DE8903591U1 - Schallführung für Schallwandler mit kreisförmiger Membran - Google Patents

Description

• 111

Gebrauchsnusteranmeldung

Anmelder:

Schlicht, Conrad, Dipl.-Ing.

Kramerstr. 20
D-3300 Braunschweig (DE)

Erfinder:

Schlicht, Conrad, Dipl.-Ing.

Kramerstr. 20

D-3300 Bra^iechw^g (DE)

Bartsch, Wolfgang, TMpI.-Ing.

Triftweg 66

D-3iJ00 Braunschweig (DB?

1. SchaUfOhrung ti··* Schallwandler mit kreisförmiger Membran

2.1 Hohe Wirkungsgrade lassen sich durch elektrodynamische Lautsprecher mit akustischen Transformatoren erzielen. Hierbei liegt das Problem In der Ausgestaltung der Druckkammer vor der Membran bezüglich ihrer Nachgiebigkeit und ihrer Eigenresonanzen sowie in der Ausgestaltung des Hornhalses vor der Druckkammer bezüglich seiner Geometrie und der erwünschten akustischen Bandpaßeigenschaften. Die neue Konstruktion soll einen resonanzfreien Wiedergabeberelch bei hohem Wirkungsgrad und günstigem Abstrahlverhalten ermöglichen.

2.2 Die Nachgiebigkeit der Druckkammer (3) wird klein gehalten, indem die runde Druckkammer der Membranform nachgebildet wird. Der Auslaß der Druckkammer wird als RIn;; ausgestaltet, wobei die Volumenströme aus dem inneren Miembiantel) und dem äußeren Membranteil gleich ß^in sollen. Die tiefste Elgenresonanz dor Kammer wird dabei unterdrückt, höhere Eigenresonanzen llognn außerhalb des Wiedergabeberelchs. Der Ringspalt wird durch einen Hornhals (2) fortgesetzt, dessen Inneritell der Form einer Meißelspitze entspricht und dessen Außenkontur durch eines Konus gebildet wird, bei dem durch Mantelschnitte soviel Querschnitt entfernt wird, so daß die verbleien Schlicht, Schallführung für Schnllwandler mit kreisförmiger Membran, DGBM-Antrag v. 20.3.^9. .··. .··. ·· : ;· · .··. .:

benden querschnitte einer hyperbolischen oder exponentiellen Ei Weiterungsfunktion entlang der Hornachse gehorchen.

2.3 Die Konstruktion ermöglicht die Verwendung herkömmlicher Membranlaut-C Sprecher (5) als Treiber für Hornsysteme. Insbesondere im Mitteltonbereich (200 bis 2000Hz) für Bühnenbeschallung hoher Leistung.

1. Schallfflhrung für Schallwandler mit kreisförmiger Membran

Die Erfindung betrifft die Konstruktion einer Schallführung für roi. "tlons■■ symmetrische Lautsprecher Insbesondere Im Mitteltonbereich (200 bis '!000Hz) für den Einsatz In Beschallungsystemen hoher Leistung. Bisherig·; Lösungen von Hornlautsprechern zur Verwendung In diesem Frequenzbereich beruhen auf aufwendigen Gestaltui >n der Druckkammer und dor von Ihnen wegführenden öffnungen. Als Beispiel sei hler /1/ genannt, das die· öffnungen der Druckkammer In Form mehrerer Ringe und eines Lochs mit sich erweiternden Querschnitten zeigt. Die Schallströmung legt dabei In der Druckkammer radiale Wege zurück, wobei die Lage der öffnungen die möglichen Kammerresonanzen unterdrücken sol). Die dafür erforderlichen Formkörper sind nur In Einzeltellen herstellbar und daher aufwendig und teuer. In der Patentschrift DE 26 48 428 wird ein Formkörper mit radialen schlitzen gezeigt. Hler soll die Schallströmung In tangentlaler Richtung die Schütze erreichen, wobei die Anzahl der Schlitze einer Primzahl entsprechen soll, um harmonische Resonanzen der Druckkammer zu vermelden. Dieser Formkörper 1st zwar in einem Stück mit Aufwand herstellbar, er eignet sich Jedoch nur für Membranen mit sphärischer Oberfläche und wird vornehmlich für Hochtonsysteme verwendet.

Bisherige Lösungen waren auf Trelb< -systeme mit speziellen Membranformen oder aufwendig geformte Anpaßstücke angewiesen. Die Erfindung soll diese Nachtelle überwinden, indem als Treibersystem auch StandardJautsprecher ' 26 verwendet werden, wobei der Hornhals mit integrierter Druckkammer durch

einfache Schalenkörper hergestellt werden kann.

Das eesammte Lautsprechersystem besteht gemäß Flg. 1 aus folgenden Teilen:

- Hornglocke (1) zur Definition des Abstrahlverhaltens,

- Hornhals (2)

- Druckkammer (3)

mit ringförmiger öffnung zum Hornhals zur Geschwindigkeitstransformation der Luftteilchen, (2) und (3) als akustischer Transformator,

- Druckkammer (4)

zur Kompensation des komplexen Anteils des Strahlungswiderstandes an

der unteren Grenzfrequenz des akustischen Transformators,

- Lautsprecher (5)

bestehend aus Magneteinheit, Schwingeinheit und Korb,

C. Schucht, Schallführung für Schallwandler mit kreisförmiger Membran, DGBM-Antrag v. 20.3.8». .·..··.·.:.". ■:

In maßgeblicher Weise wird das· übertragungsverhalten des Gesamtsystems von der sogenannten Geechwlndlgkeltstransformatlon, d. h., dem Verhältnis von Membrartfläche zur HornhalsanfangsfJuche, beeinflußt. Hiervon sind folgende Eigenschaften abhängig:

- obere Eckfrequenz,

- Wirkungsgrad,

- Meinbranausienkung,

- maximale akustisch^ Leistung,

- maximale elektrische Belastbarkelt,

Die Optimierung dieses Flächenverhältnisses sollte gemäß des elektrischen Ersatzmodells des Gesamtsystems vorgenommen werden. In Fig. 2 sind Druckkammer (1), Membran (2) und Lautsprecher (3) im Schnitt dargestellt.

Dabei wird der mittlere Radius rm der ringförmigen Öffnung so bestimmt, daß der aus dem innerhalb von &eegr; hervorgerufene Volumenstrom gleich dem aus dem außerhalb von r_a erzeugtem Volumenstrom 1st. Durch Anwendung des Kontinuitätsgesetzes wird so gewährleistet, daß sich am Radius r« ein rein axialer Strömungsfaden ausbilden kann. Dadurch wird dip radiale Ftrömungskomponente des Strömungefeldes am Radius r» gleich Null. Die Lage des Ringspaltes bewirkt nun die Unterdrückung der ersten Druckkammerresonanz in radialer Schwingungsrichtung. Die erste Harmonische der Druckkammerresonanz liegt, aufgrund der Größe der Druckkammer, außerhalb des Wiedergabebereichs, so daß eine Kompensation bewußt unterlassen wird.

An die Druckkammer schließt sich der Hornhals an. Hierbei ist das Problem zu lösen, von einer kreisringförmigen Anfangsfläche auf eine rechteckige Endfläche am Hornglockenanfang zu gelangen. Der Verlauf der Querschnittserweiterung wird gemäß einer hyperbolischen oder exponentiellen Funktion berechnet. Die Fig. 3 zeigt in a) die Draufsicht und in b) die Seitenansicht des Hornhalees. Das Hornhalslnnenteil (2) wird entsprechend der Unteransprüche 4 und 5 konstruiert. Die Hornhalsaußenkontur (1) wird gemäß der Unteransprüche 6 und 7 konstruiert. Fig. 4 zeigt die Vorderansicht des Hornhalses auf die Hornachse. Fig. 5 und 6 zeigen perspektivisch den Innenköri >r und die Außenkontur des Hornhalses als Schichtenmodell.

C. Schucht, Schallführung für Schallwandler mit kreisförmiger Membran, DGBM-Antrag v. 20.3.8.9·. .··. .··. ···: ;··· .··. .:

&bgr; 1 Die Herstellung des Hornhalses mit der Druckkammer kann durch Anfertigung

I von zwei schalenförmlgen Kunststoffteilen geschehen. Diese werden entlang

&Ggr; der Hornachse durch Kloben verbunden, wobei das Inncntell Im Außent.eil

'■[. durch Stege senkrecht zur Draufsicht In Flg. 3 befestigt v/ird. Dadurch kann

5 eine rationelle Fertigung durchgeführt werden. Zusammen mit der Verwendung von Standardlautsprochern ergeben sich daher erhebliche Kostenvortelle.

An einem ausgeführten Beispiel solion erreichbare technische Daten genannt ;;. werden. AIn Treiber wird ein Konuslautsprecher mit 250 mm Durchmesser ver-

h 10 wendet. Die elektrische Belastbarkeit betri'ijt in einem geschlossenen Gehäuse

". 200 Watt. In der Schiülführung ergeben sich folgende Daten:

L - Abstrahlwinkel: 90 &khgr; 40 Grad (-6dB Ampl'tudenabfall),

i· - Nennempfindlichkeit: 108dB/Watt/Meter,

- Frequenzbereich: 250Hz bis 2000Hz

;j - mit Amplltmlenabfall von -6dB/Oktave ab lOOOHz,

- Erste Druckkammerresonanz mit Amplitudeneinbruch: 240OHs,

- Nennimpedanz: 10 Ohm,

- Belastbarkelt: 380 Watt Effektivwert,

- akustische Leistung: 160 Watt,

- Baugröße: 800mm Breite, 600mm Höhe, 600mm Tiefe,
20

- Gewicht: ca. 24 kg ohne Gehäuse.

- MaterltJ: Glasfaserverstärkter Kunststoff

Literatur:
²⁵ /1/ Howze, B.,Henrlcksen, C.

A Hlgh-Efficlency, One-Decade Mldrange Loudspeaker
AES Preprint 70th Convention
1981, Oct. 30 - Nov. 2, New York

30 /2/ Patentschrift DE 26 48 428

35

25 Verzeichnis dor PIr.- :

r. 1: Darstellung doa Systems

1 Hornr.locke

2 Horn hals

30 3 Druckkammer

4 rückwär!.. /' 'jckkammer

5 Treiber

Y\g. 2: Darstellung der Druckkammer 35 l Druckkammer

2 Membran

3 Treiber

1 Fig. 3: Annäht des Hornhalses a Seitenansicht b Aufsicht

6 Flg. 4: Ansicht des Hornhalses Sicht auf die Achse

Fig. 5: Darstellung der Innenkontur des Hornhalses, Schichtenmodell 10 Fig. 6: Dp-stellung der Außenkontur des Hornhalses, Schichtenmode»;

Claims (3)

Ansprüche

1. 'o Schallführung für Schallwandler mit kreisförmiger Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfläche (Fig. 2, Zif. 2) in zwei gleichgroße konzentrische Teilflächen aufgeteilt wird, a) in eine ringförmige Fläche außen und b) in eine kreisförmige Fläche innen, zu denen zumindest annähernd symmetrisch ein Ringspalt vor der Membran angeordnet wird, dessen Fläche, nach Optimierung von Frequenzbereich und Leistungsanpassung, im bestimmten Verhältnis zur Membranfläche steht und durch einen Hornhals fortgesetzt wird, welcher einen stetigen übergang der Ringfläche zu einer Rechteckfläche am Ende des Hornhalses ermöglicht.

2. Schallführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Ringfläche (Flg. 2, Tu) sich aus dem Ansatz der Konti nuitätsgleichung ergibt, demzufolge der aus dem inneren Membranteil (Flg. 2, &eegr;² * pi) strömende Volumenstrom gleich dem aus der äußeren Membranfläche (Flg. 2, (rd - Ta)² * pl) zuströmenden Volumenstrom 1st, wobei der Abstand h (Flg. 2, Zif. 1) des Ringspalts von der Membran zumindest In etwa doppelt so groß gewählt wird, wie die maximal mögliche Membranauslenkung des Treibers aus seiner Ruhelage In der Auslegung des Gesamtsystems bestimmt wurde und die Höhe h der Druckkammer (Flg. 2 ZIf. 1) über den Membranquerschnitt konstant gehalten wird, (pl = 3,1415..)

3. Schallführung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dJß beschriebene Druckkammer (Flg. 2, ZIf. 1) durch einer Hornhals (Flg. 1, ZIf. 2) fortgesetzt wird, dessen ringförmiger Querschnitt.sanfang durch den Hornhals mittels mehrerer stetiger Funktionen zur Beschreibung der Querschnittefläche In einen rechteckigen Querschnitt überführt wird (Flg. 3 bis 6).

4. Konntpuktlon oinor Schallführung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konstruktive Ansatz zur Gestaltung des Hornhalses daraul beruht, daß auf dem inneren Durchmesser des Ringspaltes ein sich erwelternder Konus (Flg. 3, ZIf. 2) konzentrisch zur Hornachöe aufgestellt, wird, dessen Lange gleich der des Hornhalses 1st. und einen Durchmossnr aufweist, der zumindest ungefähr 37% kleiner 1st als die Höhe des Rechteckqurrsclinlt.tes

C. ichucht, Schallführung für Schallwandlor mit, kreisförmiger Membran, DGBM-Antrag v. 20.3.IJO. .··..·■.··;; .■ . .'.

' · < t CC C CCCt

,« , ' , J J > it &iacgr; &iacgr;

« ' I cc &iacgr;'&iacgr; I &",

(KCtCC* «C 1 < CC CC

an der Grenzfläche zwischen Hornhals (Flg. 1 ZIf. 2) und Hornglocke (Flg. 1 ZIf. 1).

6. Schallführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Konus von zwei Flächen geschnitten wird, die am Rechteekii/iierEchnltt sich in einer Linie durchdringen und als Tangente den inneren Durchmesser des Ringspaltes berühren (Fig. 5).

6. . Schallführung nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die um den Hornhalskern erforderliche Außenkontur des Hornhalses dadurch erzeugt wird, daß auf dem äußeren Durchmesser des Ringspalts ein Konus konzentrisch zur Hornachse aufgestellt wird, dessen Durchmesser sich auf die Höhe des Rechteckquerschnitts erweitert und am Rechteckquerschnitt endet (Fig. 6).
15

7. Schallführung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von dem so beschriebenen Konus durch zwei zu den Schnittflächen des Innenkonus parallelen Mantelschnitten, die erforderlichen Flächenquerschnitte des Hornhalses gemäß einer hyperbolischen oder exponentiellen Erweiterungsfunktion berechnet werden.