EP3197178A1 - Loudspeaker - Google Patents
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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.A loudspeaker comprises a surface array (10) of caseless single loudspeakers (11a, 11b, 11c) having a flat shape. The caseless single speakers are housed in a flat housing (1), wherein the depth of the housing, for example, is less than 5 cm. As caseless single loudspeakers preferably headphone capsules or miniature loudspeakers with a membrane diameter of less than 5 cm are used.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schallwiedergabesysteme und insbesondere auf Lautsprecher mit hoher Schallwiedergabebandbreite.The present invention relates to sound reproduction systems, and more particularly to loudspeakers with high sound reproduction bandwidth.
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 Wellenfeldsynthese, 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.Interest in flat panel speaker technologies has grown significantly in the last 10 years. In essence, this is due to the increased space requirements of modern sound reproduction methods, such as e.g. 5.1 surround or wave field synthesis, and by the dwindling installation space for speakers in ever smaller or flatter multimedia devices, such as, e.g. Mobile phone and notebook, conditionally. The use of flat speakers instead of conventional speakers should meet these increased requirements.
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
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 konventionellen 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.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. When installing near the wall it comes in such a dipole by the reflection and superposition of the rearward sound component with the shares, the radiated on the membrane front sound and related diffraction effects to comb filter-like sound discoloration above the short circuit frequency. For this reason, a speaker cabinet is used in conventional speakers. However, to retain the benefit of the flat design, flat housings are typically used, which typically include a smaller volume of air. As with conventional loudspeakers, the basic resonance frequency of the sound transducer shifts upward due to an excessively small volume of air. As a result, the lower limit frequency also increases, resulting in decreased low-frequency reproduction.
Die
Die
Das
Das
Das
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Lautsprecher zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved loudspeaker.
Diese Aufgabe wird durch einen Lautsprecher gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a loudspeaker according to
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 Schalldruck in einem gewünschten schmalen, z. B. tiefen, Frequenzbereich aufweist.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.
Dieser Lautsprecher ist dahingehend vorteilhaft, dass der Platzbedarf aufgrund der Verwendung der flachen und typischerweise 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 Einzellautsprechers 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.This speaker is advantageous in that the space requirement is very low due to the use of flat and typically small diameter single speakers. Also, 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. In particular, an element which has a low outdoor resonance is preferred as a single loudspeaker. Then usually the equivalent volume of air is small. The stiffness of the membrane suspension of the single speaker is equated here with the stiffness of an equivalent volume of air. In this respect, 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.
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 Anordnung 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 Schalldruck 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 größeren Membranen, weil bei kleinen Membranen gegenüber größeren Membranen erst bei höheren Frequenzen Partialschwingungen auftreten.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 arrangement This caseless single speaker in a surface array, a coupling of the speakers is used at low frequencies to produce even at low frequencies, such as at 100 Hz sufficient sound pressure. On the other hand, the use of small single speakers, so of individual speakers with a membrane diameter, which is relatively small, especially at high frequencies of great advantage compared to a use of speakers with larger membranes, because with small membranes over larger membranes only at higher frequencies partial vibrations occur.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine variable Ansteuerung 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 Lautsprecher ein Einzellautsprecher-Array großer Abmessungen aufweist.Another advantage is that a variable control of the many caseless individual speakers, and thus of subareas of the surface 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 has a single loudspeaker array of large dimensions.
Vorzugsweise umfasst der Lautsprecher ausschließlich identische Einzellautsprecher, die beispielsweise Kopfhörerkapseln 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 Flächen-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 implementiert werden, bei dem das zweite Array mehrere Mitteltöner 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.Preferably, the loudspeaker comprises only identical individual loudspeakers, which may be, for example, headphone capsules or, in general, miniature sound transducers. This means that the production of the speaker is possible at a low price. In another preferred embodiment, the single loudspeakers are grouped into multiple arrays, with the array of individual subwoofers being provided for woofer reproduction, and an array of one or more identical single loudspeakers being provided for treble reproduction when using a 2-way system becomes. Alternatively, a 3-way system may also be implemented in which the second array includes multiple midrange drivers and the high-frequency range is preferably contested by a single or a few individual speakers. However, already provides a one-way system with caseless flat single speakers a good playback in a surprisingly large playback tape.
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 Frequenzweiche in diesem Fall nur eine Tiefpassfunktion und keine Hochpassfunktion hat.In another embodiment, it is preferred to provide only the low pass signal to the area array and provide the full bandwidth audio signal to the other array responsible for the medium or high tones. This means that a crossover in this case only has a low-pass function and no high-pass function.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Lautsprecher erhalten, die trotz eines flachen 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/1W/1m ermöglichen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst 25 Miniaturschallwandler, welche ein etwa 21x21cm großes Flächen-Array bilden, das zwei Teil-Arrays für die Tieftonwiedergabe und ein zwischen diesen beiden Teilarrays vorhandenes Linienarray für eine Hochtonwiedergabe aufweist.In preferred embodiments of the present invention, speakers are obtained which, despite a flat loudspeaker enclosure of less than 5 cm, and more particularly less than 3 cm, depth with identical single loudspeakers, allow the frequency range from 100 Hz to 20 kHz to be reproduced with a sensitivity of at least 90dB / 1W / 1m , A preferred embodiment includes 25 miniature transducers which form an approximately 21x21cm area array comprising two sub-arrays for woofer reproduction and a line array for high-frequency reproduction present between these two subarrays.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnung detailliert erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- eine Vorderansicht eines Lautsprechers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 1b
- eine Rückansicht des Lautsprechers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 1c
- eine Verschaltung der gehäuselosen Einzellautsprecher gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- Fig. 1d
- eine frequenzmäßige Aufteilung der Arrayelemente von
Fig. 1a für eine 3-Wege-Ansteuerung; - Fig. 2a
- eine Vorderansicht eines Lautsprechers gemäß einem 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 Gehäuses des Lautsprechers von
Fig. 2a ,Fig. 2b undFig. 2c ; - Fig. 4b
- eine alternative schematische Darstellung des Gehäuses des Lautsprechers von
Fig. 2a ,Fig. 2b undFig. 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 gemäßFig. 3 ; - Fig. 6a
- eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines bevorzugten gehäuselosen Einzellautsprechers in Form einer Kopfhörerkapsel;
- Fig. 6b
- technische Daten des gehäuselosen Einzellautsprechers von
Fig. 6a ; - Fig. 7a
- eine schematische Darstellung eines Einsatzbereiches für Flachlautsprecher mit verkippt angeordneten Hoch- bzw. Mitteltönern; und
- Fig. 7b
- eine schematische Darstellung eines Lautsprechers mit einem zurückgesetzten Mittel- bzw. Hochtonarray mit einem Horn bzw. Wave-Guide zum Vergleichmäßigen der Richtcharakteristik des Mittelbzw. Hochtonarrays.
- Fig. 1a
- a front view of a speaker according to a first embodiment of the present invention;
- Fig. 1b
- a rear view of the speaker according to a first embodiment of the invention;
- Fig. 1c
- an interconnection of caseless single loudspeakers according to an embodiment;
- Fig. 1d
- a frequency division of the array elements of
Fig. 1a for a 3-way control; - Fig. 2a
- a front view of a speaker according to a second embodiment of the present invention;
- Fig. 2b
- a representation of the housing of the speaker of
Fig. 2a ; - Fig. 2c
- a rear view of the speaker from
Fig. 2a without rear panel; - Fig. 2d
- an assignment of the caseless single loudspeakers for a 2-way control;
- Fig. 2e
- an alternative implementation of the loudspeaker of
Fig. 2a with attached chamfers; - Fig. 3
- an interconnection of caseless single speakers with additional driver electronics for in
Fig. 2d shown speaker assignment; - Fig. 4a
- a schematic representation of the flat housing of the speaker of
Fig. 2a .Fig. 2b andFig. 2c ; - Fig. 4b
- an alternative schematic representation of the housing of the speaker of
Fig. 2a .Fig. 2b andFig. 2c ; - Fig. 5a
- a transfer function of a crossover for a 2-way drive;
- Fig. 5b
- the frequency responses of the high and the low frequency range for the in
Fig. 2a shown speakers; - Fig. 5c
- a frequency response of the 2-way speaker according to
Fig. 2a-2d without equalization; - Fig. 5d
- an equalized frequency response of the loudspeaker of
Fig. 2a with a drive according toFig. 3 ; - Fig. 6a
- a front view and a rear view of a preferred caseless single speaker in the form of a headphone capsule;
- Fig. 6b
- technical data of the housing-less single loudspeaker of
Fig. 6a ; - Fig. 7a
- a schematic representation of a field of application for flat speakers with tilted high or midrange drivers; and
- Fig. 7b
- a schematic representation of a loudspeaker with a recessed center or high pitch array with a horn or wave guide for the uniformity of the directivity of Mittelbzw. Tweeter array.
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
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 Einzellautsprecher sind, und welcher Schalldruckpegel insbesondere im unteren Frequenzbereich, für den der Lautsprecher vorgesehen ist, gefordert wird.In general, it is preferred to provide speakers whose number of individual speakers varies between 9 and 49, the exact number of individual speakers depending on how the individual ratios of the individual speakers are, and what sound pressure level, especially in the lower frequency range for which the speaker is provided, is required.
Bei dem in
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 11a, 11b, 11c in
Die in
Bei dem in
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 20kHz (-6dB) mit einer Sensitivity von 101 dB/1W/1m 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 Amplitudenfrequenzganges 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.According to the invention, the reproduction of the frequency range from 100 Hz (-6dB) up to 20kHz (-6dB) with a sensitivity of 101 dB / 1W / in spite of a flat speaker housing of only 2.4 cm internal depth and the associated high spring stiffness of the trapped
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 annähernd. Der erfindungsgemäße Flachlautsprecher ermöglicht es, größere Gruppen von Einzellautsprechern mit einem tiefpassgefilterten Signal zu versorgen, die eine größere Breite haben. Hier gibt es eine vorteilhafte Synergie, weil Einzellautsprecher im tiefen Bereich ohnehin in einem Flächenarray 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.Especially for the wave field synthesis application, the array approach offers the possibility of changing the speaker spacing between adjacent reproduction channels, 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. At 10 kHz, 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, difficult or only approximate. The flat loudspeaker according to the invention makes it possible to supply larger groups of individual loudspeakers with a low-pass filtered signal having a greater width. There is an advantageous synergy here because individual loudspeakers in the deep area are required anyway in a surface array in order to provide sufficient sound pressure. In contrast, 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.
Vorzugsweise ist also ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden, wobei Einzellautsprecher es Flächenarrays so gruppiert sind, dass räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle 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.Preferably, therefore, a further array of individual speakers is present, wherein individual loudspeakers are surface arrays grouped so that spatially adjacent wave field synthesis channels with limited bandwidth below 1 kHz by adjacent groups of individual speakers are reproduced, the distance is greater than that between adjacent single loudspeakers or compared to the groups of smaller groups that reproduce spatially adjacent wave field synthesis channels with signal components over 1 kHz.
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 unauffällig 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 Treiber 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 Array-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 Flächen-Arrays für die erfindungsgemäßen Flachlautsprecher günstig.According to the invention, a loudspeaker is obtained 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 can be inconspicuously integrated into the environment 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 depth. Preference is given to the electrodynamic principle of the cone speaker as a sound transducer, since this technology is well controlled and efficient. The required low depth requires the use of miniature speakers and thus requires small membrane areas. Therefore, individual drivers are used in a group arrangement, wherein it is possible in such a surface array, as opposed to a single large bending wave transducer or single piston radiator with the same membrane area to change the respective active radiator surface by frequency-dependent control of the array elements as needed. This option is advantageous in terms of avoiding side lobe formation at high frequencies and avoiding partial vibrations, the membrane radius being chosen as far as possible so that partial vibrations only occur at uncritical frequencies. Compared to known Dickenschwingern a much higher diaphragm stroke and thus a higher volume in the lower frequency range is reached. Therefore area arrays are favorable for the flat loudspeaker according to the invention.
Sowohl bei dem in
Bezüglich des Materials des flachen Gehäuses wird ein geeignet 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 Kunststoff 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
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
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 vorzugsweise eine Mehrwege-Ansteuerung verwendet. Zu diesem Zweck wird das Flächen-Array, wie es anhand von
Alternativ zu dem in
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
Die in
Ähnlich zu
Dies könnte jedoch den Schwingspulendraht der Einzellautsprecher jedoch überlasten und zerstörten.However, this could overload and destroy the voice coil wire of the individual speakers.
Wie es in
Bei dem in
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
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 geändertes 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.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 different volume. In the case of a housing edge, 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. Depending on the transit time difference, which is influenced by the distance between the two sound sources and between the loudspeaker and the listening position, 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. To avoid this, 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.
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
Es wird bevorzugt, das Gehäuse zur Vermeidung von Gehäusemoden mit Dämmwolle zu bedämpfen. Eine Dämmwolle mit einer Dicke von 3 cm und einer Masse von 280 g/m2 kann eingesetzt werden. Gehäusemoden soll durch Absorption im Dämmstoff Energie 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
Nachfolgend werden, Bezug nehmend auf die
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
Das mit dieser Filterung beaufschlagte Signal wird dem Array zugeführt.
Um den von dem Lautsprecher abgegebenen Schalldruck bei niedrigeren Frequenzen, also im Bereich von 100 Hz und darunter zu verbessern, kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung 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 Einbauöffnung 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
Bei einer anderen Implementierung kann die Reflexöffnung auch an der oberen Schmalseite des Gehäuses angeordnet werden.In another implementation, the reflex opening can also be arranged on the upper narrow side of the housing.
Insbesondere ein geschlossener Lautsprecher mit einer flächigen Anordnung von 25 Miniaturlautsprechern als Schallwandler 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 Frequenzgangs und den Klirrfaktor erreicht. Der Lautsprecher zeichnet sich durch ein kontinuierliches, nicht übermäßig bündelndes Richtverhalten ohne Seitenkeulen aus.In particular, a closed loudspeaker with a flat arrangement of 25 miniature loudspeakers as a sound transducer is preferred, wherein the number of sound transducers depending on the application can also be between 9 and 49. 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. Preferably, 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.
Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung sind sowohl in klassischen Stereo- oder Multikanal-Setups, vorzugsweise mit einem Subwoofer für den untersten Frequenzbereich einsetzbar. 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 Lautsprecher 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.Speakers according to the present invention can be used both in classic 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 further reduced by a modified array drive, if above 10 kHz only a single speaker is operated. According to the directivity of the individual loudspeaker, 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.
Bei nicht Echtzeit-kritischem Einsatz des Lautsprechers wird es bevorzugt, zur Entzerrung einen linearphasigen Filtersatz zu verwenden. Damit kann die Gruppenlaufzeit des Systems aus Lautsprecher und Controller positiv beeinflusst werden.In the case of non-real-time critical use of the loudspeaker, it is preferred to use a linear-phase filter set for equalization. This can positively influence the group delay of the loudspeaker and controller system.
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.To improve the speaker at lower frequencies, it is preferred not to increase the array area, but to increase the radiated sound pressure by increasing the diaphragm stroke. When the diaphragm stroke is doubled, the radiated sound pressure ideally doubles as well. For this, however, the mechanics of the transducer must be designed for larger stroke. 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
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Lautsprecher als aktiver Lautsprecher mit interner Signalverarbeitung auf einem DSP implementiert, da eine (z. B. aktive) Frequenzweiche und eine Entzerrung sowie eine mehrkanalige Verstärkung eingesetzt werden und in das Lautsprechergehäuse integriert werden können.Preferably, the loudspeaker according to the invention is implemented as an active loudspeaker with internal signal processing on a DSP since there is one (eg active) crossover and an equalization and a multi-channel amplification can be used and integrated into the speaker housing.
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 Ebene aus.The speaker according to the invention is characterized by an exceptionally small housing depth, by a cost-effective manufacturability and by convincing values both on the metrological side and on a subjective level.
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung dargelegt.
- 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 Einzellautsprecher (11a, 11b, 11c) 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 (11a, 11b, 11c) des Flächen-Arrays (10)kleiner als 5 cm ist.
- 2.
Lautsprecher nach Beispiel 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 Beispiel 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. - 4.
Lautsprecher nach Beispiel 2oder 3, bei dem das Flächen-Array ein erstes flächiges Teil-Array (13a) und ein zweites flächiges Teil-Array (13b) aufweist, zwischen denen das weitere Array (13c, 13d, 13e) angeordnet ist. - 5. Lautsprecher nach einem der Beispiele 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 Beispiel 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 Frequenzverhalten einer Schallausgabe des Lautsprechers in einem vordefinierten Frequenzbereich zu vergleichmäßigen. - 7. Lautsprecher nach einem der Beispiele 2
bis 6, 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 Beispiele, 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 Beispiele 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 Beispiele, bei dem das Flächen-Array wenigstens zwei Gruppen (12a, 12b, 12c, 12d, 12e) von Einzellautsprechern aufweist, wobei jede Gruppe wenigstens zwei Einzellautsprecher aufweist, wobei die Einzellautsprecher in einer Gruppe seriell geschaltet sind, und wobei die Gruppen parallel geschaltet sind.
- 11. Lautsprecher nach einem der Beispiele 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 Lautsprecher des weiteren Arrays zu versorgen. - 12. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, in dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays oder alle Einzellautsprecher des Lautsprechers insgesamt identische aktive Flächen haben.
- 13. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays oder alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers elektrodynamische Lautsprecher sind.
- 14. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays oder alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers Konus-Lautsprecher oder Kolbenstrahler sind.
- 15. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays oder alle Einzellautsprecher des gesamten Lautsprechers Kopfhörerkapseln sind.
- 16. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, 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 höchstensein Abstand von 4 cm vorhanden ist. - 17. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Einzellautsprecher des Flächen-Arrays so nahe aneinander angeordnet sind, dass Ränder von benachbarten Einzellautsprechern weniger
als 3 mm voneinander beabstandet sind oder sich berühren. - 18. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, 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 Beispiele, 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 Beispiele, 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 Beispiele, bei dem alle Einzellautsprecher des Flächen-Arrays so verschaltet sind, dass sie mit Ansteuersignalen angesteuert werden, die zueinander abgesehen von unterschiedlichen 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 Beispiele, 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 Beispiele, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden ist, das in dem Gehäuse zurückgesetzt ist, oder das vor der aktiven Fläche eine Wellenführungseinrichtung aufweist.
- 24. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern 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.
- 25. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden ist, wobei Einzellautsprecher es Flächenarrays so gruppiert sind, dass räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle 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.
- 1. Speaker, with the following features:
- a surface array (10) of caseless single loudspeakers having a flat shape; and
- a flat housing (1) housing the individual speakers (11a, 11b, 11c), the flat housing having a front wall, a rear wall, and a side wall, and
- wherein the flat housing (1) has a depth less than 5 cm, or wherein a diameter of a caseless single speaker (11a, 11b, 11c) of the area array (10) is smaller than 5 cm.
- 2. loudspeaker according to example 1,
in which a further array (13b, 13c, 13e) of single loudspeakers is present, wherein a smallest distance of a single loudspeaker of the further array to a single loudspeaker of the area array is greater than a smallest distance between two directly adjacent single loudspeakers of the area array (13a , 13b); and
further comprising a diplexer (16) for providing a high-pass signal (17a) and a low-pass signal (17b), wherein the high-pass signal for driving another array (13e) and the low-pass signal (17b) for driving the Area arrays (1; 13a, 13b) are used. - 3. loudspeaker according to Example 1, in which a further array (13b, 13c, 13e) consists of individual loudspeakers, wherein a smallest distance of a single speaker of the further array to a single speaker of the area array is greater than a smallest distance between two directly adjacent individual speakers.
- 4. Loudspeaker according to example 2 or 3, in which the surface array has a first planar sub-array (13a) and a second planar sub-array (13b), between which the further array (13c, 13d, 13e) is arranged ,
- 5. A loudspeaker according to any one of Examples 3 to 4, further comprising:
- a crossover network (16) for providing a high-pass signal (17a) and a low-pass signal (17b), the high-pass signal for driving another array (13e) and the low-pass signal (17b) for driving the area array (1; 13a, 13b).
- 6. Loudspeaker according to Example 5, in which an equalizer (18a, 18b) and / or an amplifier (19a, 19b) are provided for the high-pass signal and / or the low-pass signal, which are adapted to a frequency response of a sound output to equalize the speaker in a predefined frequency range.
- 7. A loudspeaker according to any one of Examples 2 to 6, wherein the housing (1) internally has one or more webs (19a, 19b, 19c) for connecting a front wall and a rear wall of the flat housing, wherein the at least one web is so arranged in that it is arranged between a single loudspeaker of the area array (1) and an adjacent single loudspeaker of the further array (13e).
- 8. Loudspeaker according to one of the preceding examples, wherein the surface array is arranged eccentrically in a front wall of the housing, that a center of the Arrays from a center of the front wall is different by at least 10% of the shorter side of the front wall.
- A loudspeaker according to any one of Examples 2 to 8, wherein a number of individual loudspeakers in the area array (1; 13a, 13b) are at least twice as large as in the further array (13c, 13d, 13e).
- 10. A loudspeaker according to one of the preceding examples, in which the area array comprises at least two groups (12a, 12b, 12c, 12d, 12e) of individual loudspeakers, each group comprising at least two individual loudspeakers, the individual loudspeakers being connected in series in a group , and wherein the groups are connected in parallel.
- 11. The loudspeaker according to one of examples 2 to 10, wherein the further array (13e) is a line array of loudspeakers, wherein a drive circuit is provided, which is adapted to external single speakers of the further array with an amplitude weaker driver signal than a middle speaker of the other arrays supply.
- 12. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which all the individual loudspeakers of the area array or all the individual loudspeakers of the loudspeaker have identical active areas as a whole.
- 13. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which all the individual loudspeakers of the area array or all the individual loudspeakers of the entire loudspeaker are electrodynamic loudspeakers.
- 14. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which all the individual loudspeakers of the area array or all the individual loudspeakers of the entire loudspeaker are cone loudspeakers or piston emitters.
- 15. A loudspeaker according to one of the preceding examples, in which all the individual loudspeakers of the area array or all the individual loudspeakers of the entire loudspeaker are headphone capsules.
- 16. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which the loudspeakers are arranged in the housing such that between a rear side of a membrane of each individual loudspeaker of the area array and a nearest housing wall at least a distance of 0.8 cm and at most a distance of 4 cm is present.
- 17. A loudspeaker according to one of the preceding examples, in which the individual loudspeakers of the area array are arranged so close to one another that edges of adjacent individual loudspeakers are less than 3 mm apart or touch each other.
- 18. A loudspeaker according to one of the preceding examples, wherein the area array comprises a first sub-array (13a) and a second sub-array (13b), each sub-array comprising two adjacent rows of individual loudspeakers, and another Array has a single row of single speakers, wherein a number of individual speakers per row for all rows and arrays is the same.
- 19. A loudspeaker according to one of the preceding examples, in which the housing is so large that it has a volume which is equal to a minimum volume required per single loudspeaker of the area array multiplied by the total number of individual loudspeakers of the area array.
- 20. A loudspeaker according to any one of the preceding examples, wherein a depth of the flat housing is less than 1/10 of the shorter side of a front wall or rear wall of the housing.
- 21. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which all the individual loudspeakers of the area array are connected in such a way that they are driven by drive signals which apart from different line lengths have no phase shift, wherein there is no phase shifter between the individual loudspeakers and a driver output, and
wherein the single speakers of the area array are configured to provide the total sonic bandwidth in a one-way system or to provide a low frequency range in a multipath system. - 22. Loudspeaker according to one of the preceding examples, wherein the area array in a first sub-array (13 a) and a second sub-array (13 b) is divided, wherein the housing has a continuous separation (19 a, 19 b) to for the first sub-array (13a) to provide a first housing volume and to provide a second housing volume for the second sub-array (13b), the first housing volume and the second housing volume being separated by the partition (19a, 19b).
- 23. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which there is a further array of individual loudspeakers, which is reset in the housing, or which has a waveguide device in front of the active surface.
- 24. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which a further array of individual loudspeakers is provided in which 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 of a Area normal to an active area of a single speaker of the area array differs.
- 25. Loudspeaker according to one of the preceding examples, in which a further array of individual loudspeakers is present, wherein individual loudspeakers are surface arrays grouped so that spatially adjacent wavefield synthesis channels with limited bandwidth below 1 kHz can be reproduced by adjacent groups of individual loudspeakers whose distance is greater than that between adjacent single loudspeakers or smaller groups compared to the groups representing spatially adjacent wave field synthesis channels with signal levels above 1 kHz.
Claims (15)
bei dem 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).Loudspeaker according to claim 1,
in which a smallest distance of a single loudspeaker of the further array to a single loudspeaker of the area array is greater than a smallest distance between two directly adjacent individual loudspeakers of the area array (13a, 13b).
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Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
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17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20210430 |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
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RAP3 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. |
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GRAJ | Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1 |
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GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
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GRAJ | Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1 |
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GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
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GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
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INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20240216 |
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INTC | Intention to grant announced (deleted) | ||
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20240228 |