NO143010B - Hoeyttaler. - Google Patents

Description

Høyttalere brukes til å omdanne elektriske signaler til hørbar lyd og omfatter minst én elektro-akustisk omformer som van-ligvis har en membran som beveges frem og tilbake på en stempel-lignende måte og er anordnet i et lukket hus eller i et hus med minst én åpning.

Hittil er frekvensen blitt regnet som den viktigste para-meter i høyttalerteknikken. Alle hifi-normer er rettet mot å be-vare gitte verdier som er avhengige av frekvensen. Ved å gjøre dette neglisjeres det faktum at analyser og normer som bare tar i betraktning de midlere positive amplitydekvadratene av det akustiske trykket i avhengighet av frekvensen, hvilke kvadrater blir bestemt over en forholdsvis lang tidsperiode, ikke kan detektere de viktige akustiske trykkforandringer med en varighet på noen mikrosekunder eller millisekunder som det menneskelige øret konti-nuerlig må behandle og hvis spissverdier svarer til differansene i spissverdiene til de positive og negative amplitydene til lydtrykket. Derfor er det stadig oftere fremkommet det syn at av-hengigheten av det akustiske trykket over tiden er av større be-tydning enn det akustiske trykkets avhengighet av frekvensen og bevaringen av gitte frekvenskarakteristikker, ikke bare når det gjelder reproduksjon av musikk, men for eksempel også når det gjel-hørselskader forårsaket av for stor støy på arbeidsplasser (HiFi-Stereo-fonie, hefte 3/1977, side 369, "Music hearing test"

og kommentar; Technical Review, nr. 1, 1976, side 4-26, utgitt av Bruel & Kjær). Denne oppfatning blir understøttet av det faktum

at den såkalte første bølgefront, dvs. den første halvbølgen til en firkant- eller sinus-formet akustisk trykkbølge som utstråles av en lydkilde, synes å være spesielt viktig, for eksempel for lokaliseringen og klangen av lydkilden, fordi trykkforandringer innenfor den første bølgefronten som forårsakes av systemavhengige forstyrrelser, har en ubehagelig virkning på lokaliseringen og klangen, idet det med systemavhengige forstyrrelser menes slike forstyrrelser og feil i overføringsveien ved omdannelse av elektriske svingninger til lydbølger som ikke er tilstede i det elektriske signalet som skal omformes.

Oppfinnelsen går derfor ut fra den erkjennelse at under-søkelser eller forskrifter som avhenger av målingen av et midlere lydtrykk for frekvensspekteret til en lydkilde ikke kan gi til-fredsstillende resultater medmindre de følges av undersøkelser og forskrifter vedrørende tidsforløpet av den første bølgefronten.

Målinger av høyttaleranordninger med forskjellige slags hus eller kasser viser at de første bølgefrontene bare blir over-ført bra av de høyttaleranordninger hvis elektro-akustiske omformere er anordnet i en uendelig lydskjerm eller baffel og som derfor ikke egner seg for praktiske formål. Hus med endelige dimensjoner fører derimot til betydelige forfalskninger i de første bølgefrontene, slik at disse ikke kan reproduseres rent av konvensjonelle høyttaleranordninger.

Oppfinnelsen går derfor ut fra den ytterligere erkjennelse at i alle tidligere kjente høyttaleranordninger, er spesielt huset årsaken til tallrike forstyrrelser i området for de første bølgefrontene.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse blir for første gang utledet fra de nevnte erkjennelser og fenomener problemet med

å tilveiebringe en høyttaler som reproduserer de første bølge-frontene med like god kvalitet som en omformer anordnet i et uendelig akustisk baffel, men som har et hus med endelige dimensjoner. I denne henseende må huset særlig konstrueres slik at høyttaleren ved én enkelt hurtig og sprangformet påvirkning i den ene eller andre retning, frembringer et akustisk trykk ved et målested foran huset som etter å ha nådd en maksimalverdi (minimalverdi), faller (stiger) omtrent lineært til en minimalverdi (maksimalverdi) og oppviser en reversering av sitt tidsforløp først ved et senest mulig tidspunkt, for eksempel etter mer enn omkring 4 millisekunder, før den igjen tilstreber sin normalverdi.

For å løse dette problem tar oppfinnelsen utgangspunkt

i en høyttaler med i det minste to likeartede elektro-akustiske omformere som for elektrisk påtrykning i samme fase er anordnet i frontveggen henholdsvis i bakveggen på et lukket hus, hvilke to vegger i huset er utformet og anordnet slik at deres avstand avtar mer og mer i retning innenfra og utad, inntil deres ytterkanter grenser til hverandre. Det nye og særegne ifølge oppfinnelsen består i at huset har et diskosformet tverrsnitt.

Det er allerede kjent å anordne flere omformere i et hus, for eksempel høy-, middel- og lav-toneomformere. I motsetning til høyttaleren ifølge oppfinnelsen tjener disse kjente høyttalere ikke til ren reproduksjon av de første bølgefrontene. Det samme gjelder for andre kjente høyttaleranordninger (US-patentskrift nr. 3.393.764) som har et hus med en omformer anordnet i både front- .og bakveggen. Den vesentlige forskjellen mellom disse kjente høyttalerne og høyttaleren i henhold til oppfinnelsen, er at huset til de kjente høyttaleranordninger ikke er fullstendig lukket men har en åpning som under drift av høyttalere muliggjør trykkutligning mellom for-siden og baksiden av membranene til hver omformer og ved hver innover-rettet bevegelse av membranene fører ut luft under trykk og ved hver utover-rettet bevegelse av membranene suger luft inn i huset. En slik åpning i huset kan følgelig ved lave frekvenser føre til hva som er kjent som akustisk kortslutning. Dessuten virker hver åpning i et hus som en ytterligere strålingskilde som i forhold til membranene arbeider i motsatt fase og på mange måter kan interferere ugunstig med trykkbølgene som utstråles fra de to membranene. Slike åpninger i huset motvirker derfor simuleringen av et uendelig akustisk baffel og resulterer i betydelige forfalskninger av de første bølgefrontene. Mens US-patent 3.393.764

i overveiende grad angår de interne virkninger av et høyttaler-system (transient-respons), og med sikte på de eksterne virkninger i praksis bare betrakter den energiforhøyelse som allikevel opptrer ved to omformere, som en ytterligere fordel, angår foreliggende oppfinnelse nettopp og utelukkende slike ulemper ved en høyttaler som har sin årsak i rommet utenfor høyttaleren og som videre kan elimineres ved hjelp av midler som har sine virkninger i rommet utenfor.

Et annet eksempel på kjent teknikk er fransk patent 1.196.858 som imidlertid viser et arrangement som ikke har den samme strålingskarakteristikk som den prinsipielle anordning som foreliggende oppfinnelse tar utgangspunkt i. Den fra patent-skriftet kjente høyttaler har et hus som er åpent på den ene side, idet denne åpning er vendt mot lytteren. Derved fremkommer de kjente ulemper som er omtalt ovenfor.

Oppfinnelsen medfører den betydelige fordel at den andre omformeren som er anordnet i bakveggen, har en virkning som er meget lik virkningen av et uendelig akustisk baffel. Målinger på høyt-taleren i henhold til oppfinnelsen viser at når de to membranene blir eksitert sprangformet, oppnås det trykk-kurver som hittil bare er blitt oppnådd med omformere anordnet i et uendelig akustisk baffel.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart og beskrevet mer detaljert ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningene, der: Figur 1 viser en elektro-akustisk omformer anordnet i et uendelig akustisk baffel;

Figur 2 viser den akustiske trykkurven som en funksjon

av tiden for en konvensjonell omformer anordnet som på figur 1;

Figur 3 viser den akustiske trykkurven som en funksjon

av tiden for en høyttaler av nytt slag anordnet som på figur 1; Figur 4 viser en høyttaler satt opp i et rom, der en elektro-akustisk omformer er anordnet i et hus;

Figur 5 viser den akustiske trykkurven som en funksjon

av tiden nedtegnet med arrangementet på figur 4;

Figur 6 viser en høyttaler i et spesielt arrangement

som er satt opp i et rom og omfatter to omformere anordnet i et hus og koplet i parallell fase;

Figur 7 viser den akustiske trykkurven som en funksjon

av tiden nedtegnet for et arrangement som på figur 6;

Figur 8 viser en mulig forklaring på de resultater som er oppnådd med arrangementet på figur 6; Figur 9 viser en sammenligning med de akustiske trykkurvene som en funksjon av tiden nedtegnet for et arrangement som på fig. 6; Figurene 10 og 11 viser den nye u-tførelsesform av høyttalerhuset i henhold til oppfinnelsen; Figur 12 viser trykkurvene som en funksjon av tiden nedtegnet for arrangementet på figur 10; Figur 13 viser en ytterligere utførelsesform av huset for høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen; Figur 14 viser enda en utførelsesform av høyttaleren i henhold til oppfinnelsen; Figurene 15 og 16 viser utførelsesformer for montering eller oppstilling av høyttaleren i henhold til oppfinnelsen i rommet; og Figur 17 viser en ytterligere utførelsesform av en høyt-taler i henhold til oppfinnelsen. Figur 1 viser et kjent arrangement for måling av tids-variasjonen av det akustiske trykket ved en posisjon foran en omformer uten ekkoforstyrrelser. Festet i en vegg 1 i et rom 2 er en elektro-akustisk omformer 3 med en membran 4, som på stempel-lignende måte kan beveges frem og tilbake i den retning som er antydet med pilen, av en drivspole og hvis frontflate ender hovedsakelig i flukt med veggen 1 i ikke-eksitert tilstand (US-patentskrift nr. 3.201.529). Foran omformeren 3 er satt opp en mikrofon

som brukes til å motta lydbølgene som utstråles av omformeren 3

på stedet for mikrofonen 5. Mikrofonen 5 som kan måle lydtrykk ned til 10 Hertz, er en halvtommes frittfeltkondensatormikrofon som mikrofonene på figurene 4, 6, 8 og 11, og er forbundet med en elektronstråle-oscillograf (ikke vist) som brukes for visuell presentasjon av det akustiske trykket ved stedet for mikrofonen 5 som en funksjon av tiden.

Veggen 1 virker som et uendelig akustisk baffel som forhindrer akustisk kortslutning, det vil si som forhindrer utbredelse av trykkbølgene inn i rommet som er bak veggen 1 til rommet 2. De akustiske trykkbølgene forplanter seg derfor med lydhastighet i et halvkulemønster over en romvinkel på 277/ . Ved anordning av mikrofonen 5 og omformeren 3 må det passes på at deres avstand fra reflekterende flater er så stor at ekkobølger når mikrofonen 5

bare etter løpetider som er minst 5 millisekunder større enn løpe-tidene som svarer til den direkte avstanden mellom membranen 4 og mikrofonen 5, noe som svarer til en avstand på omkring 3,7 meter når den direkte avstanden er 2 meter.

Hvis membranen 4 blir skjøvet brått frem i rommet 2 og forblir i den posisjonen, oppstår en kurve svarende til kurve 6 på figur 2 på stedet for mikrofonen av amplityden til det akustiske trykket p som en funksjon av tiden t. Amplityden stiger først hurtig, når en maksimalverdi og avtar så langsomt, passerer gjennom 0-linjen som svarer til normaltrykk, når en minimalverdi og tender-er så gradvis igjen mot normalverdien.

Trykkspissene 7 som befinner seg i det positive området og som antyder den akustiske trykkforandringen i den positive og negative retningen, er verdt å legge merke til på kurven 6. Slike trykkforandringer som spesielt forårsakes av oscillasjoner av membranen når denne energiseres plutselig og av andre fjær/masse-virkninger som ikke er til å unngå ved konvensjonelle omformere,

og det hovedsakelig e-formede fall i kurven 6, resulterer i betydelige forfalskninger av det akustiske trykket på mottagerstedet og således forfalskninger av informasjonen som oppfattes av mottageren, ettersom de ikke finnes i den utstrålte informasjon som svarer til den spranglignende energisering.

Kurven 8 som er vist på figur 3, oppviser en nær ideell form. Den ble oppnådd i et arrangement som er vist på figur 1, med en omformer som beskrevet i DE-patentskriftene nr. 1.815.694 og 2.236.374 eller DE-off.skrift nr. 2.500.397, som ikke forårsaker noen vesentlige fjær/masse-virkninger og som ikke forårsaker noen forstyrrelsestrykkforandringer selv når den energiseres plutselig, på grunn av bruken av en visko-elastisk membran. Etter å ha nådd sin maksimalverdi eller sitt første retningsreverserende punkt 9, faller i tillegg kurven 8 praktisk talt lineært til minimumsverdien eller det andre reverseringspunktet 10, som inntreffer ved omkring 4,5 millisekunder.

Frekvensen som kan beregnes fra tidsavstanden mellom de

to reverseringspunktene 9 og 10, kan betegnes som den systemavhengige resonansfrekvensen til hele høyttaleranordningen omfattende omformeren 3 og veggen 1. Fordi kurven 8 ikke har noen for-styrrelsesrippler mellom reverseringspunktene 9 og 10 og strekker seg hovedsakelig lineært istedet for i samsvar med en e-funksjon, vil rektangulære signaler ned til omkring llo Hertz og sinusformede signaler ned til minst omkring 55 Hertz likevel bli riktig over-ført med systemet som er brukt for å nedtegne kurven 8, idet når membranen blir eksitert med et rektangulært signal, må dets første halvsvingning være tilknyttet området mellom reverseringspunktene 9 og 10, mens når membranen blir eksitert med et sinussignal,

tjener dets første fjerdedel til å bøye membranen til dens maksimalverdi og derfor kan den andre fjerdedelen av sinussvingningen være tilknyttet området mellom reverseringspunktene 9 og 10. De tidligere målinger bekrefter dette.

Arrangementet vist på figur 4 som brukes til å måle variasjonen i tid av trykkbølgene som utstråles av et høyttalerarrange-ment med et endelig lukket hus, inneholder en elektro-akustisk omformer 11 med en membran 12 som kan beveges frem og tilbake i den retning som er vist med pilen. Omformeren 11 er montert i frontveggen 15 i et høyttalerhus 14 på en slik måte at i ikke-eksitert tilstand ender frontflaten av membranen 12 hovedsakelig i flukt med frontveggen 15. To mikrofoner 16 og 17 er tilveiebragt for å måle variasjonen i tid av det akustiske trykket, idet mikrofonen 16 er anordnet hovedsakelig på membranens 16 sentrale akse og mikrofonen 17 er anordnet i et plan dannet av frontenden av veggen 15, i høyde med membranen 12. Huset 14 eller membranen 12 og mikrofonene 16 og 17 er også anordnet i et lukket rom 18 på en slik måte at trykkbølgene som frembringes av membranen 12 når mikrofonene 16 og 17 ved direkte overføring, omkring 6 til 10 millisekunder tidligere enn noen reflektert trykkbølge.

Når membranen eksiteres sprangformet, blir kurvene 19

og 20 vist på figur 5, frembragt, idet kurven 19 nedtegnes med mikrofonen 16 og kurven 20 med mikrofonen 17. Både kurvene 19 og 20 har et plutselig fall i det akustiske trykket, som ikke finnes i kurvene 6 og 8 vist på figurene 2 og 3, ved et punkt t^. Dette fallet i det akustiske trykket må tilskrives den endelige naturen av huset 14 og forårsaker en karakteristisk trykkforandring innenfor den første bølgefronten, idet en slik trykkforandring er an-svarlig for feil-informasjon. Ved bruk av omformeren som brukes til å nedtegne kurven 8, blir fallet ved punktet t spesielt klart aksentuert ettersom kurvene 19 og 20 er nær lineære, opp til øye-blikket t^.

Grunnen til trykkfallet ved punktet t^ kan beregnes ut fra lydens hastighet. En plutselig eksitering av membranen 12 forårsaker en trykkforandring i rommet 18 som til å begynne med bare forplanter seg til rommet rett foran membranen 12, på grunn av bruken av et lukket hus som i tilfellet med det uendelige akustiske baffel vist på figur 1. Etter omkring en periode t = a/c, hvor a er avstanden av membranens senterpunkt fra" enden av veggen 15 og c "er lydens hastighet, kan trykkforandringene forårsaket av membranen 12 også forplante seg til rommet som er bak veggen 15, det vil si på den siden av veggen 15 som ligger lengst fra mikrofonen 16. Med andre ord kan trykkforandringen etter tiden t = a/c bli forplantet i en romvinkel 4 7Tistedet for 2 7T. Resultatet av denne virkningen er at det akustiske trykket ved stedet for mikrofonen 16 plutselig faller brått etter en tid omkring t = a/c fra begynnelsen av måle-operasjonen. Målinger har vist at tiden t^ for trykkfallet faktisk hovedsakelig svarer til verdien a/c. Tilsvarende betraktninger bekrefter at fallet i akustisk trykk (kurve 20) som blir målt med mikrofonen 17, også må tilskrives den endelige natur av huset 14.

Når det brukes et hus med endelige dimensjoner, kan derfor den første bølgefronten bare reproduseres rent når tidsinter-vallet t = a/c er større enn omkring 5 millisekunder. For dette formål bør avstanden a være omkring 1,7 meter, noe som er urealist-isk for praktiske formål. i alle konvensjonelle hus er avstanden a bare omkring 10 til 40 centimeter, svarende til verdier t = a/c på 0,294 og 1,17 millisekunder eller frekvenser på 1700 og 425 Hertz. under disse frekvensene kan ikke de første bølgefrontene

lenger reproduseres rent med konvensjonelle hus.

. Ved en spesiell anordning av to omformere er det mulig å oppnå

at fallet i det akustiske trykket forårsaket av huset, kan reduser-es betraktelig hvis en andre akustisk omformer blir bygd inn i husets bakvegg, idet strålingsytelsen til den andre elektro-akustiske omformeren hovedsakelig svarer til strålingsytelsen for den omformeren som er bygd inn i husets frontvegg, i det minste for frekvenser som forstyrres av huset, og når den andre elektro-akustiske omformeren blir elektrisk energisert "i fase" med den første omformeren på en slik måte at membranene til begge omformerne alltid beveger seg samtidig utover og samtidig innover. Et arrangement av denne type er skjematisk vist på figur 6.

Et lukket rektangulært hus 23 er anordnet i et rom 22, idet en omformer 2 5 med en membran 26 er anordnet i frontveggen 24 til huset 23. En lignende omformer 28 med en membran 29 er montert i bakveggen 27 til huset 23, hvilken bakvegg er parallell med frontveggen 24. De to omformerne 25 og 28 er anordnet slik at i ikke energisert tilstand ender deres membraner hovedsakelig i flukt med henholdsvis front- og bakveggene 24 og 27. Som i det foregående eksempel kan de to membranene bevege seg frem og tilbake som-et stempel eller en skive, og de to omformerne 25 og 28 blir elektrisk forbundet på en slik måte at når det blir brått eksitert, blir membranene samtidig skjøvet fremover og utover i retning av pilene P^ og p^. Det akustiske trykket blir målt med en mikrofon 30 anordnet foran omformeren 25. De to omformerne 25 og 28 eller deres membraner 26 og 29 er også anordnet koaksialt.

Kurvene 31 som er frembragt med arrangementet vist på figur 6, er illustrert på figur 7 og viser at trykkfallet ved punktet t^, som var karakteristisk for kurven 19 på figur 5, nesten er forsvunnet, og at kurven 31 har noe bredere kurvedel mellom de to retningsreverserende punktene 32 og 33, svarende til en tid på omkring 5 millisekunder, i sammenligning med kurve 8 på fig. 3.

Omformeren 28 anordnet i bakveggen 2 7 har den samme viikning som en uendelig akustisk baffelvegg som man kunne tenke seg i symmetriplanet mellom de to omformerne 25 og 28. Trykkbølge-feltet som frembringes av omformeren 28 kunne derfor kalles en "pnevmatisk akustisk baffelvegg" med nesten uendelig størrelse.

Figur 8 antyder skjematisk at trykkforandringene som frembringes av membranen 26 i virkeligheten, som i tilfellet på figur 4, etter

å ha tilbakelagt avstanden a, har en tendens til å forplante seg i romvinkelen 47T, det vil si også i rommet bak frontveggen 24.

I motsetning til på figur 4 blir imidlertid dette forhindret av membranen 29 som frembringer tilsvarende trykkforandringer. Trykk-bølgefeltene som frembringes av de to membranene 26 og 29 møtes i symmetriplanet for høyttaleranordningen og blir påvirket langs dette symmetriplanet nøyaktig som om en uendelig lydskjerm var anordnet i symmetriplanet.

Ytterligere bekreftelse på at den andre omformeren 28 virker som en pnevmatisk akustisk baffelvegg, tilveiebringes av kurvene 34, 3 5 og 36 vist på figur 9. Kurven 34 ble nedtegnet med et arrangement som vist på figur 6, hvor omformerne 25 og 28 var i "motsatt fase", det vil si at de var polet slik at i tilfellet med plutselig energisering ble membranen 26 til omformeren 25 beveget i retning av pilen <p>^ samtidig som membranen 29 i omformeren 28 ble beveget i samme retning, det vil si i en retning motsatt av retningen antydet ved pilen ?2• Bare omformeren 25 ble brukt til å nedtegne kurven 35, med omformeren 28 kortsluttet slik at membranen til omformeren 28 blir drevet- av lydtrykket og dens drivspole har magnetisk induserte strømmer som blir spredt gjennom mot-stand. Kurven 36 ble nedtegnet med "fase-eksitasjon" av de to omformerne 25 og 28. I motsetning til på figur 5 og 7 ble i tillegg de første ekkoene nedtegnet, idet slike ekko hovedsakelig blir frembragt ved refleksjon av lydbølgene ved jordplan. Tidsskalaen er tilnærmet to ganger den på figurene 3, 5 og 7.

Etter en tid t,. har kurven 35 et første ekko av middels størrelse, som svarer til omkring 45% av maksimumsamplityden av den første bølgefront, mens det første ekkoet til kurven 36 er betydelig større og svarer til en verdi på 95% av maksimalampli-tyden til den første bølgefronten. Av disse målingene følger at for lokaliseringer i rommet der mikrofonen 30 er anbragt, har omformeren 28 den samme virkning som en uendelig lydskjerm eller akustisk baffelvegg, idet ekkoer av lignende størrelse bare kan måles med et arrangement som vist på figur 1.

Kurven 31 (fig. 7) strekker seg ikke fullstendig lineært mellom reverseringspunktene 32 og 33, idet huset som er vist på figur 6 er rektangulært og distansen b (fig. 6) forårsaker interferens. Lignende interferens eller forstyrrelse inntreffer når det brukes et sfærisk eller kuleformet hus med en diameter på f.eks.

50 centimeter.

Den mest fordelaktige utnyttelse av prinsippet på fig. 6 blir ifølge oppfinnelsen oppnådd med et høyttaler-arrangement som på fig. 10. Interferensen som kan sees fra kurven 31, kan således i det vesentlige unngås ved å bruke et hus som vist på figur 10. Høyt-taleranordningen på figur 10 omfatter et diskosformet rotasjonssymmetrisk hus 40 som i tverrsnitt har romboideform. Som man vil se av figur 10, er to koaksiale elektro-akustiske omformere 42

og 43 montert på rotasjonsaksen 41 på en slik måte at deres' membraner 44 og 45 i ikke-eksitert tilstand representerer den mest mulige uniforme fortsettelse av husveggenes utside. I dette tilfelle er aksen 41 samtidig den sentrale aksen til de to membranene 44 og 45. De to omformerne 42 og 43 er forbundet slik, som i høyttaleren på figur 6, at de to omformerne blir energisert elektrisk i fase. Fra festekantene til omformerne 42 og 43 av blir avstanden av frontveggen 46 fra bakveggen 47 til huset 40 mindre og mindre inntil veggene 46 og 47 møtes i symmetriplanet 48 som strekker seg normalt til aksen 41. Veggene 46 og 47 strekker seg således mot hverandre inntil de møtes ved den ytre omkretsen 49 til huset 40, og danner to halvskall som huset 40 består av.

Mellom festepunktene for de to omformerne 42 og 43 og den ytre periferien 49 til huset 40, er veggene 46 og 47 fortrinnsvis ikke flate, men med lett konveks krumming. Krummingsgraden blir best bestemt under henvisning til de akustiske trykkurvene som måles med høyttalerarrangementet på figur 10. Bortsett fra dette medfører svak bøyning av veggene 46 og 47 den fordel at veggene er mindre følsomme for bøynings-vibrasjonsfenomener. Veggene 46 og 47 har fortrinnsvis form av sfæriske overflater, som antydet med de brutte linjene på figur 10. Radiene til de sfæriske overflatene bør være større enn avstanden a (fig.11) for å unngå de ufullkommenheter som opptrer ved kuleformede hus.

Figur 11 viser arrangementet på figur 10 i et rom 51, hvor to mikrofoner 52 og 53 er anordnet på henholdsvis rotasjonsaksen 41 og i symmetriplanet 48 i samme høyde som membranenes sentrumspunkter. Når membranene 44 og 45 blir eksitert brått i den retning som antydes ved pilene P-^ og P2, blir kurvene 54 (mikrofon 52) og 55 (mikrofon 53) vist på figur 12 frembragt når omformerne

42 og 43 som er beskrevet i DE-patentskri ftene nr. 1.815.694 og

2.236.374 eller i DE-off.skrift nr. 2.500.397, blir brukt, hvis diametre er 19 centimeter, med en diameter på den ytre omkretsen 49 av huset 40 på 70 centimeter. De to omformerne 42 og 43 er dessuten hovedsakelig identiske.

Mellom reverseringspunktene 56 og 57 strekker kurvene

54 og 55 seg hovedsakelig lineært. Tidsavstanden mellom reverserings punktene 56 og 57 er omkring 5 millisekunder. Stigetiden mellom eksiteringens nullpunkt og det første reverseringspunktet 56 på kurven 54 er omkring 18 mikrosekunder.

Av og til viser det seg små avvik fra lineariteten i de målte akustiske trykkurvene på figur 12, noe som kan være forårsaket av innspenningen av omformerne i huset eller av diskontinui-teter i overgangen fra'husveggen til membranoverflaten, og interferens fenomener som dermed fremkommer. Slike interferenser kan kompenseres ved korrugasjoner i husveggen, særlig i frontveggen 46, idet hver konveks korrugasjon fører til en løfting av kurvene 54

og 55 og hver konkav krumning i veggen fører til en senkning av kurvene 54 og 55. Figur 13 viser et hus svarende til det på figur 10 og som har en konveks ringformet utbulning 59 og en konkav ringformet innbulning 60 i frontveggen 46. Grensene for slike korrek-sjonsmidler bestemmes av den indre radius på 9,5 centimeter for huset 40 og den ytre radius på 3 5 centimeter for huset 40 vist på figur 13, noe som svarer til frekvenser på omkring 1790 og 486 Hertz, eller overføringstider på 0,28 og 1,02 millisekunder.

Figur 12 viser også at det oppnås meget like kurver for mikrofonene 52 og 53 (fig. 11), skjønt stigningstiden for kurven 54 er betydelig kortere. Høyttaleren som er vist på figur 10, er derfor nesten en utstråler av nullte orden når membranen eksiteres sprangformet.

Dimensjonene av omformerne på figur 6 og 10 avhenger særlig av den ønskede posisjon for de andre reverseringspunktene 33 og 57.

jo mindre huset er, jo kortere er avstanden mellom de to reverseringspunktene 32 og 33 eller 56 og 57. I tillegg øker fall-hastigheten i det akustiske trykket på figur 12 proporsjonalt med økningen av vinkelen 0 vist på figur 11, og dette stemmer med observasjonen av det bratte fallet for et sfærisk hus. Dess mindre vinkelen 0 er, det vil si dess nærmere utsidene av membranene 44

og 45 blir beveget mot symmetriplanet 48, dess bedre er formen av kurvene 54 og 55.

En spesiell fordel med den ovenfor beskrevne høyttaler

er at alle huskonstruksjoner i henhold til oppfinnelsen ikke med-fører noen forringelse, men heller en forbedring av den vanlige frekvenskarakteristikken til hele høyttaleren.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de beskrevne utførel-ses former. Det er således mulig for de to omformerne som er inne-bygd i husets front- og bakvegg f.eks. å være anordnet noe asymme-trisk og ikke nøyaktig koaksialt, selv om de beste resultatene blir oppnådd med et fullstendig symmetrisk arrangement som vist på fig. 10. I tillegg kan to eller flere omformere være anordnet i både husets frontvegg og bakvegg, som antydet på planskissen på figur 14, i hvilket tilfelle det kan oppnås en utmerket retningsvirkning eller retningskarakteristikk ved å anordne en gruppe med flere omformere langs en rett linje, spesielt på'en linje normalt på rotasjonsaksen 41 og normalt på planet til tegningen på figur 10.

I denne forbindelse er det også mulig å bruke hus som ikke er rotasjons-symmetriske, men som har sylindriske front- og bakvegger. I tillegg bør det omhyggelig sørges for at overgangene mellom membranene og husveggene er rene og glatte uten brå overganger, idet virkningen av slike kan ses av kurvene på figur 12. Alle konvensjonelle midler i høyttalerteknikken kan anvendes for dette formål.

I tillegg kan omformeren 43 (fig.10) som er installert

i bakveggen 47, adskille seg fra omformeren 42 som er innbygd i frontveggen 46, og spesielt kan den være billigere og av dårligere kvalitet, idet bare frekvenser som er større enn husdimensjonene må utsendes, ettersom den bakre omformeren blir mindre og mindre viktig ved høyere frekvenser. Dette kan utledes fra det faktum at trykkfallene i kurvene 19 på figur 5 som ble nedtegnet med en mikrofon 16 som vist på figur 4, bare kommer tilsyne etter tidsperioder som tilnærmet svarer til forplantningstidene for lydbølgene fra membranens midtpunkt til enden av huset. Det skal bemerkes at for å forbedre kurvene 20 vist på figur 5, som ble nedtegnet med mikrofonen 17 på figur 4, bør omformere av omtrent samme kvalitet inn-stalleres både i frontveggen og bakveggen, ettersom begge omformerne bidrar vesentlig til det akustiske trykket ved stedet for mikrofonen 17, selv ved midlere frekvenser.

Høyttaleren i henhold til oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå rommessige og tidsmessige oppløsningsvirkninger som tidligere ikke er kjent, i forbindelse med optimal rommessig plassering ikke av høyttalerarrangementet selv, men av lydkildene som skal represen-teres av lydbølgene som skal utsendes. Når det anvendes akustiske omformere som beskrevet i DE-patentskrift nr. 1.815.694 og 2.236.374 og DE-off.skrift nr. 2.500.397, er det den ytterligere fordel at disse omformerne ikke forårsaker noen interferenstrykksignaler i området for de første lydbølgefrontene, noe som er viktig for utstråling som er originaltro, slik at en enkelt systemavhengig resonansfrekvens på omkring 50 Hertz blir oppnådd med slike omformere i høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen, for hele systemet omfattende omformere, membraner og hus. Høyttalerarrange-mentet i henhold til oppfinnelsen muliggjør derfor spesielt musikk-gjengivelse med makeløs skjønnhet og naturtrohet. I tillegg til dette kommer det faktum at intensiteten av utstrålingen fra høyt-talerarrangementet i henhold til oppfinnelsen undergår bare meget små forandringer sammenlignet med høyttalerarrangementer som på

figur 4, uten hensyn til om høyttalerarrangementet er anbragt i friluft eller i et rom og tett opp mot veggen eller nær gulvet. Høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen er uavhengig av

sine omgivelser, på grunn av den pnevmatiske eller akustiske baffel-veggen og den resulterende nøyaktige utstråling av den første bølgefronten.

Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til at den systemavhengige resonansfrekvensen er omkring 50 Hertz, ettersom høyere og lavere resonansfrekvenser kan oppnås ved å endre spesielt membranens overflateareal.

En annen viktig fordel med høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen kan oppnås ved at de to omformerne eller husets front- og bakvegg blir understøttet i forhold til hverandre. Figur 10 viser at omformerne 42 og 43 hver er understøttet i hver sin ring 62 og 63 og de to ringene 62 og 63 er fast forbundet med hverandre ved hjelp av et streverarrangement 64. Som et resultat av denne konstruksjon blir eventuelle reaksjonskrefter som frembringes av de faseparallelle oscillasjonene til drivspolene og membranene i retningene som er antydet med pilene P-^ og • °PP~

tatt av streverarrangementet 64 og ikke overført til huset 40. Det er spesielt fordelaktig at omformerne i tillegg til å være montert i ringene 62 og 63 er isolert og dempet ved hjelp av visko-elastiske gummiringer 65 eller lignende, for å forhindre at vibrasjoner overføres til huset. Alternativt kan omformerne være montert i husveggene på en dempet og isolert måte, mens streverarrangementet er montert på et annet sted, for eksempel i området for de ringformet bulnende delene 59 og 60 (fig.13) for å unngå bøyning av husveggene i disse områdene. I motsetning til konvensjonelle

høyttalerkasser kan derfor huset til høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen lages av betydelig tynnere materialer, for eksempel materialer som er fra 3 til 4 millimeter tykke, uten at dette resulterer i resonansforstyrrelser eller bøyning av huset. Endelig kan de samme forholdsregler tas i det indre av huset for høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen for å unngå resonansforstyrrelser (f.eks. fylling av huset med lydabsorberende materialer), noe som er kjent og vanlig ved konvensjonelle høyt-talerarrangementer. Det samme gjelder for alle andre forholdsregler som ligger utenfor oppfinnelsens grunnleggende idé.

Høyttalerarrangementet i henhold til oppfinnelsen kan henges opp eller settes opp i rommet uten ytterligere montering. To eksempler på dette er vist på figur 15 og 16. Dimensjonene av rammene som kreves for montering av høyttaleren har ikke synderlig innvirkning på beskaffenheten av de første bølgefrontene, ettersom deres dimensjoner er små i sammenligning med de bølgelengder ved hvilke høyttaleren i henhold til oppfinnelsen har sine spesielle fordeler.

Bruksområdet for høyttaleren i henhold til oppfinnelsen er begrenset til de beskrevne eksempler. Et spesielt bruksområde er for eksempel kunsthodestereofoni der det normalt brukes en høretelefon for hvert øre, idet stereo-overføring ikke er mulig med bare en konvensjonell høyttaler. Kunsthodestereofoni kan derimot oppnås med en enkelt høyttaler i henhold til oppfinnelsen, for eksempel som vist på figur 10, ettersom signalet for det ene øret blir tilført en omformer 42 og signalet for det andre øret blir tilført omformeren 43, med polaritet som beskrevet under henvisning til figur 10. Hvis for eksempel høyttaleren henger fra taket i midten av rommet med rotasjonsaksen 41 parallell med taket, blir opptak gjort med det kunstige hodet reprodusert i rommet. Lytteren kan da plassere seg selv ved stedet for kunsthodet, omtrent ved stedet for mikrofonen 53 vist på figur 11, idet det må bemerkes hvor front- og baksiden er lokalisert. Man vil forstå

at etableringen av retningene "foran" og "bak" kan fastslås ved at omformerne blir svakt skråttstilt på den måte som er vist på figur 17, ved å utstyre omformerne med skjermer i likhet med ytre ø-er, eller ved å montere passende skjermanordninger over midten av omformeren. Selv om mange konstruksjoner er mulige med denne kunsthode-reproduksjonen som krever bare ett hus, vil man se at på

bakgrunn av teknikken med løpetids- og intensitets-stereofono som er vanlig idag, synes det mer fordelaktig på det nåværende tidspunkt å anvende en høyttaler (f.eks. som vist på fig.lO) for hvert øresignal og slik at de to eller flere omformerne i hver høyttaler-anordning blir koplet i samme fase.

Endelig er oppfinnelsen ikke begrenset til de husformer som er beskrevet ovenfor under henvisning til figurene 10, 11,

13, 14 og 17. For eksempel kan det også brukes hus som er tilnærmet lik i tverrsnitt til huset på figur 10 og som derfor for eksempel er sekskantet, mens de øvre og nedre endene av disse husene hver er dekket med hver sin flate vegg hvis planrissform svarer til tverrsnittsformen som er vist på figur 10 og derfor også er for eksempel sekskantet. Hybridformer mellom de ovenfor beskrevne husformer er også mulige.

Claims (18)

1. Høyttaler med i det minste to likeartede elektro-aukustiske omformere som for elektrisk påtrykning i samme fase er anordnet i frontveggen henholdsvis i bakveggen på et lukket hus, hvilke to vegger i huset er utformet og anordnet slik at deres avstand avtar mer og mer i retning innenfra og utad, inntil deres ytterkanter grenser til hverandre,karakterisert ved at huset (40) har et. diskosformet tverrsnitt.

2. Høyttaler ifølge krav 1, karakterisert ved at midtaksene for de to omformere (42 og 43) faller sammen.

3. Høyttaler ifølge krav 2, karakterisert ved at huset er rotasjonssymmetrisk og midtaksen for de to omformere (42 og 43) faller sammen med rotasjonsaksen.

4. Høyttaler ifølge et av kravene 1 til 3,karakterisert ved at de to omformere (42 og 43) er anordnet slik i huset (40) at deres membraner (44 og 45) i det vesentlige ligger i flukt med de ytre overflater av de to husvegger (46 og 47) og i aktivert tilstand danner en mest mulig sammenhengende fortsettelse av disse overflater.

5. Høyttaler ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at de to husvegger (46 og 47) i det vesentlige består av koniske flater hvis ytre kanter grenser til hverandre langs en lukket berørings-linje.

6. Høyttaler ifølge et av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at•de to husvegger (46 og 47) består i det vesentlige av kulesegmenter hvis ytre kanter grenser til hverandre langs en lukket berøringslinje, og hvis krumningsradier er større enn radien (a) for den felles berøringslinje.

7. Høyttaler ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at de to husvegger (46 og 47) består av halvskall med samme form og størrelse.

8. Høyttaler ifølge et av kravene 5 til 7, karakterisert ved at tverrmålet (2a) av den felles berøringslinje for de to husvegger (46 og 47) er omkring 70 cm.

9. Høyttaler ifølge et av kravene 5 til 8, karakterisert ved at avstanden mellom de to membraner (44 og 45) henholdsvis mellom midtpartiet av de to husvegger (46 og 47) er mindre enn radien (a) av den felles berøringslinje.

10. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 9,karakterisert ved at de to omformerne (42 og 43) er fast understøttet i forhold til hverandre.

11. Høyttaler i henhold til krav 10, karakterisert ved at hver omformer (42 og 43) er montert i en ring (62 og 63) og de to ringene (62 og 63) er forbundet ved hjelp av en streveranordning(64) .

12. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 11 karakterisert ved at de to husveggene (46 og 47) er fast understøttet i forhold til hverandre.

13. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 12, karakterisert ved at omformerne er montert dempet og isolert i ringene (62 og 6 eller i husveggene (46 og 47).

14. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 13, karakteriser ved at grupper av flere omformere hver er anordnet henholdsvis i frontveggen og bakveggen til huset.

15. Høyttaler i henhold til krav 14, karakterisert ved at hver gruppe av flere omformere er anordnet på hver sin rette linje og omformerne i bakveggen er montert symmetrisk i forhold til omformerne i frontveggen.

16. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 15, karakterisert•ved at konvekse og/eller konkave deler (59 og 60) er dannet i frontveggen (46) .

17. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 16, karakterisert ved at huset er festet i en monteringsinnretning som kan være stående eller henge.

18. Høyttaler i henhold til et av kravene 1 til 17,karakterisert ved at omformerne (42 og 43) har en visko-elastisk membran (44 og 4 5) .