NO770712L - Hoeyttalersystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår lydgjengivelsessystemer og særlig høyttalersystemer av den type som har midler for mekanisk modifi-kasjon av systemenes frekvensrespons.

To populære høyttalersystemer er luftopphengningssystemet (eller det luftforseglede system) og avstemningsportsystemet. Lydgjengivelsesprestasjonene for disse to systemer er vesentlig forskjellige fra hverandre i frekvensområdet under Hz. I dette frekvensområde har luftopphengningssystemet lav virkningsgrad, men en flat lavfrekvens-avrullingskarakteristikk (roll-off karakteristikk), og muliggjør således en vesentlig frekvensrespons ved frekvenser som er mindre enn selv 50 Hz. På den annen side har avstemningsportsystemet en relativ topp i respons ved en frekvens i nærheten av 100 Hz, men en steil lavfrekvéns-avrullingskarakteristikk.

Konstruksjonsdetaljene for både luftopphengningssystemet og avstemningsportsystemet er av kritisk betydning. Som et grunn-leggende trekk har hvert system et lufttett innelukke med en høyt-taler (eller driver) for omforming av et elektrisk signal til lyd og som er montert i en åpning i innelukkets frontvegg. Driverens frontflate retter lyd mot det rom som omgir innelukket, mens driverens bakre overflate retter lyd mot innelukkets indre.

Et karakteristisk trekk ved luftopphengningssytemets konstruksjon er at innelukket tilveiebringer en i det vesentlige perfekt luftforsegling av innelukkets indre. Et annet karakteristisk trekk er at det benyttes en driver med høy elastisitet (compliance). En sådan driver har vibrerende overflater som opp-viser en forholdsvis stor amplitudeforskyvning som reaksjon på et gitt elektrisk signal. Dette senker systemets resonansfrekvens og tilveiebringer en utstrakt lavfrekvensrespons. Innelukkets sammen- føyninger er. vanligvis solid sammenskrudd og limet,, og filt- eller gummipakninger benyttes for å forsegle driveren og eventuelle av-tagbare plater.

Det karakteristiske trekk ved avstemningsportsystemets konstruksjon er anbringelsen av.en port med nøyaktig tverrsnittsareal i innelukkets frontplate. Noen avstemningsportsystemer har dessuten kanaler med nøyaktig tverrsnittsareal og lengde som strekker seg inn i innelukkets indre fra beliggenheten for porten. Porten tillater lydbølgene som utsendes ved hjelp av driverens bakre overflate, å komme ut fra innelukkets indre. De utkommende lydbølger som har en frekvens som er mindre enn ca. 150 Hz, er i det vesentlige i fase med de lydbølger som utsendes fra driverens fremre overflate, og øker derfor systemets effektive respons i

dette frekvensområde.

På tross av de betydelige konstruksjonsfprskjeller mellom luftopphengingssystemet og^systemet med avstemt port, er begge under passende forhold i stand til å tilveiebringe resultater som er tiltalende for de fleste brukere. Den lyd som i virkeligheten høres av lytteren, påvirkes i vesentlig grad av de akustiske egenskaper til det rom hvor, høyttalersystemet er beliggende. Da et høyttalersystem fra tid til annen kan bli benyttet i et antall rom som hvert har forskjellig innvirkning på den lyd som i virkeligheten høres av brukeren, vii et eneste høyttalersystem ikke nødvendigvis forsyne en bruker med ensartet tiltalende ytelse.. Det er følgelig et behov for et høyttalersystem som har en styrbar frekvensrespons, særlig over frekvensområdet på mindre enn 150 Hz som er et kritisk område når det gjelder lyttertilfreds-stillelse.

Noen tidligere forsøk på å ta seg av dette behov for frekvensrespons-styrbarhet har omfattet benyttelse av luker eller klaffer for å blokkere portene i portforsynte høyttalerinnelukker. Selv om sådanne systemer er generelt tilfredsstillende, har de tilveiebrakt mindre enn optimal ytelse og er ikke blitt generelt akseptert av kresne lyttere.

Denne uantagelighet har i første rekke skyldes sådanne systemers manglende evne . til å tåle den sterkt vibrerende omgivelse. De lydvibrasjoner som genereres av driverne, har en ten dens til å bringe klaffene til å rasle eller klirre og derfor til å forstyrre den gjengitte lyd. En ekstra ulempe ved de systemer som benytter luker eller klaffer, er at de ikke .er i stand til å tilveiebringe en luftforsegling som er tilstrekkelig til å lette lydgjengivelsen for et ekte luftopphengningssystem.

Av det foregående vil det innsees at det er et klart

behov for et høyttalersystem med en mekanisk styrbar frekvensrespons, og særlig et. system som tilveiebringer én tiltalende lyd-gjengivelse som er ekvivalent med enten et luftopphengningssystem eller et system med avstemt port, samtidig som det unngår de for-styrrende virkninger av de vibrasjoner som frembringes av den gjengitte lyd. Den foreliggende oppfinnelse innfrir dette behov.

O<p>pfinnelsen tilveiebringer et enestående høyttalersy-stem som har en mekanisk styrbar frekvensrespons som tillater utvelgelse av en lydgjengivelseskarakteristikk som er ekvivalent med. karakteristikken for enten et<f>optimalt konstruert luftopphengningssystem eller et optimalt konstruert avstemningsportsystem. Høyt-talersystemet er dessuten konstruert for å tilveiebringe full ytelse uten hensyn til det vibrasjonsnivå som dannes av den gjengitte lyd.

Mer spesielt omfatter et høyttalersystem som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, et konvensjonelt, lufttett innelukke som har topp-bunn-, front-, bak- og sidevegger som er solid sammenføyd for å danne et lufttett indre. En konvensjonell høyttaler (eller driver) med høy komplians er montert i innelukkets frontvegg, slik at innelukket og driveren kan arbeide som et luftopphengningssystem.

Innelukket omfatter midler for avgrensning av en avstemt portåpning gjennom frontveggen, slik at innelukket og driveren kan arbeide som et avstemningsportsystem. Høyttalersystemet omfatter . videre en plugganordning som er selektivt innførbar.i den avstemte portåpning for i det vesentlige å avtette innelukkets indre, slik at høyttalersystemet er selektivt konvertibelt eller omstillbart

til enten et luftopphengningssystem eller et avstemningsportsystem.

Større fleksibilitet når det gjelder valg av en passende frekvensresponskarakteristikk tilbys ved at brukeren forsynes med en rekke pluggandrdninger som hver tillater en forskjellig grad av luftkommunikasjon mellom det rom som omgir innelukket, og innelukkets indre.

Av det foregående vil det innses at oppfinnelsen repre-senterer et betydelig fremskritt når det gjelder konstruksjon av høyttalersystemer. Den tilveiebringer spesielt et høyttalersy-stem som har evne til å gjengi en lyd som er tiltalende, for nesten alle brukere av lydgjengivelsesutstyr.

Andre sider og fordeler ved oppfinnelsen vil. fremgå av den etterfølgende nærmere beskrivelse under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et perspektivisk bilde av høyttalersy-stemet med demperpluggmontasjen innført i porten, fig. 2 viser et snittbilde med demperpluggmontasjen fjernet fra porten, fig. 3 viser et snittbilde etter linjen 3-3 på fig. 1, og .fig.4 viser en grafisk representasjon av høyttalersystemets frekvensrespons med både demperpluggen fjernet og demperpluggen innsatt.

Som vist på tegningene, er oppfinnelsen innbygget i et høyttalersystem som kan kontrolleres manuelt av brukeren for å tilveiebringe lydgjengivelsesytelsen for enten et luftopphengningssystem eller et avstemningsportsystem. Visse tidligere kjente anordninger var konstruert for å oppnå liknende resultater ved å ut-styre portforsynte høyttalerinnelukker med luker eller klaffer for selektiv luftforsegling av portene. Disse anordninger er imidler-tid ikke i stand til å tilveiebringe tilfredsstillende ytelse ved høye lydnivåer, på grunn av klaffenes tendens til å vibrere som reaksjon på de lavfrekvente lydbølger.. Disse anordninger var v iderWi<e>stand til å tilveiebringe den nødvendige lufttetthet for et luftopphengningssystem. Høyttalersystemet ifølge oppfinnelsen kan styres for å tilveiebringe tiltalende ytelse som er ekvivalent med ytelsen for både luftopphengningssystemer og avstemningsport-systerner, uten de foran beskrevne ulemper ved den. kjente teknikk.

Kort sammenfattet omfatter det på fig. 1 viste høyttaler-system ifølge oppfinnelsen ét konvensjonelt innelukke av kabinett-typen i hvilket det er montert en driver 11 med høy komplians. En port 13 er dannet i innelukket, slik at systemet kan arbeide som et avstemt portsystem. I porten 13 kan det selektivt innføres en demperpluggmontasje 15 som tilveiebringer en tetning av innelukkets indre, slik at systemet kan arbeide som et luftopphengningssystem.

Idet konstruksjonen betraktes noe mer detaljert, omfatter et høyttalersystem i overensstemmelse med oppfinnelsen et i hovedsaken ikke-vibrerbart innelukke som har en bunnvegg 17, en toppvegg 19, sidevegger 21 og 23, en bakvegg 22 og en frontvegg 27 som alle er festet til hverandre ved hjelp av skruer, lim eller liknende. Innelukket har en eller flere åpninger dannet i en av veggene for innføring av et tilsvarende antall konvensjonelle, elektroakustiske omformere (eller drivere). I den viste utførelse er frontveggen 27 utformet med tre åpninger 29, 31 og 33 for inn-føring henholdsvis av den konvensjonelle lavfrekvens-driver 11 (basshøyttaler eller "woofer"), en konvensjonell mellomområde-driver . 35 og en konvensjonell høyfrekvens-driver 37 (diskanthøyttaler eller "tweeter").

Lavfrekvensdriveren 11 har et forholdsvis stort, vibrerbart element med en fremre overflate 39 og en bakre overflate 41. Konvensjonell vibrerende bevegelse av overflatene 39 og 41 forårsaker utsendelse.av akustisk energi (lyd), idet energien som utsendes fra den fremre overflate 39, er rettet^mot det rom som omgir innelukket, og den energi som utsendes av den bakre overflate 41,

er rettet mot innelukkets indre.

Mellomområdedriveren 35, som er montert i åpningen 31,

har et vibrerbart element med en fremre overflate 43 og en bakre overflate 45.. Konvensjonell vibrerende bevegelse av overflatene 43 og 45 forårsaker at akustisk energi ved hjelp av frontflaten 43 rettes mot det rom som omgir innelukket, og ved hjelp av den bakre overflate 45 rettes mot det indre av et separat, lufttett boksinnelukke 47. Likeledes har høyfrekyenshøyttaleren 37, som er montert i åpningen 33, et vibrerende element (som kan være et metallhorn) med en fremre overflate 4 9 og en bakre overflate 51. Konvensjonell vibrerende bevegelse av overflatene 49 og 51 forårsaker at akustisk energi ved hjelp av frontflaten 49 rettes mot det rom som omgir innelukket, og ved hjelp av den bakre overflate 51 rettes mot det indre av et. separat, lufttett boksinnelukke 53. De to boksinnelukkers 47 og 53 funksjon skal forklares senere.

Den viste utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen

har et overkrysningsnettverk og overkrysningskontroller 55 for å begrense det frekvensspektrum av elektriske signaler som tilføres til hver av de tre drivere 11, 35 og 37.

Porten 13 har fortrinnsvis vanligvis sirkulær form og

er fortrinnsvis beliggende i samme vegg som, og mer enn 5 cm fra, lavfrekvensdriveren 11. En kanal 5 7 strekker seg inn i innelukkets indre fra portens beliggenhet. Det indre av kanalen 57 har en tverrsnittsform og et areal som fortrinnsvis er identisk med tverrsnittsformen og arealet av porten 13 og er konstruert av hvilket som helst passende materiale, såsom kartong eller plast. Ytterligere informasjon angående riktig konstruksjon av porten 13 og kanalen 57 kan finnes i Tremaine, Audio Cyclopedia, utgitt av Howard W. Sams&Co., Inc., 1969, sidene 1102 og 1103.

Hensikten med porten 13 og kanalen 57 er å tillate den akustiske energi som utsendes fra lavfrekvensdriverens 11 bakre overflate 41, å komme ut fra innelukkets indre. Mer spesielt frembringer porten 13 og kanalen 57 en resonans mellom den akustiske kapasitet av innelukkets indre og den luft som er innelukket innenfor portens 13 begrensninger. Lengden og tverrsnittsarealet av kanalens 57 indre er valgt for å otpimere avstemningsportkon-struksjonen for det spesielle indre volum av innelukket og den spesielle friluft-resonansfrekvens for lavfrekvenshøyttaleren 11..

Som et eksempel, i overensstemmelse med de tabeller som fremgår av ovennevnte Tremaine-publikasjon, er en sirkulær port med en diameter på ca. 12 cm og én sylindrisk kanal med en diameter på ca. 12 cm og en lengde på ca. 14 cm passende for et innelukke som har et indre volum på ca. 56,6 dm 3 og en friluft-resonansfrekvens for lavfrekvensdriveren på 50 Hz.

Utvelgelse av optimale indre dimensjoner av kanalen 57 muliggjør en jevnt avtoppet lvfrekvensrespons. Denne responstopp opptrer på grunn av at den akustiske impedans av innelukkets indre forårsaker en 180 faseforskyvning av de lavfrekvente lydbølger (mindre enn 150 Hz) som: utsendes av den bakre., overflate av lavf re-kvensdr iveren 11 og ledes gjennom porten 13. Disse portledede lydbølger er derfor i fase med de lavfrekvente lydbølger som utsendes av lavfrekvenshøyttalerens 11 frontflate 39, og system-responsen under 150 Hzøkes effektivt.

Porten 13 kan avtettes selektivt ved hjelp av hvilken

som helst passende plugganordning. Viktige trekk som må finnes i en passende plugganordning, omfatter evnen til å tilveiebringe en i det vesentlige perfekt luftforsegling av innelukkets indre, evnen til lettvint innføring i og fjerning fra porten 13 og kanalen 37, og evnen til å fungere i en omgivelse med høy vibrasjon uten å vibrere og frembringe sin egen lyd. Et eksempel på en sådan plugganordning er den demperpluggmontasje 15 som er vist på fig. 2.

Demperpluggmontasjen 15 omfatter en elastisk sammentrykkbar plugg 59, to brikker 61 og 63, en stang 65 og et håndtak 67. Pluggen 59 er konstruert av et egnet sammentrykkbart materiale, såsom semiretikulert skum eller skum med lukkede celler, og har et tverrsnitt som er noe større enn, men i det vesentlige samme form som det indre av kanalen 57. Selv om det ikke er kritisk, har pluggen 59 fortrinnsvis samme lengde som kanalen 57 og maksimerer derved demperpluggmontasjens 15 lufttettende evne. Brikkene 61 og 63 er beliggende ved respekt.ive<v>ender av pluggen 51, og stangen 65 strekker seg aksialt gjennom pluggen 59 og gjennom brikkene 61 og 63, i inngrep med håndtaket 67.

I overensstemmelse med oppfinnelsen blir demperpluggmontasjen 15 innført i porten 13 og kanalen 57 ved at pluggen 59 sam-mentrykkes manuelt til den kan passe inn i portens 13 tverrsnitt. Håndtaket 6 7 og/eller brikken 63 skyves deretter inn til de er i hovedsaken i flukt med innelukkets frontvegg 27, som vist på fig. 3. Det radiale trykk som utøves av den sammentrykte plugg 59, tilveiebringer tilstrekkelig kraft til å understøtte demperpluggmontasjen 15 i stilling i kanalen 57. Demperpluggmontasjen fjernes fra kanalen 57 ved å trekke manuelt i håndtaket 67 for å føre mon-tasjen ut.

Det vil innses at den foran omtalte demperpluggmontasje

15 bare er en utførelse av dette trekk ved oppfinnelsen. Enhver plugganordning som holdes på plass i porten og kanalen og som i det vesentlige tetter porten, kan benyttes for å realisere oppfinnelsen. For eksempel har en utførelse av oppfinnelsen en forholdsvis ikke-sammentrykkbar plugganordning for innføring i en sammentrykkbar port og kanal. En annen utførelse har en massiv plugganordning med den generelle form av en skive og som har fjærende omkrets for sneppinngrep med porten og kanalen..

Typiske frekvensresponser.for høyttalersystemet ved frekvenser under 200 Hz, både med demperpluggmontasjen 15 innført

i og fjernet fra porten 13 og kanalen 57, er grafisk vist på fig.

4. Med demperpluggmontasjen 15 innført er høyttalersystemets

frekvensrespons ekvivalent med responsen for et luftopphengings-'system,, dvs. med en lav virkningsgrad, men med en flat lavfrekvens-åvrullingskarakteristikk. Med demperpluggmontasjen 15 fjernet er frekvensresponsen ekvivalent med responsen for et avstemt portsystem, dvs. med en relativ topp ved en frekvens.i nærheten av 100 Hz, men med en steil lavfrekvens-avrullingskarakteristikk..

I overensstemmelse med konvensjonell konstruksjonstek-nikk for avstemningsportsystemer er mellomområdedriveren 35 og høyfrekvensdriveren 37 montert i lufttette boksinnelukker 4 7 hhv. 53. Hensikten med disse innelukker er å avtette og derved be-laste de bakre overflater av de to drivere. Dette gir høyttaler-systemet en forbedret frekvensrespons ved at det tillater at bare lydehergien som utsendes fra lavfrekvensdriverens 11 bakre overflate 41, ledes gjennom den avstemte kanal 57 og port 13.

Optimal konstruksjon av et luftopphengningssystem krever en perfekt luftavtetting av innelukkets indre. Optimal konstruksjon av et avstemningsportsystem krever videre en perfekt luftavtetting på alle andre steder enn porten. Alle sammenføyninger mellom veggene 17, 19, 21, 23, 25 og 27 og mellom de. tre høyt-talere 11, 35 og 37 og åpningene 29, 31 og 33 i hvilke de respek-tive høyttalere er montert, og mellom eventuelt andre elementer hvor luftforbindelse mellom rommet som omgir innelukket og innelukkets indre kunne inntreffe, er følgelig tettet ved hjelp av passende anordninger, såsom lim, skruer, og filt- eller gummipakninger. Når demperpluggmontasjen 15 innføres i porten 13 og kanalen 57, tilveiebringes dessuten en i hovedsaken perfekt avtetting; av innelukkets indre.

De innadvendende sider av innelukkets vegger er full-stendig f6ret med et passende isolasjonsmateriale for akustisk absorpsjon, såsom glassfiber, for tilbakebelastning av lavfrekvensdriveren 11.

Frontveggen 27 av høyttalerens innelukke er fortrinnsvis dekket av en dekorativ grill 6.9 som holdes på plass ved hjelp

av en vilkårlig passende anordning.

Selv om tilfredsstillende, resultater vanligvis oppnås ved hjelp av midlene i:f or valg av"éfiten et luf topphengningssystem eller et avstemningsportsystem, kan enkelte kresne brukere ønske enda mer fleksibilitet ved valg av en passende frekvensresponskarakteristikk. Oppfinnelsen kan tilveiebringe sådan fleksibilitet ved å tillate brukeren å velge fira en rekke demperplugger som hver har suksessivt lavere tetthet og luftavtettende evne. Hver sådan plugg tillater suksessivt større grad av luftkommunikasjon mellom det rom som omgir innelukket og innelukkets indre. Dette tillater systemet å tilveiebringe et bredt område av ytelser-, som strekker seg fra området for et luftopphengningssystem til området for et avstemningsportsystem.

Selv om høyttalersystemet er:tblitt beskrevet i forbindelse med en foretrukket utførelse, vil det innses av en fagmann på området at modifikasjoner kan/gjøres som fremdeles vil ligge innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (7)

1. Høyttalerinnretning med midler for selektiv kontroll av dens lavfrekvensrespons,. karakterisert ved at den omfatter en driverenhet, et innelukke for driverenheten som omfatter et antall vegger som er sammenføyd med tettende pasning, idet en av veggene har en åpning for opptagelse av driverenheten, slik at driverenheten og innelukket kan operere som et luftopphengningssystem, en anordning som begrenser en avstemningsportåpning gjennom en av de nevnte vegger for å tilveiebringe forbindelse mellom rommet som omgir innelukket og det indre av innelukket, slik at driverenheten., innelukket og den nevnte port kan operere som et avstemningsportsystem, og en plugganordning som er selektivt innførbar i portåpningen for å blokkere en forutbestemt del av den nevnte forbindelse. .

2. Innretning.ifølge krav 1, karakterisert ved at plugganordningen blokkerer hele den nevnte forbindelse, slik at innretningen virker som et luftopphengningssystem.

3.. Innretning ifølge krav 1,- karakterisert ved at plugganordningen omfatter et elastisk sammentrykkbart element som er i en sammentrykket tilstand når plugganordningen er anbrakt i den nevnte port.

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at plugganordningen videre omfatter en i det vesentlige stiv støttestruktur for å lette anordningens innføring i og fjerning fra porten.

5. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en kanal med et tverrsnittsareal og en form som i hovedsaken er den samme som for den nevnte port, idet kanalen strekker seg inn i innelukkets indre ved beliggenheten for porten

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at driveren og porten er beliggende på samme vegg av innelukket.

7. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at plugganordningen omfatter et antall plugger som er indivi-duelt innførbare i den nevnte port.