NL8501719A

NL8501719A - Basreflex luidsprekersysteem.

Info

Publication number: NL8501719A
Application number: NL8501719A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-06-14
Filing date: 1985-06-14
Publication date: 1987-01-02
Also published as: BE904911A; FR2583604B1; JPS61294992A; GB2176674B; GB8614200D0; US4741040A; DE3618586A1; GB2176674A; FR2583604A1

Description

- - i PHN 11.408 1 N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Basreflex luidsprekersysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het oazetten van een elektrisch signaal in een akoestisch signaal, met een elektroakoestische omzetter opgenomen in een behuizing. Het is bekend om elektroakoestische omzetters op te nemen in een gesloten behuizing.

5 Dergelijke omzetters worden daarvoor zodanig ontworpen dat zij, opgenomen in de gesloten behuizing, een kwaliteitsfaktor van groter dan O, 85, bij voorkeur ongeveer 1 bezitten. De inrichting heeft een frekwentiebereik dat dan loopt van een zekere onderste grensfrekwentie f0 naar een zekere bovenste grensfrekwentie f^.

10 Indien men met deze inrichting meer laagfrekwente signalen, waarmee wordt bedoeld signalen met frekwenties liggend (net) onder de onderste grensfrekwentie van de inrichting, zou willen weergeven dan is dat te realiseren door een filter voor te schakelen dat deze lage frekwenties ophaalt. Dit ophalen van lage frekwenties kan tot 15 gevolg hebben dat er slagproblemen in de omzetter ontstaan. Dat betekent dat het bewegende deel van de omzetter tegen zijn maximale mogelijke uitwijking gaat vastlopen waardoor het akoestische signaal ernstig vervormd wordt.

Het is uit de literatuur bekend om een uitbreiding van 20 het frekwentiewerkbereik naar lagere frekwenties te realiseren door middel van het toepassen van het basreflexprincipe, waarbij de slag van de omzetter in een frekwentiegebied direkt onder de ondergrens van het frekwentiewerkbereik van de omzetter beduidend kleiner is dan de slag van een omzetter in een gesloten box en met eenzelfde 25 frekwentiekarakteristiek. Het basreflexprincipe wordt uitgebreid beschreven door A.N. Thiele, zie J.A.E.S. 19:5, p. 382 ev en 19:6 p.

471 ev (1971), en door K.H. Small, zie J.A.E.S. 21:5, p. 363 ev; 21:6, p. 438 ev; 21:7 p. 549 ev en 21:8, p. 635 ev (1973). Het is echter niet mogelijk om het basreflexprincipe toe te passen op de bekende 30 inrichting, en wel om de volgende reden:

Om het basreflexprincipe op de bekende inrichting toe te kunnen passen zou de omzetter in de gesloten behuizing een kwaliteitsfaktor kleiner

• «b» — > ui ”"/ ·Α .A

Γ-t *; \ ] ' w v * PHN 11.408 2 dan 0.75, bij voorkeur ongeveer 0.6 a 0.7 moeten hebben.

Om een dergelijke waarde (verlaging) van de kwaliteitsfaktor te realiseren heeft men onder andere twee mogelijke maatregelen: 5 (a) men vergroot het volume van de behuizing (b) men neemt een andere luidspreker met een zwaarder magneetsysteem (groter BI produkt).

Een groter boxvolume is voor een aantal toepassingen, denk bijvoorbeeld aan luidsprekersystemen voor in de auto, niet mogelijk. Bovendien is een 10 luidspreker met een zwaarder magneetsysteem ook veel duurder, zodat beide maatregelen meestal worden afgewezen.

De uitvinding beoogt nu een inrichting voor het omzetten van een elektrisch signaal in een akoestisch signaal te verschaffen waarmee toch deze lage frekwenties kunnen worden weergegeven in de 15 bewuste kleine behuizing en met de bewuste omzetter met licht(er) magneetsysteem. De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de behuizing een basreflexbox is en daartoe is voorzien van een opening, dat de omzetter, indien opgenomen in de bovengenoemde box waarvan de opening is afgesloten, een kwaliteitsfaktor bezit die groter 20 is dan 0.85, en dat een korrektienetwerk is voorgeschakeld waarvan de overdrachtskarakteristiek overeenkomt met de overdracht van een serieschakeling van een eerste netwerk en een tweede netwerk waarbij het eerste netwerk ten minste ongeveer de inverse is van de overdracht van de ingang van de omzetter naar de versnelling van het membraan van de 25 omzetter opgenomen in de basreflexbox en het tweede netwerk ten minste ongeveer overeenkomt met de overdracht van een fiktieve omzetter die, indien opgenomen in de bovengenoemde box waarvan de opening is afgesloten, een kwaliteitsfaktor bezit die kleiner is dan 0.75.

Het basreflexprincipe wordt dus toch toegepast op de 30 bewuste omzetter met kwaliteitsfaktor in de gesloten box groter dan 0,85, ondanks het feit dat deze omzetter niet in de bewuste box met relatief klein volume te basreflexen is. Deze maatregel op zich blijkt geen vergroting van het frekwentiewerkbereik naar lagere frekwenties op te leveren.

35 Om nu met deze kombinatie van de bewuste omzetter in de bewuste behuizing die nu voorzien is van een poort, toch een korrekt gedimensioneerd basreflexsysteem te simuleren dat een veel lager ... -a :». 4 7 1 <1 ΡΗΝ 11.408 3 ' Λ 1 ί » liggende onderste grensfrekwentie voor het frekwentiewerkbereik bezit, wordt een korrektienetwerk voor de omzetter geschakeld.

Zoals vermeld, kan men het korrektienetwerk opgebouwd denken uit een serieschakeling van een eerste en een tweede netwerk. Het 5 eerste netwerk heeft een overdracht die ten minste ongeveer de inverse is van de overdracht van de ingang van de omzetter naar de versnelling van het membraan van de omzetter, zoals opgenomen in de bewuste behuizing voorzien van een poort of een passieve straler. Daar de versnelling van het membraan een maat is voor het akoestische 10 uitgangssignaal van de inrichting, heeft het voorschakelen van het eerste netwerk tot gevolg dat de overdracht van de ingang van het filter naar de uitgang van de omzetter (daarmee wordt dus bedoeld het akoestische uitgangssignaal van de omzetter) binnen een groot frekwentiegebied min of meer vlak wordt. Door vervolgens het tweede 15 netwerk voor te schakelen wordt in feite het gedrag van een fictieve omzetter gesimuleerd die in de bewuste box wel te basreflexen is, waardoor een totale overdracht van het elektrische ingangssignaal van de inrichting naar het akoestische uitgangssignaal van de inrichting wordt verkregen die over een veel groter frekwentiegebied, vooral naar lagere 20 frekwenties toe, bruikbaar is.

Het het voorschakelen van het korrektienetwerk heeft men dus een overdracht kunnen realiseren die men ook zou hebben kunnen bereiken door de bewuste luidspreker in een grotere behuizing te plaatsen of in de bewuste behuizing een luidspreker met een zwaarder 25 magneetsysteem te plaatsen. Zoals reeds eerder opgemerkt is een groter boxvolume niet altijd mogelijk. Bovendien maakt een grotere behuizing of een luidspreker met zwaarder magneetsysteem de inrichting duurder. De kosten die daarvoor benodigd zijn zijn in het algemeen hoger dan de kosten voor het realiseren van het korrektienetwerk, aangezien een j 30 dergelijk korrektienetwerk eventueel te integreren is. De inrichting volgens de uitvinding heeft dus het voordeel dat de prijs van een dergelijke inrichting met groot frekwentiewerkbereik lager kan zijn dan inrichtingen die op andere wijze hetzelfde frekwentiewerkbereik realiseren.

35 Er zij hier vermeld dat daar waar in het voorafgaande of in datgene wat volgt gesproken is respektievelijk zal worden over een basreflexbox, bedoeld is respektievelijk wordt: óf een behuizing met - -» ' "7 .i «i

» V

PHN 11.408 4 een open (of akoestische) poort óf een behuizing waarin in een opening een passieve straler is opgenomen.

Systemen met een passieve straler worden onder andere beschreven door R.H. Small in J.A.E.S. 22:8 p. 592 ev en 22:9 p. 683 ev 5 (1974).

Waar in het voorgaande en het hierna volgende is respektievelijk wordt gesproken van een opening in de behuizing die is afgesloten, zoals het geval is bij de fiktieve luidspreker, is bedoeld dat de poort respektievelijk de passieve straler geen akoestische 10 bijdrage levert. Dat betekent dat de poort volledig is afgesloten en in de uitvoeringsvorm met de passieve straler dat deze straler niet kan bewegen.

De uitvinding zal aan de hand van de hierna volgende figuurbeschrijving nader worden uiteengezet. Hierin toont 15 figuur 1 een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding, figuur 2 in figuur 2a en 2b enige frekwentiekarakteristieken behorende bij de inrichting, figuur 3 de frekwentiekarakteristiek van het eerste 20 netwerk, figuur 4 in figuur 4a en 4b enige frekwentiekarakteristiek behorende bij een inrichting waarbij een fiktieve omzetter is opgenomen in de behuizing van de inrichting volgens de uitvinding, 25 figuur 5 een blokschema van de inrichting van figuur 2, figuur 6 een tweede uitvoeringsvoorbeeld, en figuur 7 een frekwentiekarakteristiek van een netwerk in het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 6.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de 30 inrichting. Een elektroakoestische omzetter 1, slechts schematisch weergegeven, is opgenomen in een behuizing 2. De behuizing is in doorsnede aangegeven. Zichtbaar is de basreflexpoort 3. De omzetter 1 en de behuizing 2 zijn zodanig gedimensioneerd dat de omzetter 1 in deze behuizing, indien de poort 3 zou zijn afgesloten, een kwaliteitsfaktor Q 35 bezit die groter is dan 0,85.

De kwaliteitsfaktor van de omzetter 1 is als volgt gedefinieerd: . “7 3 λ J ; PHN 11.408 5 » q *-1- \p^h +

Ra+lBll2 (1)

Re waarbij 5 Ra = de mechanische weerstand van het massaveersysteem gevormd door het membraan (de konus) van de omzettereenheid en zijn ophanging

Re = de elektrische weerstand van de spreekspoel [χχ], B = de magnetische induktie in de luchtspleet [wb/m2], 10 1 = lengte van de windingen van de spreekspoel voor zover in de luchtspleet [m], m = massa van het membraan, de spreekspoel en de spreekspoelkoker en de luchtbelasting [kg], k^ = veerkonstante van de ophanging van het membraan [N/m], en 15 kb = veerkonstante ten gevolge van het luchtvolume achter het membraan van de box.

Hierbij is aangenomen dat het bij de omzetter om een elektrodynamische omzetter ging.

De ingangsklemmen 4, 4' van de inrichting zijn via een 20 voorversterker 5 een korrektienetwerk 7 en een eindversterker 8 gekoppeld met de ingang 9, 9' van de behuizing 2. Het korrektienetwerk 7 heeft een overdracht waarvan de frekwentiekarakteristiek Hc(f} overeenkomt met de overdracht van een serieschakeling van een eerste netwerk 10 en een tweede netwerk 11. Het eerste netwerk 10 heeft een 25 overdrachtskarakteristiek H ^(f) die ten minste ongeveer de inverse is van de overdracht Ha(f) van de ingang 9, 9' van de omzetter 1 naar de versnelling van het membraan 12 van de omzetter 1 opgenomen in de behuizing 2 met basreflexpoort 3, dat wil zeggen H1(f)=—J— {2) 30 Ha(f)

Figuur 2a toont de overdracht Ha(f) van de omzetter 1 in de basreflexbox 2. Aangezien de versnelling van het membraan 12 een maat is voor de geluiddruk veroorzaakt door de omzetter 1, toont deze 35 karakteristiek de bijdrage van de omzetter aan het akoestische uitgangssignaal (de geluiddruk) van de basreflexbox. Bovendien toont figuur 2a met de kurve 14 de overdracht van de ingang 9, 9' van de ~·~ . - j PHN 11.408 6 omzetter naar de volumesnelheid van de poort. Deze kurve toont bijgevolg de bijdrage van de poort 3 aan het akoestisch uitgangssignaal (de geluiddruk) van de box 2. De kurves in figuur 2a en de volgende figuren zijn verkregen door middel van komputersimulaties en tonen alleen het 5 laagfrekwente gedrag (beneden 1000 Hz) van de diverse komponenten. De frekwentie is logaritmisch uitgezet langs de horizontale as en de amplitude van de overdrachten in (relatieve) dB's langs de vertikale as.

Figuur 2b toont de totale overdracht Ht(f) van de basreflexbox 2, die verkregen wordt door het bij elkaar optellen van 10 Ha(f) en kurve 14 uit figuur 2a. Eveneens is in figuur 2b met de onderbroken lijn de overdracht aangegeven van de luidspreker 1 in de behuizing 2, doch waarbij de poort 3 is afgesloten. Uit figuur 2b wordt duidelijk dat de omzetter 1 niet te basreflexen is door middel van de basreflexbox 2. Het aanbrengen van de poort 3 heeft geen vergroting van 15 het frekwentiebereik naar lagere frekwenties tot gevolg. De karakteristieken van figuur 2a en 2b zijn indikatief voor een systeem van een basreflexbox waarbij de box eigenlijk te klein is voor de luidspreker die men gebruikt.

Figuur 3 toont de overdracht H^(f) die voldoet aan 20 formule (2). De kurve H^(f) is de inverse van de kurve Ha(f) uit figuur 2a. Voor frekwenties lager dan 10 a 20 Hz laat men de kurve of horizontaal lopen of afvallen. Het heeft namelijk geen zin om in dit gebied de karakteristiek H^f) nog verder te laten oplopen, enerzijds omdat het gehoor tot globaal 20 Hz doorloopt en anderzijds omdat er 25 problemen ontstaan voor wat betreft het dynamisch bereik.

Het tweede netwerk 11 heeft een overdrachtskarakteristiek H2(f) die ten minste ongeveer overeenkomt met de overdracht van een fiktieve omzetter die, indien opgenomen in de basreflexbox 2, waarvan de opening 3 is afgesloten, een kwaliteitsfaktor bezit die kleiner is dan 30 0.75. Dat wil eigenlijk zeggen dat deze fiktieve luidspreker op korrekte wijze met de behuizing 2 te basreflexen is. Het gedrag van het fiktieve systeem, waarbij de fiktieve luidspreker in de behuizing 2 is opgenomen is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4a toont deze overdracht ^(f). De kurve geeft 35 weer de overdracht van de ingang van de fiktieve omzetter naar de versnelling van het membraan van de fiktieve omzetter. Deze karakteristiek toont, zoals hiervoor aan de hand van figuur 2a reeds Λ 1 7 1 ·-· PHN 11.408 7 vermeld, de bijdrage van de fiktieve omzetter aan het akoestische uitgangssignaal van het fiktieve systeem. Evenzo toont de kurve 16 de bijdrage van de poort 3 aan het akoestisch uitgangssignaal van het fiktieve systeem.

5 Figuur 4b toont de overdracht Hf(f) van het fiktieve systeem en de onderbroken lijn 17 de overdracht van de fiktieve luidspreker in de box 2, waarbij de poort 3 is afgesloten, üit figuur 4b wordt duidelijk dat de fiktieve luidspreker in de basreflexbox 2 een duidelijk groter frekwentiebereik, dat wil zeggen een naar lagere 10 frekwenties toe doorlopende karakteristiek, realiseert. Vergelijken wij daartoe de figuren 2b en 4b met elkaar, dan is het duidelijk dat de onderste grensfrekwentie {-3dB punt) in dit uitvoeringsvoorbeeld is verschoven van ongeveer 100 Hz naar ongeveer 60 Hz.

De vraag is nu hoe de overdracht van de inrichting van 15 figuur 1 eruit ziet. In figuur 5 is daartoe de inrichting van figuur 1 in de vorm van een elektrisch vervangingsschema uitgewerkt. De versterkers 5 en 8 zijn daarbij weggelaten. De signalen x(t), y(t) en z{t) zijn respektievelijk het elektrisch ingangssignaal aangeboden aan de klemmen 4, 4', het elektrisch signaal aangeboden aan de klemmen 9, 20 9' van de behuizing 2 en het akoestisch uitgangssignaal van de behuizing dat verkregen wordt door het sommeren van de akoestische bijdragen van de omzetter 1 respektievelijk de poort 3, Na fouriertransformatie, waarbij x(t), y(t), z(t) transformeren naar X(f), Y(f) en Z(f) gelden de volgende formules: 25 Z(f) = [Ha(f) + Ha(f)Hp(f)] Y(f) (3) en Y(f) = H^fJH^fjXtf) (4)

Gebruik makend van formule (2) wordt formule (4): Y(f) = X(f) (5)

Ha(f) 30 Door het kombineren van de formules (3) en (5) vindt men: Z(f) = [H2(f) + H2(f)Hp(f)] X(f) (6)

Formule (6) geeft aan dat de inrichting van figuur 1 zich gedraagt als het fiktieve systeem beschreven aan de hand van figuur 4, met totale overdracht Hf(f), ofwel: 35 Z(f) = Hf(f)X(f) (7)

Het zij hier ter verduidelijking nog vermeld dat de kurves 14 en 16 overeenkomen met de overdrachten Ha(f)Hp(f) respektievelijk — *** .2 «v , J ; - .j · - - : -j .......- — —————————— PHN 11.408 8 H2(f)Hp(f).

Figuur 6 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld, waarbij het "motional feedback"-principe is toegepast op het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 1. De omzetter 21 is daartoe voorzien 5 van een versnellingsopnemer 22 bevestigd aan het membraan. Het elektrische ingangssignaal wordt via de ingangsklem 4 en een serieschakeling van een voorversterker 5, een netwerk 23, het tweede netwerk H2(f), een opteleenheid 24, een versterker 25, het eerste netwerk H^(f) en de versterker 8 aangeboden aan de omzetter 21. Het 10 uitgangssignaal van de opnemer 22 wordt via de tegenkoppelketen 26 toegevoerd aan de opteleenheid 24. Er is eventueel nog een overnamenetwerk 27 aanwezig dat de omzetter 21 en de opnemer 22 elektrisch overbrugt.

Het doel van en de inrichting van een dergelijk 15 overnamenetwerk is beschreven in de ter visie gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 8.001.592 (PHN 9711). De opnemer 22 zou een maat moeten zijn voor het afgegeven akoestische vermogen van de inrichting (omzetter 22 Plus poort of passieve radiator). Daar de opnemer 22 slechts een maat is voor het afgegeven akoestische vermogen van enkel de omzetter 22 is 20 het netwerk 23 toegevoegd, dat een zodanige karakteristiek heeft dat voor het ontbreken van de bijdrage van de poort of de passieve radiator in het opnemersignaal korrigeert. De frekwentiekurve voor het netwerk 23 is in figuur 7 weergegeven.

Mocht de opening in de behuizing van het 25 uitvoeringsvoorbeeld van figuur 6 zijn voorzien van een passieve straler dan kan men op deze passieve straler ook een trillingsopnemer aanbrengen en de signalen van de beide opnemers aan de opteleenheid 28 toevoeren.

In dat geval kan het netwerk 23 achterwege blijven.

' ~ --171 * ··· cy j j 3

Claims

1. Inrichting voor het omzetten van een elektrisch signaal in een akoestisch signaal, met een elektroakoestische omzetter opgenomen in een behuizing, met het kenmerk, dat de behuizing een basreflexbox is en daartoe is voorzien van een opening, dat de omzetter, indien 5 opgenomen in de bovengenoemde box waarvan de opening is afgesloten, een kwaliteitsfaktor bezit die groter is dan 0.85, en dat een korrektienetwerk is voorgeschakeld waarvan de overdrachtskarakteristiek overeenkomt met de overdracht van een serieschakeling van een eerste netwerk en een tweede netwerk waarbij het eerste netwerk ten minste 10 ongeveer de inverse is van de overdracht van de ingang van de omzetter naar de versnelling van het membraan van de omzetter opgenoraen in de basreflexbox en het tweede netwerk ten minste ongeveer overeenkomt met de overdracht van een fiktieve omzetter die, indien opgenomen in de bovengenoemde box waarvan de opening is afgesloten, een kwaliteitsfaktor 15 bezit die kleiner is dan 0.75.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de opening is voorzien van een passieve straler. ! . ί - - “? A - - - * i ‘J