DE69225328T2

DE69225328T2 - Lautsprecher mit einem gehäuse in form eines hexagonalen-prismas

Info

Publication number: DE69225328T2
Application number: DE69225328T
Authority: DE
Inventors: Leopold A. Nepean Ontario Lewis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: EP0604450A1; AU2395592A; CA2048954C; DE69225328D1; EP0604450B1; CA2048954A1; WO1993004565A1; US5513270A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein mit einer Lüftungsöffnung versehenes Lautsprechersystem für die Wiedergabe von Musik, und insbesondere eine Zweiwegelautsprecherkonfiguration.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Verfahren zum Ausrichten eines mit einer Lüftungsöffnung versehenen Lautsprechers unter Verwendung von Standardformeln für die Gehäuseabstimmung sind von A. N. Thiele und Richard H. Small ausführlich erklärt worden. Jedoch bleibt das Interesse an den dynamischen Verhältnissen innerhalb des Gehäuses groß und führte zu innovativen Ausgestaltungen von Lüftungsöffnungen und zur Entwicklung von Techniken zum Modifizieren der Umgebung im Innern von Lautsprechergehäusen, um deren effektive Größe zu verändern.
Sogleich wird einem die Struktur der Venturi-Lüftungsöffnung (Venturi Vent) bewußt, möglicherweise ist aber das isobare System (Isobaric System) ein bekanteres Beispiel, wobei eine tief im Innern des Gehäuses angeordnete Treiberstufe eine akustische Umgebung für eine zweite externe Treiberstufe (Kalotte) schafft, welche den Schall abstrahlt. Es ist unnötig hinzuzufügen, daß das letztere Beispiel als Verschwendung von Treibereinheiten erscheint.
Da die Druckverteilung im Innern des Lautsprechergehäuses oberhalb von 50 Hz zunehmend ungleichmäßig wird (Small, 1971), gibt es bereits für den ein breites Band von Audiofrequenzen wiedergebenden dynamischen Zustand Bedingungen, welche die Optimierung der Systemleistung bei tiefen Frequenzen durch eine sorgfältige Ausgestaltung und Anordnung der Lüftungsöffnung oder der Lüftungsöffnungen im Innern des Gehäuses erlauben. In dieser Hinsicht bleibt die Beziehung zwischen den Abschlüssen der Lüftungsöffnungen und der Druckverteilung im Innern von Lautsprechergehäusen noch vollständig zu erforschen. Zum Beispiel hat der von Hochdruckbereichen entfernte Abschluß einer Lüftungsöffnung hin zu Bereichen mit relativ verdünnter Luft den Effekt des Abstimmens einer relativ größeren Box und umgekehrt. In derartigen Fällen liefern die auf dem Prinzip des Helmholzresonators basierenden Standardformeln zum Abstimmen geeignete Ergebnisse, die zum Optimieren der Leistung mit einem Korrekturfaktor modifiziert werden müssen.
Obwohl ferner die Verwendung von aborbierenden Materialien zum Verändern der Zustände in Systemen mit geschlossener Box gründlich diskutiert wurde (Moir, 1962 und Small, 1971), ist der Anwendung solcher Materialien zum Modifizieren des Verhaltens der Luftmasse in einem mit einer Lüftungsöffnung versehenen System, wodurch die Abstimmung verändert wird, wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden. Das letztere Konzept wird jedoch vollständig von der Erfindung umfaßt.
Es ist gut bekannt, daß die Druckverteilung im Innern eines Lautsprechergehäuses unterhalb von annähernd 50 Hz gleichmäßig ist und oberhalb dieser Frequenz zunehmend ungleichmäßig wird. Intuitiv denkt man, daß dies die Techniken beeinflussen könnte, die beim Abstimmen von mit Lüftungsöffnungen versehenen Systemen verwendet werden. Überraschenderweise wurde bisher wenig über die Möglichkeit gesprochen, das Phänomen der Druckverteilung unter Verwendung von Größe und Position der Lüftungsöffnung auszunutzen, um die Leistung bei geringen Frequenzen zu optimieren. Eine wichtige Überlegung für die Konstruktion ist es, die Einschränkungen durch Hochdruckbereiche am Ort der Lüftungsöffnungen zu vermeiden; oder umgekehrt gesagt, die Vorteile der Verdünnung zum Simulieren eines größeren Gehäuses sollen untersucht werden.
Um dieser Argumentationslinie weiter zu folgen wird bemerkt, daß, obwohl der Druck im Innern des Gehäuses unterhalb von 50 Hz gleichmäßig ist oder bei Frequenzen, bei denen die meisten der mit einer Lüftungsöffnung versehenen Gehäuse normalerweise abgestimmt werden, dieser Zustand im engeren Sinne nur in einem Bandbreitenbereich existieren kann. In der Realität sind viele unterschiedliche Frequenzen gleichzeitig bei der Wiedergabe von Musik vorhanden, und Kräfte wirken auf die Gleichmäßigkeit des Drucks ein, und gleichzeitig tritt eine Ungleichmäßigkeit ein. Small beobachtete, daß der Druck in der Nähe der Rückwand (Rückwände) höher als der Mittelwert ist und in der Nähe der Kalotte(n) geringer als der Mittelwert ist. Er deutete an, daß Druckänderungen in der Nähe der geometrischen Mitte des Gehäuses weniger extrem sind.
Der Stand der Technik, der als von Interesse betrachtet werden kann, enthält das US Patent Nr. 4 785 908 (Rothenberg), welches ein mit einer Lüftungsöffnung versehenes Gehäuse offenbart, wobei das Lüftungsöffnungsrohr schräg zu der Wand angeordnet ist, an der die Lautsprecherkalotte montiert ist. Auf diesem Weg wird die Länge des Lüftungsöffnungskanals größer als der Abstand zwischen der Vorderwand (Schallwand) und der Rückwand.
Anderer Stand der Technik, welcher als hilfreich angesehen werden kann, enthält das US Patent Nr. US-A-4 837 839. Dieses Patent beschreibt eine Kompaktlautsprecherbaugruppe mit einem verbesserten Frequenzgang bei tiefen Frequenzen. Dieses Patent offenbart im Gegensatz zu einem Lautsprechersystem, welches Gegenstand der Erfindung ist, nur einen Lautsprecher. In diesem Patent wird eine Lautsprecherübertragerbaugruppe beschrieben, welche aus einem Paar von Lautsprechermembranen zusammengesetzt ist, welche einander überlagert und von einer in der Mitte liegenden Trennwand oder Schallwand getrennt sind. Die Zwischenräume zwischen den Lautsprechermembranen und der Trennwand werden mittels geeigneter Entlüftungsöffnungen zu dem Äußeren des Lautsprechergehäuses hin entlüftet. Der Übertrager ist allgemein zur Verwendung in Kraftfahrzeugen oder zur Verwendung in einem nicht geschlossenen Aufbau ausgelegt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der Erfindung ist es, die dynamischen Verhältnisse im Innern des Gehäuses vollständiger auszunutzen, welche dazu beitragen können, die Qualität des wiedergegebenen Klangs bei niedrigeren Frequenzen zu verbessern, welche zum Zwecke der Offenbarung als Frequenzen zwischen 40 Hz und 250 Hz definiert sind.
Ein zweites Ziel der Erfindung es, verzerrungsverursachende, reflektierte Wellen in den mittleren Frequenzen einzudämmen, die normalerweise von herkömmlichen Lüftungsöffnungen ausgehen.
Ein drittes Ziel der Erfindung ist es, eine Gehäuseform zu entwickeln, welche die Verschlechterung des wiedergegebenen Klangs durch stehende Wellen innerhalb und Beugung außerhalb des Gehäuses vermeidet.
Ein viertes Ziel der Erfindung ist es, eine besondere Schallwandkonfiguration zu verwenden, welche das Stereoklangbild jenseits der Mittelachse verbessert.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Lautsprechersystem mit höherer Klangqualität über den gesamten Frequenzbereich zu schaffen, für welchen es ausgelegt ist, das heißt von annähernd 40 Hz bis 20 kHz.
Die Erfindung ist auf das Schaffen eines mit einer Lüftungsöffnung versehenen Lautsprechers zur Wiedergabe von Musik, und insbesondere auf das Schaffen eines mit einer Lüftungsöffnung versehenen Zweiwegelautsprechersystems gerichtet.
Erfindungsgemäß wird ein Lautsprechersystem geschaffen bestehend aus einer Kalotte, einem Gehäuse und Lüftungsmitteln in dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse die Form eines hexagonalen Prismas aufweist, das im wesentlichen definiert ist durch eine vordere Schallwand, erste und zweite Schallwandverlängerungen, die jeweils seitlich an der vorderen Schallwand angeordnet sind und sich rückwärts in einem ersten Neigungswinkel relativ zu der vorderen Schallwand erstrecken, zwei größere Seitenwände, die sich beide jeweils von einem äußeren Bereich der Schallwandverlängerungen rückwärts und aufeinander zu erstrecken, und durch eine Rückwand, die sich zwischen den Enden der größeren Seitenwände erstreckt, eine obere Wand und einen Boden, die die Oberseite und die Unterseite des Gehäuses abschließen, wobei die vordere Schallwand die Kalotte aufnimmt und hält; daß die Lüftungsmittel aus ersten und zweiten Lüftungsöffnungen bestehen, wobei jede Lüftungsöffnung einen Einlaß innerhalb des Gehäuses, einen Auslaß zum Äußeren des Gehäuses und einen Kanal aufweist, der die Einlässe jeweils mit ihren zugehörigen Auslässen verbindet, wobei jeder Auslaß an oder neben der jeweiligen Verbindung zwischen den Schallwandverlängerungen und den zugehörigen größeren Seitenwänden angeordnet ist, wobei sich die Kanäle entlang der Innenseite jeweils einer größeren Wand erstrecken, wobei die Einlässe so auf die Rückseite der Kalotte gerichtet sind, daß sich eine Mittelachse jedes Einlasses mit einer vertikalen, annähernd mittigen Achse des Gehäuses schneidet, um hoch- bis mittelfrequente Schallwellen, die innerhalb des Gehäuses ausgestrahlt werden und in die Einlässe gehen, wesentlich abzuschwächen und niederfrequente Schallwellen, die in dem Gehäuse ausgestrahlt werden, zu verstärken.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein besseres Verständnis der Erfindung wird durch Bezugnahme auf die unten stehende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen erzielt, wobei:
Fig. 1(a) eine isometrische Ansicht des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems ist;
Fig. 1(b) eine isometrische Ansicht eines Lautsprecherständers ist;
Fig. 2 eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A der Ausführungsform nach Fig. 1(a) ist;
Fig. 3 eine Teilansicht der Lüftungsöffnungsstruktur ist, aus welcher ein Verfahren zum Einrichten der Lüftungsöffnungs abmessungen nach Fig. 2 ersichtlich ist;
FigurA(a) eine Längsschnittansicht entlang der Linie B-B nach Fig. 2 ist;
Fig. 4(b) eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Absorbers ist;
Fig. 5 eine zu Fig. 2 analoge Querschnittansicht ist, aus der Schallwellenreflexionen im Innern des erfindungsgemäßen Lautsprechers ersichtlich sind;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Frequenzweiche ist; und
Fig. 7 eine graphische Darstellung des Frequenzgangs eines erfindungsgemäßen Lautsprechers ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Allgemein wird unter Bezugnahme auf Fig. 1(a) ein verbessertes Zweiwegelautsprechersystem zur Wiedergabe von Musik, insbesondere im Stereoformat mit der Ziffer 1 bezeichnet. Ersichtlich ist eine linke Einheit von einem Stereopaar mit einem Gehäuse 2, dessen Querschnitt ein unregelmäßiges Sechseck beschreibt und eine obere und eine untere Wand 27 bzw. 28 aufweist. Das Gehäuse 2 ist ferner durch eine vordere Schallwand 11 definiert, die eine Niederfrequenzkalotte oder einen Tieftonlautsprecher 10 und eine Hochfrequenzkalotte oder einen Hochtonlautsprecher 21 trägt. Das Gehäuse ist ferner durch zwei größere Seitenwände 15 und 17 definiert. An jeder Verbindung zwischen den beiden größeren Seitenwänden 15 und 17 und der vorderen Schallwand 11 ist jeweils eine von zwei Lüftungsöffnungen oder Durchführungen 12 und 18 vorgesehen. Die Lüftungsöffnungen 12 und 18 führen in das Gehäuse 2 hinein. Die Rückseite des Gehäuses wird von einer Platte 16 gebildet, die sich zwischen den größeren Seitenwänden 15 und 17 erstreckt. Ein Ständer 24 für das Gehäuse 2 ist aus Fig. 1(b) ersicht lich.
Die obere und die untere Wand 27 und 28 sind parallel zueinander angeordnet und aus unterschiedlichen Materialien hergestellt.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Schallwand 11 aus einer Hauptvorderplatte mit zwei schmalen Verlängerungen 11.1 und 11.2 besteht, die sich auf beiden Seiten der Vorderplatte unter einem Winkel von 45º von dieser wegerstrecken. Diese Verlängerungsplatten 11.1 und 11.2 sind an der Hauptplatte mit einem qualitativ hochwertigen Klebstoff, wie "Sure Grip"-Klebstoff von Lepage, zum Bilden einer einzigen integrierten Einheit befestigt. Die gesamte Schallwand 11, deren jeder Rand abgerundet ist, steht um ca. 7 Millimeter von den Rändern des Gehäuses 2 hervor. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Hochtonlautsprecher 21 und der Tieftonlautsprecher 10 in einer geneigten Konfiguration an der Hauptschallwandplatte 11 ausgerichtet sind. Bei einem Stereopaar ist die Neigung für die rechte Einheit entgegengesetzt (nicht gezeigt).
Ein einzigartiges Merkmal der Erfindung sind die beiden Lüftungsöffnungen oder Durchführungen 12, 18, deren äußere Auslaßenden nahe der Verbindung der vertikalen Seitenränder von den Schallwandverlängerungen 11.1 und 11.2 und den größeren Seitenwänden 15 und 17 enden. Der größere Anteil jeder Lüftungsöffnung ist mit der jeweiligen größeren Seitenwand 15 oder 17 des Gehäuses 11 integriert ausgebildet, wodurch die Wände versteift werden, während die kleineren Anteile nach innen um 90º abgewinkelt sind, um freistehende Abschnitte 12.1, 18.1 zu bilden, von denen jeder annähernd auf die vertikale Mittelachse 26 des Gehäuses gerichtet ist.
Die Lüftungsöffnungen sind ferner durch parallel zu den größeren Seitenwänden 15, 17 verlaufende Lüftungsöffnungswände 13, 14 definiert, an welchen zum Bilden einer starren Lüftungsöffnungs-Wand-Struktur die gesamten Lüftungsöffnungsanordnungen dauerhaft befestigt sind, welche mittels der Rückwand 16 verbunden sind.
Der Tieftonlautsprecher 10 und die Lüftungsöffnungseinlässe 12.1, 18.1 bilden eine Dreiecksanordnung um den wesentlichen, mittleren Teil der Luftmasse 19 im Innern des Gehäuses herum. Deshalb erstrecken sich die Lüftungsöffnungen von der Innenseite der größeren Seitenwände 15 und 17 weg und annähernd auf die vertikale Achse 26 des Gehäuses zu. Absorbierendes Material 20 ist in einer säulenförmigen Anordnung zwischen den oberen und unteren Platten 27 und 28 und im Bereich der vertikalen Achse 26 installiert. Kleinere Teile absorbierenden Materials 25 sind annähernd in der Mitte der vertikalen Achse des Gehäuses horizontal angeordnet, ohne die Einlässe der Lüftungsöffnungen 12.1, 18.1 zu versperren. Die Struktur des absorbierenden Materials 20 ist klarer aus Fig. 4(b) ersichtlich.
Aus Fig. 4(a) und insbesondere aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß in die Lüftungsöffnungseinlässe 12.1 und 18.1 eintretende reflektierte Wellen mehrmals in dem schmalen, abgewinkelten Kanal abgelenkt werden, wodurch diese einen beträchtlichen Energieverlust erleiden und die Gehäusegrenzen nicht verlassen können. Reflektierte Wellen, die: normalerweise durch den Konus des Tieftonlautsprechers austreten, müssen außerdem zweimal das in der Mitte angeordnete absorbierende Material 20 durchlaufen und verlieren bei diesem Vorgang wiederum viel Energie (siehe Pfeilpfad in Fig. 5).
Der Zustand der Luftmasse 19 im Gehäuse wird ferner durch die thermischen Effekte vom Großteil des aborbierenden Materials 20 verändert, das mittig in dem Gehäuse angeordnet ist. Wie beschrieben bestimmt daher die Wechselbeziehung zwischen Kalotte, Lüftungsöffnung, absorbierendem Material und Luftmasse im wesentlichen Umfang das gesteuerte Verhalten der Luftmasse und die verbesserte Leistung des Systems bei tiefen Frequenzen. Die Anordnung der Kalotten an der Schallwand wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Der Tieftonlautsprecher 10 ist mit seiner Achse annähernd 8 mm entfernt von einer vertikalen Mittellinie der Schallwand 11 nahe dem unteren Rand 11.4 der Wand. angeordnet, während der Hochtonlautsprecher 21 mit seiner Achse etwa 80 mm entfernt von der vertikalen Mittellinie an der dem Tieftonlautsprecher 10 gegenüberliegenden Seite von der Mittellinie nahe dem oberen Rand 11.6 der Wand angeordnet ist.
Der Tieftonlautsprecher 10 ist bündig an der leicht vorstehenden Schallwand 11 montiert. Das Vorstehen der Schallwand als auch das Abrunden aller Schallwandränder verhindern wirksam das Beugungsproblem. Die Winkelbeziehung zwischen Hochtonlautsprecher 21 und Tieftonlautsprecher 10 trägt zur endgültigen Form der aus Fig. 7 ersichtlichen Frequenzgangkurve bei. Bei einer Stereoanordnung hilft dies, das Stereoklangbild jenseits der Mittelachse zu verbessern, indem der näher an dem Zuhörer angeordnete Hochtonlautsprecher um einen bestimmten Betrag gedämpft wird, und umgekehrt der entfernte Hochtonlautsprecher leicht verstärkt wird. Zusätzlich sieht diese Schallwandgeometrie auch eine teilweise Kompensation für einen horizontalen Kalottenversatz bei einer Hörsituation auf der Mittelachse vor. Dies tritt ein, wenn jedes Gehäuse bei einem Stereopaar um einen Winkel von 20 bis 30 Grad relativ zu der zentralen Hörposition nach innen geneigt ist, und das akustische Zentrum jedes Hochtonlautsprechers (das normalerweise vor dem des Tieftonlautsprechers liegt) nach hinten verschoben und daher weiter entfernt vom Zuhörer ist.
Aus der Fig. 4 ist eine Darstellung des Verfahrens ersichtlich, das zum Einrichten der Abmessungen des langen Abschnitts 12 und des kurzen Abschnitts 12.1 (18, 18.1) verwendet wird. Wenn einmal die erforderliche Länge der Lüftungsöffnung eingerichtet ist, wurde das Verhältnis aus den langen und kurzen Abschnitten so lange variiert, bis die beste Leistung für tiefe Frequenzen erhalten wurden. (siehe gestrichelte Linie im Diagramm). Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis aus kurzen und langen Lüftungsöffnungsabschnitten annähernd 1 : 6.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4(a) verläuft die horizontale Mittellinie jeder Lüftungsöffnung leicht oberhalb der mittleren horizontalen Ebene 23 des Gehäuses 2, während die Mittelachse des Tieftonlautsprechers 23 beträchtlich unterhalb der horizontalen Ebene 23 verläuft. Die Anordnung des rückseitig abgedeckten Hochtonlautsprechers 21 ist gezeigt, und Eckklötze 22 schaffen zusätzliche Festigkeit für das Gehäuse.
Die Lüftungsöffnungen 12, 18, die mit zwei der größeren Gehäusewände 15, 17 integriert ausgebildet sind, dienen drei wichtigen Funktionen. Die erste ist das Abstimmen des Gehäuses für einen optimalen Frequenzgang bei tiefen Frequenzen. Die zweite Funktion ist das Versteifen der Wände, um Wandresonanz zu reduzieren. Die dritte, welche aus der schmalen, abgewinkelten Struktur der Lüftungsöffnungen resultiert, macht das Austreten von gegenphasigen, reflektierten Wellen durch diese praktisch unmöglich.
Der Abläufe zum Abstimmen des Gehäuses sind wie folgt:
Sind das erforderliche Gehäusevolumen (VB), die Resonanzfrequenz (fB) und die gewünschte Querschnittsfläche der Lüftungsöffnung (SV) gegeben, wird die Länge der Lüftungsöffnung nach der Formel
Lv/,Sv = 1,84 * 10&sup8;/ω VB (1)
berechnet, wobei LV die effektive Länge der Lüftungsöffnung in Inches ist, wobei SV in Quadratinches und VB in Kubikinches angegeben wird. Wobei die Variable ωb = 2πfB ist.
Zum Berechnen des erforderlichen. Endkorrekturfaktors für eine Lüftungsöffnung, deren beide Enden mit einem Flansch versehen sind, wird die Formel
(LV/SV)end = O,958/ SV (2)
oder für eine Lüftungsöffnung, die nur an einem Ende mit einem Flansch versehen ist
(LV/SV)end = 0,823/ SV (3)
verwendet.
Während die Lüftungsöffnungslänge durch Anwenden der oben gezeigten Standardfomeln berechnet wird, erfordert es die einzigartige Struktur der Lüftungsöffnungen ebenso wie die Beziehung zwischen Lüftungsöffnung, Kalotte, akustischer Dämpfung und Luftmasse, daß das Ergebnis für eine präzisere Abstimmung mit einem empirisch bestimmten Faktor multipliziert werden muß. Zum Beispiel wurde eine signifikante Verbesserung der Leistung bei tiefen Frequenzen erreicht, wenn das Ergebnis der Gleichungen (1) und (2) mit einem Faktor von 0,930 korrigiert wurde. Gemäß der ersichtlichen bevorzugten Ausführungsform ist die kombinierte Querschnittsfläche der Zwillingslüftungsöffnungen 8,5 Quadratinches (54,84 cm²) bei der kürzesten Abmessung von einer Lüftungsöffnung, das heißt, der Abstand von der Gehäusewand zu der Lüftungsöffnungswand beträgt 9/16 Inch (1,43 cm).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Gehäuse mit 1,06 ft³ (30L) verwendet, wobei der äquivalente Durchmesser der Zwillingslüftungsöffnungen 3,29 Inches (8,35 cm) beträgt. Wie bereits gezeigt, bilden ihre internen Abschlüsse zusammen mit der Tieffrequenzkalotte eine Dreiecksanordnung (an welche sich das sechseckige Gehäuse leicht selbst anpaßt).
Lüftungsöffnungen 12, 18 und Tieftonlautsprecher erstrecken sich auf einen Bereich um die vertikale Achse 26 herum in der Nähe der geometrischen Mitte des Gehäuses zu.
Es wird angemerkt, daß die Lüftungsöffnungen nicht als vollständig freistehend beschrieben werden können, da der größere Anteil von jeder parallel zu und integriert mit einer der größeren Seitenwände verläuft. Diese Lüftungsöffnungen können am besten als Kombinationsmerkmale von dem mit zwei Flanschen versehenen als auch von dem freistehenden Typ betrachtet werden.
Die Notwendigkeit des Kürzens der berechneten Länge der Lüftungsöffnungen ist vereinbar mit den Anforderungen für das Abstimmen eines effektiv größeren Gehäuses auf dieselbe Frequenz. Jedoch können auch der durch den Lüftungsöffnungswinkel eingeführte erhöhte Widerstand und die Querschnittabmessungen beitragende Faktoren sein. In welchem Ausmaß dies der Fall sein mag, konnte ich mit den von mit verwendeten Techniken nicht bestimmen. Festgestellt wurde, daß bei der bevorzugten Ausführungsform das Erhöhen der Dichte des Absorbtionsmaterials, welches als Säule im Bereich der Mitte des Gehäuses installiert ist, fB um 6% erniedrigte oder anders gesagt eine Verringerung der Lüftungsöffnungslänge erforderte, um fB konstant zu halten. Das gewählte absorbierende Material bestand aus Glasfasern, und die verwendete Menge betrug etwa 80 bis 100 Gramm.
Die Position des Hochtonlautsprechers wurde empirisch festgestellt, indem der Hochtonlautsprecher exzentrisch auf einer kreisförmigen, einstellbaren Sub-Schallwand an einem Prototypgehäuse montiert wurde. Drehen der Sub-Schallwand erlaubte unterschiedliche echofreie Frequenzgangmessungen, die an dem Hochtonlautsprecher in unterschiedlichen Positionen relativ zu dem Tieftonlautsprecher durchgeführt wurden. Der gewünschte Frequenzgang wurde auf diese Weise erhalten.
Das System gewinnt weitere Vorteile durch die unregelmäßige Form des Gehäuses 2, was die Ausbildung von stehenden Wellen zwischen zwei beliebigen vertikalen Wänden praktisch unmöglich macht. Derartige Wellen verlieren ebenfalls Energie, wenn sie durch das absorbierende Material 20 hindurchtreten.
Zum Behandeln des speziellen Falls von stehenden Wellen zwischen der oberen Platte 27 und der unteren Platte 28, welche parallel zueinander verlaufen, werden kleine zusätzliche Teile absorbierenden Materials 25 annähernd in der Mitte um die mittlere absorbierende Säule 20 herum horizontal angeordnet, wie aus Fig. 4(b) ersichtlich. Eine weitere Verfeinerung ist es, daß die Dichte- und Dickenunterschiede zwischen der unteren und der oberen Wand deren Eigenschwingungsperioden verteilen und die Möglichkeit reduzieren, daß sie mit der gleichen Frequenz angeregt werden.
Die obere Platte 27 und die größeren Seitenwände 15, 17 sind aus 17,5 Millimeter starker, furnierter Spanplatte hergestellt, während die untere Platte 28, die Schallwand 11 und die kleine Rückwand 16 aus 19 Millimeter starker, hochdichter Spanplatte hergestellt sind. Die Lüftungsöffnungen sind aus 9,5 mm starkem Sperrholz und Massivholz hergestellt. Für das gesamte 17,5 Millimeter starke Material werden Verstrebungen verwendet, und die inneren Oberflächen des Gehäuses sind mit teerhaltigem Dämpfungsmaterial behandelt.
Die Erfindung ermöglicht das Verwenden von Lüftungsöffnungen mit relativ großem Querschnitt in kleinen Gehäusen. Dies ist bei herkömmlichen Strukturen häufig schwer zu verwirklichen, da Lüftungsöffnungen, die groß genug sind, um Turbulenzen und die Erzeugung von verfälschten Klängen zu vermeiden, lang sind und sich für den Fall, daß sie von der vorderen Schallwand ausgehen, intern in Richtung auf genau die Bereiche zuerstrecken, wo der Druck am höchsten ist. Bei der erfindungsgemäßen Struktur wird durch die Ausrichtung der Lüftungsöffnungen weg von den Bereichen höchster Drücke dieses Problem vermieden. In der Tat werden die Verhältnisse im innern der Box ausgenutzt, um die Leistung bei tiefen Frequenzen zu erhöhen.
Das System als Ganzes liefert mehrere andere Vorteile. Einer ist der, daß die nicht rechteckige Form des Gehäuses selbst bis zu dem Umfang resonanzhemmend ist, zu dem sich stehende Wellen nicht zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden ausbilden können, deren unterschiedliche Größen zusätzlich deren Eigenschwingungsperioden verteilen. Ein zweiter Vorteil ist der, daß gegenphasige, reflektierte Wellen, die von herkömmlichen, an der vorderen Schallwand angeordneten Lüftungsöffnungen ausgehen, es schwer haben, die schmalen, rechteckigen erfindungsgemäßen Lüftungsöffnungen zu verlassen, da sie den Winkel in den Lüftungsöffnungen bewältigen müssen und in jedem Fall viel Energie durch das Hin- und Herlaufen zwischen den Lüftungsöffnungswänden verlieren. Außerdem begründet die Dreiecksanordnung aus Tieftonlautsprecher und Lüftungsöffnungen um die Luftmasse im Innern des Gehäuses herum das gesteuerte Verhalten der Luftmasse. Im engeren Sinne ist dies analog zum stabilen Verhalten eines aufgeblasenen Ballons von angemessener Größe, der zwischen den. Fingern beider Hände gehalten und intervallweise zusammengedrückt wird, im Vergleich zum Verhalten desselben Ballons, der in einer einzigen Hand gehalten und in der gleichen Art und Weise zusammengedrückt wird.
Andere Verfeinerungen des Systems wahren die Vorteile, die, wie bereits beschrieben, von den internen Merkmalen gewonnen werden. Zum Beispiel eliminieren das Vorstehen und die abgerundeten Ränder der Schallwand praktisch alle Spuren von Beugung. Und die abgewinkelte Position des Hochtonlautsprechers relativ zu dem Tieftonlautsprecher erhöht, wie oben gezeigt, den Stereoeffekt, was einen vollen Stereogenuß ermöglicht, selbst wenn der Zuhörer jenseits der Mittelachse und ziemlich nahe an einem der Gehäuse des Stereopaars sitzt.
Es wird angemerkt, daß der Hochtonlautsprecher rückwandig geschlossen ist und normalerweise nicht durch Druckänderungen oder reflektierte Wellen im Innern des Gehäuses beeinflußt wird.
Es gilt als vereinbart, daß die Kalotten korrekt an einer geeigneten Frequenzweiche angeschlossen sind, welche die Weichenfunktion erfüllt, die Systemimpedanz dynamisch anpaßt und gewünschte Phasenbeziehungen über den Systemfrequenzbereich einrichtet. Die Frequenzweiche verbindet das Lautsprechersystem mit dem Verstärkerausgang. Aus Fig. 6 ist ein Diagramm der in der betreffenden Struktur verwendeten Frequenzweiche vom Typ Butterworth ersichtlich. Ein Filter dieses Typs ist aus dem Stand der Technik gut bekannt.
Obwohl die einzigartige Lüftungsöffnung-Kalotte-Konfiguration ein prinzipielles Merkmal der Erfindung ist, ist es erforderlich die zusätzlichen Vorteile anderer Systemmerkmale ebenso zu würdigen. Die gesamten Klangvorteile sind eine verbesserte Leistung bei tiefen Frequenzen, ein außergewöhnliches räumliches Klangbild, eine hohe Empfindlichkeit (89 Dezibel, echofrei) und eine außergewöhnliche Klarheit über den gesamten Systemfrequenzbereich. Dies bleibt sogar bei hohen Schalldruckpegeln relativ zur Systemgröße richtig. Der Frequenzgang (echofrei) auf der Mittelachse für eine Eingangsleistung von 1 Watt (2,83 V, quadratisches Mittel) bei 1 Meter ist aus Fig. 7 ersichtlich.
Obwohl die in dieser Offenbarung dargelegten Winkel und anderen Abmessungen die bevorzugte Ausführungsform betreffen, ist es denkbar, daß im Fachgebiet erfahrene Personen innerhalb des Rahmens des gesamten Konzepts bestimmte Abmessungen und Beziehungen bis zu einem gewissen Umfang abändern können, ohne den wiedergegebenen Klang signifikant zu verschlechtern. Was allerdings insbesondere signifikant ist, ist die umfassende Integration von wichtigen Merkmalen, welche zu der hervorragenden Klangqualität des Systems beitragen. Die Form und der Einsatz von Materialien für die Box, die Struktur und der Ort der Lüftungsöffnungen, die Anordnung des absorbierenden Materials, die Beziehung zwischen. Kalotte, Lüftungsöffnung und Luftmasse und die Schallwandkonfiguration sind alle bevorzugt in diesem System integriert.
Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und für eine besondere Anwendung beschrieben worden ist, werden dem Fachmann mehrere Modifikationen einfallen, ohne den in den Ansprüchen dargelegten Geist und Bereich der Erfindung zu verlassen.
Die in der Beschreibung verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke sind als beschreibende und nicht als beschränkende Begriffe verwendet worden, und mit der Verwendung solcher Bezeichnungen und Ausdrücke ist nicht beabsichtigt, irgendwelche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Proportionen auszuschließen, sondern es ist erkennbar, daß mehrere Modifikationen der Erfindung innerhalb des Bereichs der Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Lautsprechersystem, bestehend aus einer Kalotte (10), einem Gehäuse (2) und Lüftungsmitteln (12, 18) in dem Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) die Form eines hexagonalen Prismas aufweist, das im wesentlichen definiert ist durch eine vordere Schallwand (11), erste (11.1) und zweite (11.2) Schallwandverlängerungen, die jeweils seitlich an der vorderen Schallwand (11) angeordnet sind und sich rückwärts in einem ersten Neigungswinkel relativ zu der vorderen Schallwand (11) erstrecken, zwei größere Seitenwände (15 und 17), die sich beide jeweils von einem äußeren Bereich der Schallwandverlängerungen (11.1, 11.2) rückwärts und aufeinander zu erstrecken, und durch eine Rückwand (16) die sich zwischen den Enden der größeren Seitenwände erstreckt, eine obere Wand (27) und einen Boden (28), die die Oberseite und die Unterseite des Gehäuses (2) abschließen, wobei die vordere Schallwand (11) die Kalotte (10) aufnimmt und hält; daß die Lüftungsmittel aus ersten (12) und zweiten (18) Lüftungsöffnungen bestehen, wobei jede Lüftungsöffnung einen Einlaß (12.1, 18.1) innerhalb des Gehäuses (2), einen Auslaß zum Äußeren des Gehäuses (2) und einen Kanal aufweist, die die Einlässe jeweils mit ihren zugehörigen Auslässen verbindet, wobei jeder Auslaß an oder neben der jeweiligen Verbindung zwischen den Schallwandverlängerungen (11.1, 11.2) und den zugehörigen größeren Seitenwänden (17, 15) angeordnet ist, wobei sich die Kanäle entlang der Innenseite jeweils einer größeren Wand (15, 17) erstrecken, wobei die Einlässe (12.1, 18.1) so auf die Rückseite der Kalotte (10) gerichtet sind, daß sich eine Mittelachse jedes Einlasses (12.1, 18.1) mit einer vertikalen, annähernd mittigen Achse des Gehäuses (2) schneidet, um hoch- bis mittelfrequente Schallwellen, die innerhalb des Gehäuses ausgestrahlt werden und in die Einlässe gehen, wesentlich abzuschwächen und niederfrequente Schallwellen, die in dem Gehäuse ausgestrahlt werden, zu verstärken.

2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im wesentlichen die Form eines unregel mäßigen hexagonalen Prismas aufweist.

3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (12.1, 18.1) der Lüftungsöffnungen sich im wesentlichen senkrecht zu ihrem jeweils zugehörigen Kanal erstrecken.

4. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein prismenförmiger Körper (20) aus schallabsorbierendem Material zwischen der oberen Wand.

(27) und dem Boden (28) und im wesentlichen in der annähernd mittigen Achse des Gehäuses angeordnet ist.

5. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vorderen Schallwand (11) und jeder Schallwandverlängerung (11.1 oder 11.2) ein Winkel von ungefähr 45º liegt.

6. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Hochfrequenzkalotte (21) in. der vorderen Schallwand angeordnet ist.

7. Lautsprechersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzkalotte (21) rückwandig geschlossen ist.

8. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand (27) und die größeren Seitenwände (15, 17) aus einem ersten Material und der Boden (28), die vordere Schallwand (11), die Schallwandverlängerungen (11.1, 11.2) und die Rückwand (16) aus einem zweiten Material bestehen.

9. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 5-8 in Abhängigkeit von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein Paar Teile (25) aus schallabsorbierendem Material vorhanden ist, das im wesentlichen horizontal von dem prismenförmigen Körper (20) aus schallabsorbierendem Material vorspringt.

10. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge des Kanals und der des Einlasses etwa 1 : 6 beträgt.

11. Lautsprechersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gehäuse von 30 Litern der gleichmäßige Durchmesser der Lüftungskanäle 8,35 cm beträgt und der gemeinsame Querschnitt der Zwillingslüftungsöffnungen 54,84 cm² ist, wobei der Einlaß rechteckig ist und eine Breite von 1,43 cm hat.

12. Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal durch einen Abschnitt der größeren Wand (15, 17) und einer Wand (13, 14) gebildet wird, die parallel zu der größeren Wand angeordnet ist und an einer Kante der Schallwandverlängerung (11.1, 11.2) befestigt ist, um einen Lüftungsauslaß zwischen der Schallwandverlängerung und der größeren Wand zu bilden.

13. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 7-12 in Abhängigkeit von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (10) nahe der Unterkante der vorderen Schallwand (11) angeordnet ist, wobei ihre Achse etwa 8 mm außerhalb der vertikalen Mittellinie der vorderen Schallwand liegt und die Hochfrequenzkalotte (21) nahe der Oberkante der vorderen Schallwand angeordnet ist, wobei ihre Achse auf der anderen Seite, als die der Kalotte etwa 80 mm außerhalb der vertikalen Mittellinie der vorderen Schallwand liegt.