezüglich Fig. 7 sei darauf hingewiesen, dass die Abstände zwischen den Einzellautsprecherpositionen gleich bzw. äquidistant sind. Zwischen 3 und 5 würde dann ein zweifacher Abstand sein, wenn der Lautsprecher 4 weggelassen wird.
Die Problematik einer zu großen (Serienschaltung) bzw. einer zu kleinen (Parallelschaltung) elektrischen Impedanz beim Einsatz üblicher Lautsprecherimpedanzen, also von Lautsprecherimpedanzen zwischen 4 und 8 Ω, tritt hier noch stärker auf, wenn die konventionelle Verschaltung verwendet wird.
Fig. 5 zeigt insbesondere eine Implementierung für ein 7er-Array mit sechs aktiven Lautsprechern. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist für das 7er-Lautsprecher-Array die Position 4, also die mittlere Position eine Position für einen Einzellautsprecher, der inaktiv ist, oder ist eine Position, die leergelassen ist, an der also überhaupt kein Einzellautsprecher angeordnet ist. Die verbleibenden sechs Einzellautsprecher werden wie in Fig. 5 verschaltet. Die Gewichtungen der einzelnen Lautsprecher in Fig. 5, die aufgrund der Serien/Parallel-Schaltung erzeugt werden, sind in der Figur eingetragen.
So sind die beiden Lautsprecher mit der Gewichtung 0,4 bei allen verschiedenen Verschaltungen, die in Fig. 6 dargestellt sind, die beiden äußersten Lautsprecher. Allerdings können die Positionen der Lautsprecher mit den Gewichtungen 0,8 und 1 entsprechend variiert werden, so dass wenigstens sechs verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Einzellautsprecher an den in Fig. 7 gezeigten Positionen erhalten werden. Dies bedeutet, dass die Verschaltung vorzugsweise so ist, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, dass jedoch die Positionen der Lautsprecher mit den Gewichtungen 1 und 0,8 in Fig, 5 an verschiedenen inneren Positionen des Lautsprecher-Arrays sein können, also an den Positionen 2, 3, 5, 6. Es existieren ferner mehr Möglichkeiten, als sie in Fig. 6 dargestellt sind. Diese Varianten sind die, bei denen die Amplitudengewichtung an der Array-Mitte, also ELS 4, gespiegelt ist, also z.B.
0,4: 1 :1 :0:0,8:0,8:0,4
0,4: 1 :0,8:0: 1 :0,8:0,4,
Die Phasengewichtung bleibt dabei gleich!
Eine weitere Variante besteht darin, dass wenn die Phasen, und die Amplitudengewichtung an der Array-Mitte (ELS 4) gespiegelt werden. Dies wäre eine Drehung des Arrays (Fig. 7) auf den Kopf.
Die Phasengewichtung wird insbesondere dadurch erreicht, dass der an der dritten oder bei einer Phasenspiegelung an der Arraymitte an der fünften Position angeordnete Lautsprecher entgegengesetzt gepolt wird. Dies wird je nach Implementierung von einer der in Fig. 6 gezeigten Möglichkeiten der entsprechende Lautsprecher sein.
Die Fig. 8, 9, 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele im Hinblick auf ein Linien-Array mit neun Lautsprechern, bei dem, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, zwei Positionen 4. 6 nicht vorhanden bzw. inaktiv sind, so dass sich insbesondere eine Verschattung von sieben
Einzellautsprechern ergibt (z. B. Fig, 8). Während bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu Fig. 3 oder Fig. 4(b) ein zusätzlicher Einzellautsprecher im zweiten Parailelzweig 1 10b nötig war, um die bevorzugten Gewichtungen zu erhalten, ist nunmehr, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ein zusätzlicher Einzellautsprecher 1 10a vorhanden.
Damit ergeben sich wiederum die Gewichtungen, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind. Die einzelnen Positionen der Lautsprecher können wieder, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, je nach Gewichtung variiert werden, wobei sich hier eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionierungen der Einzellautsprecher ergibt, solange die Position 4 und die Position 6 freibleiben bzw. inaktiv sind, wobei inaktiv nicht komplett inaktiv sein muss, sondern z.B. auch ein Pegel bedeuten kann, der bei z. B. kleiner als 10% des am wenigstens emittierenden Lautsprechers im Array sein kann, und solange die beiden Lautsprecher mit der Gewichtung 0,45 an den Enden des Linien-Arrays angeordnet sind. Andererseits können die Lautsprecher mit den Gewichtungen 0,75 und 1 ,0 in den inneren Positionen relativ beliebig variiert werden, wobei bei bevorzugten Ausführungsbeispielen darauf geachtet wird, dass die Umpolung für die zweite Position und die fünfte Position durchgeführt wird.
Fig. 12a zeigt eine detaillierte Ausführungsform der Implementierung mit Serienzweigen. Der erste Serienzweig umfasst die Lautsprecher 102, 103, und der zweite Serienzweig umfasst die Lautsprecher 104 parallel zur Serienschaltung aus 101 und 105. Die sich ergebenden Gewichtungen sind in Fig. 12(b) gezeigt.
Fig. 13(a) zeigt die Verwendung der Serienzweige für die Variante von sechs Lautsprechern in Analogie zu Fig. 5. Der zusätzliche Lautsprecher 500 ist im zweiten Serienzweig enthalten und in Serie zu dem Lautsprecher 104 von Fig. 12(a).
Fig. 13(b) zeigt die Verwendung der Serienzweige für die Variante von sieben Lautsprechern in Analogie zu Fig. 8. Der zusätzliche Lautsprecher 500 ist im zweiten Serienzweig enthalten und in Serie zu dem Lautsprecher 104 von Fig. 12a. Der weitere zusätzliche Lautsprecher ist im ersten Serienzweig parallel zu den Lautsprechern 102, 103 von Fig. 12(a) angeordnet.
Fig. 14 zeigt eine simulierte Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf Lautsprechern mit originaler Bessel-Gewichtung, wobei die simulierte Abstrahlcharakteristik für ein Array ist, das waagrecht in der Zeichenebene liegt und Bezug nehmend auf die Zeichenebene nach oben strahlt. Ferner ist die Darstellung über der Frequenz parametrisiert, und zwar von 100 Hz bis 8000 Hz. Fig. 15 zeigt eine entsprechende Darstellung für die Implementierung von Fig. 3 und Fig. 16 zeigt eine entsprechende Darstellung für die Implementierung von Fig. 4(b), also für die angenäherte bzw. modifizierte Bessel-Darstellung, wobei gute Übereinstimmungen zu sehen sind, jedoch mit einer gesamten Lautsprecher-Array-Impedanz, die optimal von handelsüblichen bzw. für die Impedanz eines Einzellautsprechers konfigurierten Lautsprecher-Verstärkern getrieben werden kann.
Fig. 17 zeigt eine Isobaren-Darstellung der gemessenen Abstrahlcharakteristik eines linienförmigen Arrays aus fünf Lautsprechern mit originaler Bessel-Gewichtung entlang der Array-Ausdehnung. Es sei darauf hingewiesen, dass die 0°-Linie der Hauptstrahlrichtung entspricht, also der 90°-Linie von z.B. Fig. 16. Ferner zeigt die Isobaren-Darstellung die Abweichung auf einer bestimmten Grad-Koordinate bezogen auf den Schalldruck auf der O-Koordinate, und zwar für Frequenzen von 319,9 bis 20.000 Hz. Aus einem Vergleich von Fig. 18 und Fig. 17 ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Array von Fig. 4(b) zwar die Isobaren-Darstellung des idealen Bessel-Arrays von Fig. 17 nicht komplett nachbildet, jedoch sehr gut annähert.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wie es anhand von diversen Figuren bereits dargestellt worden ist, werden die beiden im zweiten Parallelzweig parallel geschalteten Einzellautsprecher, wie beispielsweise 1 und 5 in Fig. 3 oder die entsprechenden Lautsprecher von Fig. 5 bzw. Fig. 8 an den Array- Enden eines Linien-Arrays angeordnet. Ferner wird es bevorzugt, die Gegenpolung zumindest beim 5-Lautsprecher-Array dadurch zu erreichen, dass die beiden im ersten Parallelzweig 1 10a angeordneten Lautsprecher entgegengesetzt gepolt sind.
Bei einer Implementierung hat jeder Einzellautsprecher eine Impedanz, wobei die Impedanzen der Einzellautsprecher gleich sind oder um höchstens 20 % von einem Mittelwert aller Impedanzen der Einzellautsprecher abweichen. Vorzugsweise sind jedoch die zumindest Nenn-Impedanzen der Einzeilautsprecher gleich, obgleich hersteilungsbedingte Abweichungen natürlich nicht auszuschließen sind. Selbst jedoch bei relativ moderat abweichenden Lautsprecher-Impedanzen der Einzellautsprecher, also abweichenden Impedanzen kann immer noch ein guter Gesamtimpedanzwert des Arrays erreicht werden, der für übliche Lautsprecher-Verstärker geeignet ist. Darüber hinaus sind bei den dargestellten Arrays und auch bei größeren Arrays die im ersten Parallelzweig angeordneten in Serie geschalteten Einzellautsprecher und auch der im zweiten Parallelzweig angeordnete in Serie geschaltete Einzellautsprecher, wie beispielsweise die Einzeilautsprecher 2, 3, 4 in Fig. 3 oder Fig. 4(b), in der Array-Linie an inneren Positionen angeordnet und werden jeweils von einem weiteren, typischerweise parallel geschalteten Einzellautsprecher, wie beispielsweise 1 und 5, im Array nach außen hin benachbart. Typische Lautsprecherimpedanzen liegen bei 4 bis 8 Ω. Es wird jedoch bevorzugt, auch für die vorliegende Erfindung Einzellautsprecher einzusetzen, deren Impedanzen größer oder gleich 2,5 Ω oder kleiner oder gleich 12 Ω sind.
Wie es z.B. anhand von Fig. 1 (a) beschrieben worden ist, sind die Einzellautsprecher in dem ersten Para!le!zweig und dem zweiten Parallelzweig so verschaltet und in dem Array zueinander angeordnet, dass sich wenigstens eine annähernde Bessel-Gewichtung für das Lautsprecher-Array ergibt. Die angenäherte Bessel-Gewichtung besagt beispielsweise, dass in Fig. 2 der Wert 0,75 den Gewichtungsfaktor 1 annähert oder dass der Wert -0,75 den Gewichtungsfaktor -1 annähert, etc. Weitere Serien/Paraüeischaltungen mit dem Ziel von mittleren Gesamtimpedanzen sind jedoch ebenfalls für Fachleute insbesondere für größere Arrays im Hinblick auf die vorliegende Darstellung erkennbar.
Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, umfasst das entsprechend größere Array im Vergleich zu Fig. 3 den zusätzlichen Lautsprecher im zweiten Parallelzweig 500, der eine Gewichtung von 0,8 hat. Das wiederum größere Array ist in Fig. 8 gezeigt und umfasst, im Vergleich zur Fig. 5, zusätzlich zu dem in Fig. 5 ebenfalls vorhandenen Lautsprecher 500 im ersten Parallelzweig den zusätzlichen Lautsprecher 800. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Lautsprecher-Arrays werden in einem Schritt die Einzeilautsprecher in einem Lautsprecher-Array angeordnet, Darüber hinaus werden die Einzeilautsprecher so verschaltet, dass sich die beschriebene Parallelschaltung von Parallelzweigen ergibt, woraufhin die verschalteten Lautsprecher mit einem Lautsprecher- Verstärker, der typischerweise und vorzugsweise für die Impedanz eines
Einzeliautsprechers optimiert bzw. konfiguriert ist, getrieben werden.

Claims

Patentansprüche
Array aus elektroakustischen Aktoren, mit folgenden Merkmalen: wenigstens fünf elektroakustischen Aktoren (101 , 102, 103, 104, 105), wobei die elektroakustischen Aktoren so verschaltet sind, dass in einem ersten Parallelzweig (1 10a) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren in Serie geschaltet sind, und dass in einem zweiten Parallelzweig (1 10b) ein elektroakustischer Aktor in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Parallelzweig parallel zu dem zweiten Parallelzweig geschaltet ist, und wobei die parallel geschalteten Parallelzweige (1 10a, 1 10b) ausgebildet sind, um von einem Aktor-Verstärker (1 12) getrieben zu werden, oder wobei die elektroakustischen Aktoren so verschaltet sind, dass in einem ersten Serienzweig (1 10c) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren parallel geschaltet sind, und dass in einem zweiten Serienzweig (1 1 Od) ein elektroakustischer Aktor parallel zu einer Serienschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei ein elektroakustischer Aktor in dem ersten Serienzweig bezüglich einem weiteren elektroakustischen Aktor in dem ersten Serienzweig (1 10c) entgegengesetzt gepoit ist, wobei der erste Serenzweig in Serie zu dem zweiten Serienzweig geschaltet ist, und wobei die seriell geschalteten Parallelzweige (1 10c, 1 10d) ausgebildet sind, um von einem Aktor-Verstärker (1 12) getrieben zu werden.
Array nach Anspruch 1 , bei dem das Array eine Array-Linie aufweist, und bei dem die eiektroakustischen Aktoren der Parallelschaltung (101 , 105) im zweiten Parallelzweig (1 10b) an den Enden der Array-Linie angeordnet sind, wobei pro Array-Ende ein elektroakustischer Aktor angeordnet ist, oder bei dem die eiektroakustischen Aktoren der Serienschaltung (101 , 105) im zweiten Serienzweig (1 1 Od) an den Enden der Array-Linie angeordnet sind, wobei pro Array-Ende ein elektroakustischer Aktor angeordnet ist,
Array nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein elektroakustischer Aktor in dem ersten Parallelzweig bezüglich einem weiteren eiektroakustischen Aktor in dem ersten Parallelzweig (1 10a) entgegengesetzt gepolt ist.
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder eiektroakustische Aktor eine Impedanz hat, wobei die Impedanzen der eiektroakustischen Aktoren gleich sind oder die Impedanz eines eiektroakustischen Aktors um höchsten 20 % von einem Mittelwert aller Impedanzen der eiektroakustischen Aktoren abweicht.
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein in Serie geschalteter elektroakustischer Aktor im ersten Parallelzweig (1 10a) und ein in Serie geschalteter elektroakustischer Aktor im zweiten Parallelzweig (1 10b) in einer Array-Linie des eiektroakustischen Aktors an inneren Positionen der Array-Linie angeordnet sind, oder bei dem ein parallel geschalteter elektroakustischer Aktor im ersten Serienzweig (1 10c) und ein parallel geschalteter elektroakustischer Aktor im zweiten Serienzweig (1 10d) in einer Array-Linie des eiektroakustischen Aktors an inneren Positionen der Array-Linie angeordnet sind.
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Impedanzen der elektroakustischen Aktoren größer oder gleich 2,5 Ω oder kleiner oder gleich 12 Ω sind,
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektroakustischen Aktoren in dem ersten Paralielzweig und in dem zweiten Parallelzweig so verschaltet sind, und in dem Array so zueinander angeordnet sind, dass sich eine wenigstens annähernde Bessel-Gewichtung für das Array ergibt, oder bei dem die elektroakustischen Aktoren in dem ersten Serienzweig und in dem zweiten Serienzweig so verschaltet sind, und in dem Array so zueinander angeordnet sind, dass sich eine wenigstens annähernde Bessel-Gewichtung für das Array ergibt.
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Array eine Array-Linie mit fünf elektroakustischen Aktoren aufweist, die in aufsteigender Nummerierung entlang der Array-Linie angeordnet sind, wobei der erste eiektroakustische Aktor und der fünfte eiektroakustische Aktor in dem zweiten Parallelzweig parallel geschaltet sind oder in dem zweiten Serienzweig seriell geschaltet sind, wobei der dritte eiektroakustische Aktor in dem ersten Parallelzweig oder in dem zweiten Parallelzweig angeordnet ist, wobei der vierte eiektroakustische Aktor in dem zweiten Parallelzweig bzw. in dem ersten Parallelzweig ist, oder wobei der dritte eiektroakustische Aktor in dem ersten Serienzweig oder in dem zweiten Serienzweig angeordnet ist, wobei der vierte eiektroakustische Aktor in dem zweiten Serienzweig bzw. in dem ersten Serienzweig ist , und wobei der zweite eiektroakustische Aktor in dem ersten Parallelzweig oder dem ersten Serienzweig ist.
9. Array nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Array sechs elektroakustische Aktoren aufweist, wobei in dem zweiten Parallelzweig ein weiterer elektroakustischer Aktor (500) zu dem elektroakusiischen Aktor, der in Serie zu der Parallelschaltung geschaltet ist, in Serie geschaltet ist, oder wobei in dem zweiten Serienzweig ein weiterer elektroakustischer Aktor (500) zu dem elektroakusiischen Aktor, der parallel zu der Serienschaltung geschaltet ist, parallel geschaltet ist.
10. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Array sieben elektroakustische Aktoren aufweist, wobei im ersten Parallelzweig (1 10a) ein weiterer elektroakustischer Aktor (800) vorhanden ist, so dass in dem ersten Parallelzweig drei elektroakustische Aktoren in Serie geschaltet sind, oder wobei im ersten Serienzweig (1 10c) ein weiterer elektroakustischer Aktor (800) vorhanden ist, so dass in dem ersten Serienzweig drei elektroakustische Aktoren parallel geschaltet sind.
1 1 . Array nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die parallel geschalteten elektroakusiischen Aktor im zweiten Parallelzweig an Enden des Arrays angeordnet sind, bei dem an einem mittleren Platz des Arrays kein elektroakustischer Aktor angeordnet ist oder ein inaktiver Aktor oder ein Aktor mit einem Emissionspegei von weniger als 10 % des am geringsten emittierenden Aktors von dem Array angeordnet ist, und bei dem einer der seriell geschalteten elektroakusiischen Aktoren im ersten oder zweiten Parallelzweig gegenüber einem anderen elektroakusiischen Aktor der Serienschaltung in dem Parallelzweig entgegengesetzt gepolt ist, oder bei dem die seriell geschalteten elektroakustischen Aktor im zweiten Serienzweig an Enden des Arrays angeordnet sind, bei dem an einem mittleren Platz des Arrays kein elektroakustischer Aktor angeordnet ist oder ein inaktiver Aktor oder ein Aktor mit einem Emissionspegel von weniger als 10 % des am geringsten emittierenden Aktors von dem Array angeordnet ist, und bei dem einer der parallel geschalteten elektroakustischen Aktoren im ersten oder zweiten Serienzweig gegenüber einem anderen elektroakustischen Aktor der Parallelschaltung in dem Serienzweig entgegengesetzt gepolt ist.
12. Array nach Anspruch 9, 10, oder 11 bei dem die zwei elektroakustischen Aktoren in dem ersten Parallelzweig (1 10a) und die zwei elektroakustischen Aktoren in dem zweiten Parallelzweig an jeweiligen inneren Positionen des Arrays, jedoch nicht in der Mitte des Arrays angeordnet sind, oder bei dem die zwei elektroakustischen Aktoren in dem ersten Serienzweig (110c) und die zwei elektroakustischen Aktoren in dem zweiten Serienzweig (1 1 Od) an jeweiligen inneren Positionen des Arrays, jedoch nicht in der Mitte des Arrays angeordnet sind.
13, Array nach Anspruch 10, bei dem das Array neun Positionen aufweist, wobei an einer vierten Position und an einer sechsten Position des Arrays kein elektroakustischer Aktor angeordnet ist oder ein inaktiver elektroakustischer Aktor angeordnet ist, und wobei die elektroakustischen Aktoren, die an einer zweiten oder fünften Position des Arrays angeordnet sind, zu anderen in Serie geschalteten elektroakustischen Aktoren entgegengesetzt gepolt sind, oder wobei die elektroakustischen Aktoren, die an einer zweiten oder fünften Position des Arrays angeordnet sind, zu anderen parallel geschalteten elektroakustischen Aktoren entgegengesetzt gepolt sind.
14, Array nach Anspruch 13, bei dem die elektroakustischen Aktoren, die im ersten Parallelzweig und im zweiten Parallelzweig seriell geschaltet sind, an jeweiligen inneren Positionen des Arrays angeordnet sind, oder bei dem die elektroakustischen Aktoren, die im ersten Serienzweig und im zweiten Serienzweig parallel geschaitet sind, an jeweiligen inneren Positionen des Arrays angeordnet sind,
15. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Array ein Fiächen-Array ist, das aus mehreren Linien-Arrays von elektroakustischen Aktoren besteht, wobei jedes Linien-Array den ersten Parallelzweig und den zweiten Parallelzweig bzw. den ersten Serienzweig und den zweiten Serienzweig aufweist, und wobei die elektroakustischen Aktoren der Linien-Arrays so verschaltet sind, dass eine wenigstens annähernde Bessel-Gewichtung für das Array erhalten wird.
16. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Aktor- Verstärker bzw. Aktoren-Verstärker (1 12) in einem Nennbetrieb für eine Aktor-Eingangsimpedanz ausgebildet ist, die zwischen einem 0,8-fachen und einem 2-fachen einer Einzelimpedanz der elektroakustischen Aktoren liegt.
17. Verfahren zum Herstellen eines Arrays, mit folgenden Schritten:
Anordnen der elektroakustischen Aktoren in einem Array (100); Verschalten der elektroakustischen Aktoren so, dass in einem ersten Parallelzweig (1 10a) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren in Serie geschaitet sind, und dass in einem zweiten Parallelzweig (1 10b) ein elektroakustischer Aktor in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Parallelzweig parallel zu dem zweiten Parallelzweig geschaltet ist, oder dass in einem ersten Serienzweig (1 10c) wenigstens zwei elektroakustische Aktoren parallel geschaltet sind, und dass in einem zweiten Serienzweig (1 1 Od) ein elektroakustischer Aktor parallel zu einer Serienschaltung von zwei elektroakustischen Aktoren geschaltet ist, wobei der erste Serienzweig in Serie zu dem zweiten Serienzweig geschaltet ist, wobei ein elektroakustischer Aktor in dem ersten Serienzweig bezüglich einem weiteren elektroakustischen Aktor in dem ersten Serienzweig (1 10c) entgegengesetzt gepolt ist; und
Treiben der verschalteten elektroakustischen Aktoren mit einem Aktor-Verstärker
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