DE8331113U1 - Exponentialgehaeuse fuer basslautsprecher - Google Patents

Description

Gebraucb-smusteranmeldung

Berndt Stark
Leimbornetraße 38
3500 Kassel

Exponentialgehause für Baßlautsprecher

Seit Jahrzehnten werden Exponential-Trichter in einer speziellen Form von Lautsprechergehäusen auch in Kombination mit Baßlautsprechern zur schallverstärkten Wiedergabe niedriger Frequenzen eingesetzt.

Bei der Verwendung eines Exponentialtrichters,d.h. eines Trichters,dessen Querschnittsfläche sich zum Ende hin nach einer Exponentialfunktion erweitertest es üblich, zwischen Lautsprechermembran und Trichterhals (Trichteranfang) eine Druckkammer einzufügen - ein genau festgelegtes Luftvolumen,das die Membranbewegungen dämpft und der Lautsprecher -Trichter-Kombination eine obere Übertragungsgrenze im Frequenzumfang setzt.

Die unterschiedlichen Druck- und Strömungverhältniese am Tirichterhals und Trichtermund (Trichterende) erwirken eine Geschwindigkeitstransformation bei dem abgestrahlten Schall.Das Ausmaß dieser Geschwindigkeitstransformation ist im wesentlichen durch das Verhältnis Trichtermundfläche : Trichterhalsfläche festgelegt und führt zu einem höheren Schalldruck des Lautsprechers bei geringeren Membranbewegungen und damit theoretisch auch bei geringeren nichtlinearen Verzerrungen (Intermodulation, Klirr).

Hinter der Lautsprechermembran befindet sich üblicherweise ein geschlossenes Gehäuse,damit die vom Lautsprecher rückwärtig abgestrahlten Schallwellen nicht mit den frontal abgestrahlten interferieren und sich nicht gegenseitig auslöschen.

Um ohne größere Verzerrungen Frequenzen bis hinab zu 40 Hz übertragen zu können,was für eine hochwertige Baßwiedergabe allgemein gefordert wird,muß ein Exponential« trichter normalerweise extrem große Abmessungen aufweisen. Um jedoch einigermaßen „wohnliche" Abmessungen zu erzielen, ist es üblich,Trichter für die Baßwiedergabe in Wohnräumen so zu konstruieren,daß sie in einer Raumecke aufgestellt werden müssen.Der Abstrahlwinkel wird dadurch von 4-Π (freier Raum) auf 0,5TT reduziert und der Trichtermund braucht nur noch ein Achtel der Fläche aufzuweisen wie unter Freiraumbedingungen.

Weiterhin ist es üblich,einen Baßtrichter mehrfach umzulenken bzw. zu falten, und in zv/ei Hälften aufzuteilen um dadurch Raum zu sparen.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgaben gestellt:

1) Die linearen und nichtlinearen Verzerrungen eines Exponentialtrichters auf ein Minimum zu reduzieren,

2) Die Abmessungen des Trichters auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren,

3) Die Herstellung der Trichter-Gehäusekombination weitestgehend zu vereinfachen und zu verbilligen,

4) Eine Anpassung der Trichtereigenschaften an die akustischen Verhältnisse des Wohnraums (auch nachträglich) zu ermöglichen.

Zwei Faktoren haben einen ungünstigen Einfluß auf die linearen Verzerrungen (Frequenzgang) eines Trichters: a) Reflexionen am Trichtermund bei niedrigen Frequenzen (Näheres dazu unter Punkt 4-) , b) Phasendrehungen und Interferenzen bei mittleren bis höheren Frequenzen durch die Richtungsänderungen an den Faltstellen eines Trichters.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch den Einsatz von nur einer Faltung,d.h. nur einer Richtungsänderung des Trichterverlaufs.

Die meisten dem St.d.T. entnehmbaren Baßtrichter weisen drei oder mehr Faltstellen auf und sind daher nur bis max. 250 Hz voll wirksam ; die Erfindung ermöglicht eine uneingeschränkte V/irsamkeit bis ca. 5OO Hz.

Die nichtlinearen Verzerrungen werden mithilfe eines Trichters run ein Ausmaß verringert, das dem Verhältnis

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zwischen Trichterhalsfläche (Eingangsfläche) und Trichtermundflache (Ausgangsfläche) entspricht. Bei den meisten dem St.d«T« entnehmbaren Trichtern wird daher die Trichterhalsfläche auf ein Minimum reduziert, wodurch gleichzeitig die schall«srerstärkende Wirkung des Trichters erhöht werden soll.

Eine Verkleinerung der Trichterhalsöffnung (und damit zwangsläufig auch des Druckkammervolumens) führt jedoch, bei kijflistanter Membranfläche,zu einer erhöhten Kompression der Luft am Trichterhals. Dadurch sinkt nun der Schalldruck des Lautsprechers wieder _v und gleichzeitig erhöhen sich die nichtlinearen Verzerrungen ,die von dem unter hohen Druck gesetzten Luftvolumen verursacht werden. Außerdem macht eine geringere Trichterhalsfläche einen längeren Trichter erforderlich,der zu größeren linearen Verzerrungen führen kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Verwendung einer Trichterhalsfläche,die vergleichsweise groß ist (halb so groß wie die Membranfläche des verwendeten Baßlautsprechers) und dementsprechend auch ein relativ großes Druckkammervolumen erlaubt,bzw. sogar erforderlich macht. Lineare und nichtlineare Verzerrungen werden dadurch auf einem Minimalwert gehalten.

Die erforderlichen Abmessungen eines Exponentialtrichters sind u«a. durch das Verhältnis Trichtermundfläche : Trichterhalsfläche festgelegt.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe daher erstens

durch, den Einsatz einer Trichterhalsflache,die halb so groß ist wie die Membranfläche des Baßlautsprechers. fy

Aber noch ein zweiter Faktor ist entscheidend. ■ ·

Die erforderliche Größe der Trichtermundfläche wird u.a. \i von der angestrebten unteren Grenzfrequenz eines Trichters §| bestinunt. Es ist jedoch erwiesen,daß bei der Eckauf- |"

stellung eines Baßtrichters, die Zimmerwände eine effek- § tive Verlängerung und Vergrößerung des eigentlichen Trichters bewirken.

In Wohnräumen üblicher Abmessungen liegt die tatsächliche untere Grenzfrequenz dementsprechend um 20# bis 50$ niedriger als die rechnerische untere Grenzfrequenz.

Dementsprechend löst die Erfindung die Aufgabe dadurch,daß die untere Grenzfrequenz bei der Berechnung des Trichters um ca. 3556 höher gewählt wird als üblich,und,daß die errechnete Trichterlänge und die Trichtermundfläche um jeweils 10fi verringert werden.

Die meisten dem St.d.T. zu entnehmenden Baßtrichter für Eckaufstellung bestehen aus mehr als 30 verschiedenen Holzplatten, die bis zu sieben verschiedene WinkeIfräsungen für die Stoßkanten aufweisen (müssen) .

Die Erfindung löst die hier gestellte Aufgabe durch die Konstruktion eines vergleichsweise kleinen und kurzen,nur einmal gefalteten Trichters,der aus weniger als 25 Holzplatten besteht,der nur zwei verschiedene Winkelfräsungen für die Stoßkanten erforderlich macht und,der eine nach konstruktiven Gesichtspunkten optimierte Formgebung aufweist.

Die meisten dem St.d.T. zu entnehmenden Exponentialtrichter neigen im Bereich ihrer unteren Grenzfrequenz prinzipbedingt zu beträchtlichen linearen Verzerrungen.

Bei üblichen Baßtrichtem-. die f ür die Aufstellung in der Ecke eines Wohnraums konzipiert sind,führt das effektiv zu einer Senke im Frequenzgang etwa zwischen 50 Hz und 80 Hz. Diese Schwäche ist normalerweise nicht auffällig, denn in den Ecken aufgestellte Lautsprecherboxen regen die Resonanzen eines Raums besonders stark an. Die meisten Wohnräume haben aufgrund ihrer Abmessungen ausgeprägte Resonanzen zwischen 50 Hz und 80 Hz und treiben die Wiedergabelautstärke in diesem Frequenzbereich künstlich in die Höhe. Effektiv tritt daher die Senke im Frequenzgang der Baßtrichter meist nicht in Erscheinung« Bei den dem St.d.T. zu entnehmenden Baßtrichtern für Eckaufstellung bleibt jedoch die Tatsache unberücksichtigt, daß sehr große Räume,sowie durch Holzvertäfelung o.a. stark gedämpfte Räume zu keinen ausgeprägten Resonanzen zwischen 5o Hz und 80 Hz neigen, unter solchen Umständen n.acht sich die prinzipbedingte Schwäche von Baßtrichtern dann doch bemerkbar.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine (auch nachträglich) leicht durchführbare Reduzierung des geschlossenen Gehäus^volumens hinter der Lautsprechermembran etwa auf die Hälfte.

Die Lösung bewirkt effektiv,daß der eingebaute Baßlautsprecher (anstelle des Wohnraums) eine relativ hohe und stark ausgeprägte Resonanz aufweist,die die vom Trichter hervorgerufene Senke im Frequenzgang zwischen 50 Hz und 80 Hz kompensiert.

* ♦

Aber noch ein weiterer Punkt soll nicht unberücksichtigt bleiben. Bei den dem St.d.T, zu entnehmenden Eckhörnern sind Baß- und Mittelhochtoneinheit untrennbar miteinander verbunden.Da die Baßtrichter und damit auch die Mittelhochtonlautsprecher in den Raumecken plaziert werden müssen, ist die Strereobasisbreite durch die Raumabmessungen festgelegt. In den meisten Hörräumen haben die zwei für Stereobetrieb erforderlichen Lautsprecherboxen einen ungewöhnlich großen Abstand voneinander,was zu einer räumlich unnatürlichen Stereowiedergabe führt.

Da Frequenzen unterhalb etwa 400 Hz nicht richtungsmäßig ortbar sind,löst die Erfindung diese Aufgabe durch den Einsatz einer völlig separaten Mittelhochtoüeinheit zur Wiedergabe von Frequenzen oberhalb 350 Hs. Die beiden für Stereobf;trieb erforderlichen Mittelhochtoneinheiten können zwischen den beidrn Baßtrichtern plaziert werden und ermöglichen somit eine individuelle Wahl der Stereobasisbreite.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Konstruktionszeichnungen näher erläutert:

Ea zeigen:

Fig. 1 Querschnitt durch das Exponential

Fig. 2 Längsschnitt durch das Exponential-Gehäuse

Fig. 3 Aufsicht der Schallwand mit den erforderlichen Öffnungen

Fig. 4- Aufste llungs Variante für Baß- und Mittelhochtoneinheit

Aus Fig. 1 ist die Membran (7) des Baßlautsprechere (6) ersichtlich,von der aus der Schall über die Druckkammer (8) und die TrichterhalsÖffnung (9) in den eigentlichen Trichter (12) gelangt,der nur eine Faltsrelle (11) aufweist. Weiterhin ist ersichtlich,daß die Zimmerwände (1),(1') einen Bestandteil und gleichzeitig eine Verlängerung des Trichters darstellen.

Der von der Lautsprechermembran (7) nach hinten abgestrahlte Schall v/ird in drei Kammern (5) , (5'), (10) eliminiert.Die beiden kleinen Kammern (5)»(5') sind über kleine ausgesägte Öffnungen in der Schallwand (4· ; 16) mit der großen Kammer (10) verbunden.

Für die u.U. angestrebte Linearisierung des Prequenzgangs zwischen 50 Hz und 80 Hz ist das Gehäusevolumen hinter der Membran mithilfe zweier Holzplatten (3)»(3') etwa auf die Hälfte zu reduzieren.Die Öffnungen zwischen den kleinen und der großen Kammer (16 ; Fig. 3) sind dann nicht erforderlich, bzw.müssen nachträglich abgedichtet v/erden.

Alle erforderlichen Fräsungen der Stoßkanten,z.E. bei den Platten (13),(14·) ,(15)» etc. (s.a. Fig.2) betragen entweder ca. J^" oder 56*.

Fig. 4 zeigt die separate Aufstellung von Baßtrichter und Mittelhochtoneinheit.

* » ·■·· lit·

• · · · r I

Bezugszeichenliste:

d),(i') -	Zimmerwände
(2),(2') =	Trichtermundöffnung
(3),(3') =	Zuaatzbretter zur evtl. Volumenverringerrung
	des geschlossenen Gehäuses hinter der Membran
(*>	Schallwand
(5),(5') =	kleine Gehäusekammern
(β)	Baßlautsprecher
(7)	Lautsprechermembran
(8)	Druckkammer
(9)	Trichterhalsöffnung
(1o)	große Gehäusekammer
(11)	Faltstelle des Trichters
(12)	Trichter
(13),(14)_	einige der Bretter,deren Stoßkanten gefräst
(15)	werden müssen
(16)	kleine Verbindungsöffnungen in der Schallwand
(17)	Mittelhochtoneinheit

ι ι τ t t

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1) Exponential-Gehäuse für Baßlautsprecher zur hochwertigen Musikubertragung in Wohnräumen, dadurch gekennzeichnet,daß die Fläche der Trichterhalsöffnung etwa der halben Membranfläche entspricht,daß der Trichter am vorderen Ende gegenüber den theoretischen Berechnungen um 10% gekürzt ist, daß die Fläche der Trichtermundöffnung um etwa 1056 unter der rechnerischen Öffnungsfläche liegt, daß es eine Faltung des Trichterverlaufs aufweist, daß es aus weniger als 25 Holzplatten besteht und zwei Fräswinkel aufweist, daß seine technischen Eigenschaften durch eine Verringerung des geschlossenen Volumens hinter der Lautsprechermembran jederzeit veränderbar sind.

   2) Exponential-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Trichterhalaöffnung (430 cm²) etwa der halben Membranoberfläche des Baßlautsprechers (850 cm²) entspricht.

   5) Exponential-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Länge des Trichters (1 m) um etwa 1096 geringer ist als die rechnerische Länge (1,1 m).

   4) Exponential-Gehäuse.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Querschnittsfläche der Mundöffnung (3400 cm ) um etwa 1096 unter der rechnerischen Querschnittsfläche (3890 cm²) liegt.

   5) Exponentialgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter zwischen Halsöffnung und Mundöffnung eine Richtungsänderung aufweist,

   6) Exponential-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus weniger als 25 Holzplatten besteht und für die Stoßkanten einiger Bretter Prägungen mit den Winkeln 34° und 56° erforderlich macht.

   7) Exponential-Gehäuse nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldruck zwischen 50 Hz und 80 Hz jederzeit erhöht werden kann,indem das geschlossene Volumen hinter der Baßmembran halbiert wird und dann statt 100 1 nur etwa 50 1 aufweist ,nachdem die kleinen öffnungen in der Schallwand,die

   die Gehäusekammern akustisch miteinander verbinden,verschlossen sind und zwei zusätzliche Holzplatten in der großen j Gehäusekammer angebracht sind.

   8) Exponential-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche beginnend bei der riälsöffruing gemäß einer Exponentialfunktion erhöht,wobei gilt:

   - ^AH

   f.

   Querschnittsfläche im A/bstand χ von der Halsöffnung

   Entfernung von der Halsöffnung in Metern Querschnittsfläche der Halsöffnung; hier 4-30 cm

   Trichterkonstante = * ^π ' gr ; hier k=2

   rechnerische untere Grenzfrequenz; hier 55 Hz Schallgeschwindigkeit = 344- m/Sek.

   und für die gesamte Trichterlänge:

   ^xmax ^{= lin} F"""

   H ;m hier 1,1m

   und bei der Aufstellung eines Baßtrichters in einer Haumecke: _A . (jl\². 10* _a

   M ~ \^rgr/ ; cni hier 3890 cnr

   2²·Π · 2⁵

   und für das Druckkammervolumen:

   c At?
   V = 2 ; l hier etwa 5 1

   2* TC *f »10

   *· max

   f : höchste zu übertragende üTreauenz des Trichters; max „ ^σ

   hier etwa 450 Hz