DE3920060A1

DE3920060A1 - Elektroakustische lautsprechervorrichtung

Info

Publication number: DE3920060A1
Application number: DE19893920060
Authority: DE
Inventors: Krister Amneus
Original assignee: MB ELECTRONIC GmbH
Current assignee: AMNEUS, KRISTER, VAELLINGBY, SE
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprechervorrichtung mit wenigstens einem Lautsprecher, der in einer für ihn be stimmten Öffnung eines Gehäuses angebracht ist, in dem eine weitere Öffnung zwischen Gehäuse und Umgebung ein strömungsbegrenzendes Material enthält.

Stand der Technik

Eine Vorrichtung zur Bewirkung einer Druckregulierung bei Lautsprechervorrichtungen vom Drucksystemtyp ist z.B. durch die DE-C-17 62 237 bereits bekannt geworden. Sie weist eine mit einer schweren Glasfaserlage wieder verschlos sene Öffnung auf. Als kennzeichnend für eine solche Vor richtung ist in der DE-C-17 62 237 angegeben, daß ihre Wirkung wesentlich derart ist, daß über eine bestimmte und bedeutende, allmählich gegen niedrige Frequenzen wirksame Druckreduktion hinaus, auch eine Reduktion des bei der Systemresonanzfrequenz f_b auftretenden Druckmaximums von bis zu -6 dB (also ungefähr 50%) bewirkt wird, bei dem das Maximum der entwickelten elektrischen Impedanzkurve statisch so sehr ausgedämpft wird, daß auch eine weitgehen de Verbreiterung des akustischen Güte- oder Q-Faktors bei der genannten Systemresonanzfrequenz erreicht wird.

Stellungnahme zum Stand der Technik

Dieses vorgeschriebene Systemabstimmungsverhältnis bringt bei der bekannten Vorrichtung mit sich, daß eine Abweichung von der Frequenzlinearität der Schalldruckkurve gegen niedrige Frequenzen erhalten wird - mit anderen Worten: Man erhält einen unterhalb von ca. 200 Hz ziemlich schnell abfallenden Frequenzverlauf, wenn ein Tiefton-Lautspre cher benutzt wird.

Eine andere charakteristische Eigenschaft des in DE-C-17 62 237 angegebenen akustischen Systems ist an das darin bezweckte Abstimmungsverhältnis zwischen der Größe der Gehäuseöffnung und der Eigenfrequenz des benutzten Laut sprechers gebunden, und zwar der Resonanzfrequenz der Öffnung mit dem Gehäusevolumen, das mit Notwendigkeit so hoch zu wählen ist, daß es die bezweckte Druckregulie rung um die Systemresonanz f_d ergeben kann. Über den früher genannten Verlust an Schalldruck im Niedrigfrequenz gebiet hinaus wird nämlich mit dem oben erwähnten Dimensio nierungsverhältnis auch bewirkt, daß die erhaltene Druck reduktion zu umfassend bei wirklich niedriger Frequenz werden kann. Dadurch kann die für die lineare Kegelaus schwingung so notwendige entgegengerichtete Druckwirkung zu gering werden und eine kräftige, nicht lineare akusti sche Distorsion (triangulare Wellenentwicklung) sowie auch Blasenschalldistorsion entstehen, welche, wenn sie auftritt, von der mit porösem Material ganz gedeckten Resonatoröff nung herrührt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß zur Erzielung einer nach der DE-C-17 62 237 bezweckten weitgehenden Ausdämpfung des Frequenzgebiets bei f_b selbst, als notwendige Abstim mungsfrequenz nach der Formel für Helmholtzresonanz (siehe Gleichung 9 im Anhang II) eine Öffnungsfrequenz f_p zu wählen ist, die deutlich über der normalen nach der Be ziehung f₀ < ≈ f_s liegt (siehe Gleichung 4 und 5 in Anhang II, und f_o-Definition in Anhang I). Die f_p soll »f_s sein und Z_s wird um so kleiner als f_p die Eigenfrequenz überschreitet.

Es handelt sich bei dem bekannten System insgesamt um ein System mit einem gewissen reichlichen und statischen Fluß im akustischen Kreis und einer hierdurch bewirkten Reduktion des gesamten akustischen Wirkungsgrads.

Aufgabe

Demgegenüber ist Aufgabe der Erfindung, eine neue und ver besserte, wesentlich mit Drucksystem äquivalente, dynamisch regulierte Lautsprecheranlage zu schaffen, die insbeson dere eine klarere, natürlichere und damit richtigere Schall-Wiedergabe im Niederfrequenzbereich zeigt.

Lösung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Lautsprecher vorrichtung der oben genannten Art dadurch gelöst, daß die Öffnung hinsichtlich Fläche und Tiefe so angepaßt ist, daß sie als solche Resonanz mit dem Gehäusevolumen V_b bei der Eigenfrequenz f_s des freien Lautsprechers gibt und daß die Strömungsbegrenzung ausreichend ist, um der Vorrichtung ein Druckmaximum bei der Resonanzfrequenz f_d der Vorrich tung zu geben, wobei das Druckminimum gleich oder wenig stens äquivalent mit demjenigen eines geschlossenen Druck kammersystem aber nicht ausreichend groß ist, um eine beschränkte, progressiv zunehmende Nachgiebigkeitserhö hung bei und unter der in Helmholtzresonatorgehäusen auf tretenden niedrigeren Grenzfrequenz f₁ des Lautspre chers zu verhindern. Die Öffnung kann hinsichtlich Flä che aber auch bezüglich Tiefe angepaßt sein, wobei insbe sondere vorzugsweise bei mittelgroßem bis sehr großem Volumen eine geringe Tiefe gewählt wird.

Vorteile

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bedingt, daß eine hin sichtlich Dynamik und Frequenz aperiodische sowie beim Ein- und Ausschwingen, hinsichtlich Wirkung und Distorsionen verbesserte Konstruktion erhalten wird. Es ergibt sich insgesamt ein volleres und schnelleres Transientspektrum sowie dadurch ein deutlich verbesserter Höreindruck. Die Erfindung ist besonders geeignet, um optimale Eigen schaften zu erreichen, bei Kastenvolumen V_b mit einem Komplianzverhältnis s_d in der Nähe von 0,5 bis 2,0 (groß bis sehr große Boxen). Durch die Erfindung wird das diffe rentielle dynamische Zeitverhalten hinsichtlich Anstiegs-, Halte und Abfallzeit optimiert und gegenüber dem Stand der Technik verbessert.

Dies wird dadurch erreicht, daß die für die Verwirklichung der Erfindung notwendige Resonatoröffnung auf die Eigenfre quenz f_s des Lautsprechers oder in wenigstens unmittelba rer Nähe dieser Frequenz abgestimmt ist (während sie bei der DE-C-17 62 237 wesentlich höher liegt). Durch die vorge nommene Ausgestaltung der Beschaffenheit des für die ge nannte Funktion notwendigen strömungsbegrenzenden Materials kann die Resonatoröffnung hinsichtlich dynamischer wie statischer Luftströmung, Luftdurchlassen im Hinblick auf akustische Dämpfung so undurchläßlich ausgeführt sein, daß im wesentlichen gar keine oder jedenfalls eine nahezu vernachlässigbare statische Druckniveaureduzierung bei der Druckresonanzfrequenz f_d des dynamischen akustischen Lautsprechersystems entsteht (siehe Anhang I und II). Jedenfalls gilt hinsichtlich der Druckniveaureduzierung bei der Druckresonanzfrequenz f_d des Lautsprechersystems die oben genannte Wirkung bei der Erfindung für den Fall, daß nur eine bei f_s (f′_s) abgestimmte diskrete Abstimm einheit benutzt ist.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung

Bei Weiterbildungen mit wenigstens einer zusätzlichen hyper regulierenden, hauptsächlich als Ventilationseinheit bei f < f₁; das heißt, bei sehr niedriger Frequenz wirken den Abstimmungseinheit, kann eine bestimmte, sogar auch erhebliche Druckniveauregulierung bei f_d selbst bewirkt werden, ohne deshalb das dem Lautsprecher entgegengerichte te Druckverhältnis des akustischen Systems nennenswert zu verringern. Als eine Anweisung dafür, innerhalb welcher Grenze sich eine in dieser beschriebenen Weise erhaltene Ausgleichung des Druckmaximums bei f_d befinden soll, kann angegeben werden, daß maximal erlaubt werden soll, daß die fragliche Ausgleichung höchstens einer Halbierung des für ein eigentliches Drucksystem meßbaren Wertes auf das elek trische Impedanzmaximum bei f_d entspricht. Die dadurch er haltene Ausgleichsgröße ist mit der Wahl von f₁ von der Abstimmungsfrequenz abhängig, welche Frequenz normal so niedrig gewählt sein soll, daß sich keine oder nur eine vernachlässigbare Verminderung der Impedanz Z_s ergibt, das heißt, das f₁-Organ ist auf f₁ oder niedrigere Fre quenz abzustimmen.

Die Erfindung ist besonders geeignet für Anwendungen mit dynamischen Konzepten, bei denen große und sehr große Lautsprechergehäuse mit Tieftönen konstruiert werden sollen, um maximale und dynamische Leistung zu erhalten, bei denen dennoch eine Flexibilität hinsichtlich des Designs behalten werden soll. Diese Erfindung löst das Problem der Errei chung dynamischer Tonfülle bei großen Lautsprechereinheiten, wie mit 10 bis 30 Zoll-Einheiten, wobei dann eine große Bewegungsnachgiebigkeit sowie niedrige Eigenfrequenz und deswegen auch große Volumenparameter, i. e. große Gehäuse, gegeben sind, um ihre optimale dynamische Niederfrequenz leistung erhalten zu können.

Wenn das Komplianzverhältnis nahe 1 kommt und eine reich liche Volumenmasse vorliegt, ist keine große und mächtige dynamische Abstimmeinheit erforderlich, da sogar auch eine kleine Öffnungsfläche, die mit der Eigenfrequenz des Laut sprechers schwingt, dynamisch imstande ist, sehr große akustische Energieanteile zu verkraften. Der akustische Wirkungsgrad, auch für normale Druckkonstruktionen, liegt bei solchen Komplianzverhältnissen ebenfalls nahe dem Maximum, so daß eine kurze und vollständig gefüllte, strö mungshindernde Abstimmeinheit verwendet wird, die auf Eigenfrequenz oder niedriger abgestimmt ist. Die differen tielle dynamische Zeitabstimmung der Einheit wird automa tisch sehr kurz, was wünschenswert ist, wenn große Luftvo lumen dynamisch reguliert werden; anderenfalls kann eine Neigung zu einem "akustischen Überhängen" zu einer Fehl funktion führen. Gerade solche akustische Systeme leiden normalerweise unter dem Nachteil eines "akustischen Über hängers", was durch kurze "Ausschaltzeit" aufgrund der Erfindung entfernt wird. Die akustische Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Niederfrequenz-Wie dergabe ist exzellent.

Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lautspre chervorrichtung werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 eine Stirnansicht auf ein Lautsprecherge häuse für eine Lautsprechervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine längs der Linie II-II in Fig. 1 genommene Schnittansicht, wobei der strö mungsbegrenzende Einsatz noch nicht in die weitere Öffnung eingebracht ist;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Lautsprecherge häuses für eine Lautsprechervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine längs der Linie IV-IV in Fig. 3 genommene Schnittansicht;

Fig. 5-6 eine Endansicht bzw. einen Axialschnitt einer in Fig. 1 und 2 bzw. in Fig. 3 und 4 verwendeten Abstimmeinheit oder Hyper ventilationsvorrichtung;

Fig. 7-8 in Endansicht bzw. Axialschnittansicht eine zweite Ausführung einer weiteren, bei der Lautsprecheranlage verwendbaren Abstimm einheit oder Hyperventilationsvorrichtung;

Fig. 9 in Axialschnittansicht eine bei dem Laut sprechergehäuse nach Fig. 3 und 4 verwen dete, mit strömungsbegrenzendem Material gefüllte Pforte oder einen kurzen Tunnel;

Fig. 10-18 bei einer Lautsprechervorrichtung nach Fig. 3 und 4 erhaltene Kurven unter Ver wendung eines FFT-Analysators, Typ 2033 Brüel & Kjaer, sowie XY-Schreibers, Typ 2308 Brüel & Kjaer, mit

Fig. 10 dem Nachgiebigkeitsverhalten einer erfin dungsgemäßen Lautsprechervorrichtung;

Fig. 11 dem Nachgiebigkeitsverhalten der gleichen Lautsprechervorrichtung mit ungefüllter Öffnung (Helmholtznäherung);

Fig. 12 dem Nachgiebigkeitsverhalten bei mit Klebefilm verklebter Öffnung (Druck kammernäherung);

Fig. 13 der relativen Bewegungsgeschwindigkeit bei der erfindungsgemäßen Lautsprecher vorrichtung entsprechend Fig. 10;

Fig. 14 der relativen Bewegungsgeschwindigkeit bei einer Lautsprechervorrichtung nach Fig. 11;

Fig. 15-17 Schalldruckniveaudarstellungen;

Fig. 18 der Impedanzkurve des erfindungsgemäßen Lautsprechers;

Fig. 19-22 weitere Meßkurven.

In den Fig. 1 und 2 ist ein kastenförmiges Lautsprecher gehäuse mit einem Boden 10, einer Stirnwand 11, einer Rück wand 12, Seitenwänden 13 und einer oberen Deckwand 14 gezeigt. In der Stirnwand 11 sind eine Öffnung 15 für einen nicht gezeigten Lautsprecher sowie eine zweite, verhältnis mäßig weite spaltenförmige Pforte oder Öffnung 16 ausgebil det, die sich über die ganze Breite der Stirnwand erstrec ken. Die eigentliche Lautsprecherkammer V_b ist auf allen Seiten inwendig mit Dämpfungsmaterial 22, z. B. Mineral fasermatte oder -platten, ausgekleidet.

Mit 24 ist ein verhältnismäßig dicker Streifen aus akusti schem strömungsbegrenzendem Material, z. B. Mineralfaser material, und mit 25 sind zwei Gitter, z. B. aus Streckme tall bezeichnet. Eine erste Abstimmeinheit 20 wird durch einen Einsatz oder Pfropfen zur Strömungsbegrenzung in der Öffnung 16 unter Verdichtung des Streifens 24 zwischen steifen Gittern 25 bis zur Dicke 26 gebildet, wobei ein luftdichter Einsatz an den Umfangsrändern des so erhal tenen Pfropfens in der Öffnung 16 bewirkt. Natürlich kann der Pfropfen auch aus bereits vorverdichtetem Material oder aus akustischem Schaumkunststoff mit angepaßtem Zusatz dünner Schichten aus akustisch resistiven Materials gebildet sein.

Die Öffnung 16 ist hinsichtlich Fläche und Länge so ange paßt, daß sie Resonanz mit dem Gehäusevolumen bei der Eigenfrequenz f_s des Lautsprechers gibt. Gleichzeitig ist die durch den Einsatz 24, 25 bewirkte Strömungsbegrenzung ausreichend, um der Lautsprecheranlage ein Druckmaximum bei der Resonanzfrequenz f_d der Lautsprechervorrichtung zu geben, das gleich oder wenigstens äquivalent mit demje nigen eines geschlossenen Druckkammersystems ist, aber nicht ausreicht, um eine beschränkte, progressiv zunehmende Nachgiebigkeitserhöhung gegen die in Helmholtzresonatorge häusen auftretende niedrige Grenzfrequenz f₁ des Lautspre chers oder gegen niedrige Frequenz zu verhindern.

Mit 33 ist in Fig. 1 und 2 eine rohrförmige Ventilations- oder Abstimmeinheit bezeichnet, die in eine zylindrische Ausnehmung 40 des Dämpfungsmaterials 22 hineinreicht und die unter Hinweis auf Fig. 5 und 6 näher beschrieben wird. Mit 47 in Fig. 1 ist eine weitere spaltenförmige Hyperven tilationsöffnung bezeichnet .

Fig. 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform des Lautsprechergehäuses nach Fig. 1 und 2, wobei wesentlich übereinstimmende Details in Fig. 1-4 dieselben Bezugsbezeich nungen haben und lediglich unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 beschrieben werden. In Fig. 3 und 4 ist die spaltenförmige Öffnung 16 mit den Pfropfen 24, 25 mit Dämpfungsmaterial 24 durch eine generell mit 41 bezeichnete, rohrförmige, mit einem Pfropfen aus strömungsbegrenzendem Material ausgefüllte Abstimmeinheit ersetzt, die im Einzelnen unter Hinweis auf Fig. 9 beschrieben wird. Die Abstimmeinheit 41 ergibt eine Abstimmung entsprechend der durch die Öff nung 16 mit dem Einsatz 24, 25 in Fig. 1 und 2 bewirkten.

Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Abstimm- oder Ventilations einheit 33 (f₁-Organ) hat die Form eines Rohres 34 aus beispielsweise Aluminium mit einem luftdurchläßlichen Pfropfen 35 mit wesentlich geringerer Strömungsbegrenzungs fähigkeit als der Pfropfen 24, 25 in der Öffnung 16 oder in der Einheit 41. Beispielsweise besteht der Pfropfen 35 aus offenporigem Schaumstoff mit der Dichte 30-80 ppi, zweckmäßig der Größenordnung 45 ppi.

Der Pfropfen 35 kann an seinem einen Ende oder an beiden Enden mit gegen seine Stirnseiten auf mechanisch fixierte Weise anliegenden dünnen Schichten aus dichtstrukturiertem Material wie Stapelfaserschicht oder feinmaschigem Netz oder ähnlich versehen sein. Der Pfropfen 35 liegt luftdicht an der Innenseite des Rohres 34 an und soll eine ausreichen de Länge haben, um zu einer Differenzzeit Veranlassung zu geben und nicht zu oszillieren bzw. um seine Gleichgewichts lage verschoben zu werden. Die Länge soll vorzugsweise das 1,0-fache des Rohrinnendurchmessers betragen. Alterna tiv kann der Pfropfen durch ein Streckmetallnetz oder ähnlich versteift werden.

Die Einheit 33 wird luftdicht in einer Öffnung des Lautspre chergehäuses verleimt. Eine Stirnseite 38 des Rohrs 34 liegt an der Innenseite des Lautsprechergehäuses. Die Abstimmeinheit 33 kann auf eine Frequenz abgestimmt werden, die wesentlich unter der Eigenfrequenz des Lautsprechers liegt, zweckmäßig auf eine Frequenz, die sich der Grenz frequenz f₁ des Lautsprechers (nach der Gleichung 8 im Anhang II) nähert oder diese unterschreitet. In der Praxis sollte die Abstimmfrequenz der Einheit 33 die untere Grenz frequenz f₁ nicht überschreiten und beträgt vorzugsweise etwa das 0,5-fache der berechneten unteren Grenzfrequenz f₁.

In Fig. 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform 23 der Abstimmeinheit nach Fig. 5 und 6 gezeigt, wobei jedoch der Mündungspfropfen durch ein als akustischer Widerstand wirkendes, sehr dünnes (z. B. 0,4-0,015 mm), gespanntes, feinmaschiges Netz aus z. B. Metall, z. B. mit der Maschen weite 30-400 mesh, ersetzt ist. Darin wird eine sehr kleine Differenzzeit dt im Verhältnis zu der Einheit nach Fig. 5 und 6 mit dem strömungsbegrenzenden Pfropfen 35 entwickelt.

Die Abstimmeinheiten 33 und 23 (kleine Öffnung zum Gitter) können einen anderen als kreisförmigen Querschnitt haben und können in der Öffnung 16 oder der Einheit 41 zweckmäßig parallel und bei Kreisgeometrie insbesondere konzentrisch zu der Öffnung 16 bzw. der Einheit 41 angeordnet sein, obwohl dies eine weniger günstige Anordnung im Vergleich dazu ist, die Einheiten 33 oder 23 außerhalb der Öffnung 16 bzw. der Einheit 41 anzuordnen, wie dies dargestellt ist.

Nach einer aus akustischen Gründen bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein parallelepipedisches Lautsprecherge häuse gewählt, wobei die Breite der Stirnwand 11 gleich der dritten Wurzel aus dem Gehäusevolumen V_b ist, während die Höhe 1,25mal der Breite und die Tiefe des Gehäuses 0,8mal der Breite gewählt werden. Der Lautsprecher wird mit seinem Zentrum in einem Abstand vom Boden angeord net, der ein Drittel der Höhe ist, zweckmäßig etwas exzent risch gegenüber der senkrechten Mittenlinie der Stirnwand 11. Das Dämpfungsmaterial 22 ist an der hinteren Wand des Gehäuses zweckmäßig wenigstens doppelt so dick wie am Boden, an der Decke und den Seiten des Gehäuses, wobei als Dämp fungsmaterial mit Vorteil Glasfaserwolle mit der Dichte etwa 24 kgm^-3 gewählt werden kann.

Das Gehäusevolumen V_b wird zweckmäßig auf wenigstens 50% mit akustisch absorbierendem Material ausgefüllt. Die etwaige weitere Ventilations- oder Abstimmeinheit 23, 33 oder 47 wird beispielsweise nahe am Lautsprecher und neben einer Ecke zwischen dem Boden und der Seitenwand des Volu mens V_b angeordnet. Dem Lautsprecher kann durch opti mal eingestellte Abstimmeinheiten 33 oder 23 momentan Luft zugeführt werden, und er ist dadurch imstande, einem dynamisch variierten und/oder transientreichen Signalpro gramm, wie hin- und hergehenden Saitenpassagen auf Kontra baß, Großtrommel und ähnlichen Schallkonturen, besser zu folgen. Bei als Mitteltoneinheit verwendeten Einheiten werden "Verfärbungstendenzen" durch nicht geregelte Reso nanzfrequenz f_b wesentlich kleiner. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer nach Designwünschen angepaßten Proportionierungsweise ausgeführt werden, wobei sich Ver besserungen gegenüber dem Stande der Technik ergeben, jedoch ergeben sich die besten Leistungen bei Verwendung der akustisch bevorzugten Proportionierung.

In Fig. 9 wird in detaillierterer Weise eine für Montage in einer Öffnung des Lautsprechergehäuses bestimmte Einheit 41 gezeigt, welche eine ringförmige Pforte oder einen verhält nismäßig kurzen Tunnel 42 aufweist, welcher mit einem Pfropfen 43 aus strömungsbegrenzenden Material ausgefüllt ist, das ausreichend strömungsbegrenzend ist, um den Druck kammercharakter des Lautsprechergehäuses aufrechtzuerhalten. Mit 44 und 45 sind die Lage fixierende, luftdurchläßliche Schichten, beispielsweise aus Streckmetall oder perforier tem Blech, bezeichnet. Der Tunnel 42 weist eine Absatz fläche 46 zum luftdichten Festleimen gegen die Innenseite des Lautsprechergehäuses auf. Der Tunnel 42 ist derart dimensioniert, daß er mit dem Gehäusevolumen Resonanz bei der Eigenfrequenz f_s des einzubauenden Lautsprechers gibt, während die durch den Pfropfen 43 erzeugte Strömungsbegren zung ausreichend ist, um der Lautsprechervorrichtung ein Druckmaximum bei der Resonanzfrequenz f_b der Vorrichtung zu geben, das gleich oder wenigstens äquivalent mit demje nigen eines geschlossenen Druckkammersystems, aber nicht ausreichend ist, um eine beschränkte progressiv zunehmende Nachgiebigkeitserhöhung gegen die in Helmholtzresonatorge häusen auftretende untere Grenzfrequenz f₁ des Lautspre chers oder eine noch niedrigere Frequenz zu verhindern.

Hinsichtlich der Wahl von Ausführungsformen mit einer rechteckigen Abstimmeinheit 16 bzw. 23′ gegenüber kreis förmiger Querschnittsfläche aufweisenden Abstimmeinheiten 41 oder 33 ist zu beachten, daß die Luftströmung in einem kreisförmigen Tunnel immer mit sowohl niedrigstem Turbu lenzniveau als auch symmetrisch ausgebildeter akustischer Wellenausbreitung verbunden ist, während ein rechtecki ger Tunnel zu sowohl zunehmender Turbulenz als auch ver minderter Wellensymmetrie Veranlassung gibt, welche Ver schlechterung um so mehr entwickelt ist wie das Höhen maß der Fläche gegen Null geht und damit ihr Breiten maß gegen unendliche Dimension geht. In Konsequenz hieraus soll bei Verwendung rechteckig geformter Abstimm vorrichtungen beachtet werden, daß ein ausreichend wirk samer, im Pfropfen entwickelter Strömungswiderstand zur Auslöschung der genannten turbulenten Erscheinungen ge wählt wird, wobei die Ausführungsform mit Pfropfen aus verdichteter Mineralfaserwolle zu bevorzugen sein kann.

Es gibt einen Grund dafür, hier spezifischer anzugeben, auf welche Weise die Optimierung der Frequenzeinstel lung nach der Erfindung zweckmäßig stattfinden soll. Es kann günstig sein, die Abstimmeinheiten nach einer der Fig. 1 bis 9 bei einer Frequenz abzustimmen, die viel niedriger ist als die nach den Formeln (Anhang II) be rechenbaren - z. B. durch Verschieben gegenüber einer berechneten unteren Grenzfrequenz f₁ abwärts gegen etwa 0,5 f₁ sowie Verschieben auch von f_s gegen f′_s oder sogar abwärts gegen 0,7×f′_s (f′_s gemäß Anhang II, Formel 5).

Die bei der jeweiligen Abstimmvorrichtung wirksame effek tive Strömungsbegrenzung soll eher reichlich groß gewählt werden als zu gering, welche Forderung damit zusammen hängt, daß es unzweckmäßig ist, daß der dynamische Druck faktor in dem erfindungsgemäß funktionierenden System so viel vermindert wird, daß die Lautsprechereinheit in einer akustisch unkontrollierten Weisen schwingen kann. Mit anderen Worten muß sich bei der Erfindung die der Ausschwingung des Lautsprechers dynamisch entgegengerich tete Druckkraft der Größe nähern, die bei einer als Druck kammeräquivalent ausgeführten Konstruktion herrschen würde.

Erfindungsgemäß ist es möglich, ein gut funktionierendes und dynamisch reguliertes System mit Verwendung einer einzigen Abstimmeinheit, wobei die Abstimmfrequenz für die Einheit nur f_s oder f′_s (Siehe Gleichung 6 in Anhang II) ist.

Wenn man wünscht, Systemcharakteristiken bei transienten Schallpassagen niedrigfrequenter Natur wie von saiten gezupftem Kontrabaß und einer Baßtrommel, zu verändern, kann nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung eine solche Veränderung dadurch bewirkt werden, daß dem akustischen System Hyperventilation zugeführt wird. Die einzige Art, wodurch eine solche Hyperventilation be wirkt werden kann, ist durch Öffnen des akustischen Sy stems, so daß die eingeschlossene Luft theoretisch un gehindert Strömung mit der Umgebungsluft austauschen kann. Damit dieses Öffnen ohne gleichzeitige wesentli che Beeinträchtigung hinsichtlich der dynamisch wirk samen Regulierung des Lautsprechersystems funktionieren kann, wird erfindungsgemäß in das akustische System eine weitere Abstimmeinheit eingesetzt, die als Rohr oder Tunnel mit sehr großer Länge gegenüber ihrer Quer schnittsfläche ausgeführt wird und nach Gleichung 9) in Anhang II theoretisch von 0 Hz bis in der Nähe von f₁ (Gleichung 8 in Anhang II) abgestimmt ist.

Wenn eine solche Einheit in das akustische System einge setzt ist, erfolgt die vorhandene Dämpfung des beweglichen Teils des akustischen System, und zwar der Lautsprecher einheit, in folgender Weise: Die im Kanal eingeschlossene Luftsäule muß man von dem akustischen System im übrigen als getrennt ansehen. Die die Luftsäule darstellende Masse wird nach der Streckung des Kanals als eine Funktion des bei der Lautsprechereinheit vorkommenden Beschleunigungs niveaus dynamisch hin und her verschoben, wobei die Be schleunigung auch auf ein mathematisch berechnungsbares Verschiebungsniveau bezogen ist. Theoretisch gilt, daß, wenn das von der Lautsprechereinheit im akustischen Sy stem entwickelte Druckniveau p konstant (z. B. bei 1 Nm^-2) gehalten wird, auch das Beschleunigungsniveau (a ms^-2) von theoretisch 0 Hz und aufwärts konstant ist. Infolge dessen wird das Geschwindigkeitsniveau (v ms^-1) der Lautsprechereinheit für jede Frequenzhalbierung ver doppelt und vermehrt das Verschiebungsniveau (d m) der genannten Lautsprechereinheit quadratisch mit dem Be schleunigungsniveau.

Gegen höhere Frequenz als die Abstimmungsfrequenz wirkt die Luftsäule im Kanal akustisch immer mehr sperrend, während bei der Abstimmungsfrequenz sich ein Grenzpunkt entwickelt, von dem aus der Kanal immer mehr akustisch öffnend wirkt, wodurch immer mehr dynamischer Bewegungs energie erlaubt wird, sich durch den Kanal pro Zeitein heit zu bewegen.

Der Effekt dieser Umstände bewirkt, daß in dem von dem genannten Kanal enthaltenen Regulierungsgebiet sich die auf den Lautsprecher im akustischen System einwirkende Dämpfung der Bewegungsamplitude in der Weise entwickelt, daß sie einen gegen 0 Hz umgekehrt progressiven, d. h. vermindernden Verlauf einnehmen kann. Mit anderen Worten bedeutet die erfindungsgemäß ermöglichte Hyperventilation, daß eine Luftsäule mit variierter Verschiebungsgeschwindig keit teils die Ausschwingung der Lautsprechereinheit dy namisch belastet, teils die Ausschwingungsfähigkeit der Lautsprechereinheit bei kurzen Verläufen vergrößert, d. h. daß die Start- und Stoppzeiten des Lautsprechers in einer besonders günstigen Weise gleichförmig dynamisch regu liert werden, und dem Lautsprecher kann somit Luft mo mentan zugeführt werden, d. h. er kann "atmen". Mit der Hyperventilation als Ergänzung wird somit ein noch voll wertigeres und schnell reagierendes Lautsprechersystem bewirkt.

Die Hyperventilation kann bei verschiedenen Eingriffni veaus in Funktion gesetzt werden, wobei eine oder mehrere als Hyperventilator fungierende Vorrichtungen gewählt werden können. Wenn wenigstens zwei solche Vorrichtungen verwendet werden, so soll die eine von diesen eine kreis förmige Querschnittsfläche aufweisen, eine endliche Länge haben und mit einem Pfropfen 35 aus angepaßtem, offenpo rigem Schaumstoff versehen sein sowie auf eine niedrigere Frequenz abgestimmt sein, z. B. auf f₁ (Gleichung 8 in Anhang 2). Die weitere Vorrichtung 23, 47 (Fig. 1) kann nach Anspruch 6 oder 7 schlitzförmig ausgebildet werden und wird dann als hyper-hyper-ventilierend im Vergleich mit der Ventilation der erstgenannten Vorrichtung wirk sam. Die letztgenannte Vorrichtung soll, auch wenn sie als einziger Hyperventilator im System vorkommt, eine außerordentlich geringe Schlitzhöhe haben, z.B. von der Größenordnung 0,1-2 mm, wobei sie etwa nahe Null Hz abgestimmt ist. Die Breite ist z. B. etwa das 10-fache der Höhe. Die Anwendung der Hyperventilation ist auch mit Bezug darauf wirksam, daß eine Lautsprechereinheit bei dicht wiederholten starken transienten Schallpassa gen sonst einen stationären, im Volumen des Gehäuses entwickelten mittelwertgebildeten Luftdruck aufbauen kann, der eine Verschiebung des symmetrischen Arbeits nullpunktes des Schwingpols ergeben kann - mit anderen Worten die Lage des Lautsprecherkegels im Gehäusevolu men in die eine oder andere Richtung verschieben kann, was unter funktionellen Gesichtspunkten ungünstig ist.

Auch wenn ein System mit Hyperventilation durch einfache Maßnahme nach der Erfindung mit Einsetzen einer rohr förmigen Vorrichtung bewirkt werden kann, welche keine Form mechanischer Strömungsbegrenzung einschließt, d.h. ein Netz 38 nach Fig. 7 und 8 oder einen Pfropfen 35 nach Fig. 5 bis 6, so ist wenigstens das Einsetzen eines Netzes 38 vor der ganz offenen Ventilationsvorrichtung vorzuziehen. Ein ganz offener Kanal kann nämlich ein Pfeifen- oder Strömungsgeräusch verursachen, dessen Fre quenz sich bei der natürlichen Abstimmfrequenz des Rohres hörbar machen kann.

Zur Modifizierung der Dämpfungsverhältnisse, die bei der Resonanzfrequenz f_d herrschen werden, kann eine weitere Abstimmfrequenz - ähnlich die der Fig. 9 - verwendet werden, die allerdings auf eine viel höhere Frequenz ab gestimmt ist als die Abstimmfrequenz der erstgenannten Einheit 16, 41, somit synergistisch wirksames Abstimmungs verhältnis durch Variieren der Eingriffsfrequenz der Ab stimmeinheit oder ihres strömungsbegrenzenden Teiles er zielt werden kann. Die Verwendung einer solchen weiteren und auf synergistische Weise druckregulierenden Vorrich tung setzt voraus, daß der Strömungswiderstand hoch und die Rohrlänge kurz gehalten wird. Die Einwirkung der ge nannten Vorrichtung auf das akustische System kann am einfachsten durch Studium der elektrischen Impedanz charakteristik bei der Resonanzfrequenz f_d des Systems kontrolliert werden. Eine derartige druckregulierende Vorrichtung bewirkt eine eventuelle gewünschte Aus dämpfung von und in unmittelbarer Nähe von f_d sowohl impedanzmäßig als auch frequenzgangmäßig. Man kann in der beschriebenen Weise dadurch den Frequenzgang des Lautsprechers beeinflussen und verändern und eine ge wisse Abflachung bei etwa 100 Hz und gegen niedrige Frequenz erhalten, was in manchen Applikationsfällen wünschenswert sein kann. Mit anderen Worten stellt diese weitere Einheit zum Unterschied zu der akustischen Funk tion der eigentlichen Abstimmeinheiten 16, 41, 23, 23′, 33 ein akustisches Loch oder Leck dar. Die Änderung des Frequenzganges ist eigentlich eine Funktion davon, daß die akustische Güte Q reguliert wird. Eine generelle For mel für die Güte Q ist als Gleichung 10 im Anhang II wie dergegeben. Die Formeln sind selbstverständlich für den Fachmann angegeben (siehe auch Tabelle I).

Wenn die Messung der Impedanz ein gegen niedrige Frequenz markant vergrößerndes Impedanzniveau aufweisen sollte, während das Impedanzmaximum doch in der Nähe von f_b auf tritt, so wäre diese Fehlfunktion wahrscheinlich dadurch verursacht, daß die Abstimmeinheit für f₁ auf eine zu hohe Frequenz abgestimmt ist und/oder der Strömungswider stand im Mündungsgebiet der Einheit zu klein ist.

Wenn auf der anderen Seite die Frequenz für die Resonanz f_d des dynamischen Systems bei einer höheren Frequenz gefunden werden sollte als die Frequenz fb, welche die Systemresonanzfrequenz nach Gleichung 1 in Anhang II ist, die lediglich bei einem ganz geschlossenen Druck system vorhanden sein kann, so ist dies wahrscheinlich dadurch verursacht, daß die Dimensionierung der Ab stimmeinheit, welche bei höherer Frequenz als f₁ ein wirkt, und zwar optimiert in der Nähe von f_s, in nicht optimaler Weise justiert ist. Dabei kann als Anweisung für die Optimierung generell angegeben werden, daß dann z. B. die Tunellänge in einer zu kurzen Proportion im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Tunnels gewählt ist und/oder daß das Eingriffsgebiet für den strömungs begrenzenden Einsatz zu weit im Verhältnis zu der ge nannten Tunnellänge gewählt ist und/oder daß der ver wendete Strömungswiderstand zu gering ist.

Ein anderes Kennzeichen für eine solche, nicht optimierte Justierung der Abstimmeinheit kann eine kräftige Reduk tion des Impedanzmaximumniveaus bei der Systemresonanz frequenz sein, etwas was normalerweise auch mit einer erheblichen Verschiebung von f_d gegen höhere Frequenz zusammenfällt, sowie auch, daß eine beginnende oder gut erkennbare Impedanzsteigerung gegen sehr niedrige Fre quenz geschieht.

Es soll in diesem Zusammenhang bemerkt werden, daß der erfindungsgemäß erhaltene besondere akustische Effekt, hier dynamischer Effekt genannt, nicht mit Verwendung üblicher Messung der Schalldruckkurve bei niedrigen Frequenzen, z. B. von 100 Hz und abwärts, nachweisbar ist. Tatsächlich weist die mit Klebefilm beklebte Mo dellkonstruktion eine beinahe identische Frequenzcha rakteristik auf wie die, zu der die Erfindung Veran lassung gibt (Fig. 19), d. h. es ergibt sich bezüglich der Schalldruckkurve keine meßbare Erklärung zu dem Höhen unterschied, der tatsächlich erzielt wird und der die dynamische Lautsprechervariante von ihrem verschlossenen Äquivalent unterscheidet. Ein Grund für diesen im vor liegenden Zusammenhang bemerkenswerten Umstand, daß man die beiden Varianten frequenzmäßig nicht unterscheiden kann, dürfte darin zu finden sein, daß die eine, d. h. die erfindungsgemäße Variante, ein in dynamischer Weise regulierter Druckkammerlautsprecher ist, was die andere Variante ja nicht ist. Der genannte dynamische Regulie rungseffekt wird somit akustisch in einer anderen Dimen sion entwickelt als die, welche durch übliche Frequenz messung meßbar ist. Diese Dimension ist ein akustischer Effekt, der nur momentan auftritt und der die Dimension Nsm^-5 - als einen effektgebenden Parameter -, d. h. die Dimension einer akustischen Impedanz und eine weitere Dimension, und zwar dt, die von den verwendeten Abstimm einheiten entwickelt wird. Aufgrund des Vorkommens der genannten momentanen dynamischen Effektentwicklung wird eine bessere Auflösung und Trennung des Programmaterials wiedergegeben, als es bei einer gewöhnlichen Lautsprecher vorrichtung der Fall ist.

Das Modellsystem nach Fig. 10-22 ist nach den Formeln des Anhangs II berechnet, wobei V_b = 96 dm³, f_s = 27 Hz, welche letztgenannte zu f_s = 25,8 Hz mit einem angebrach ten 3 Gramm-Beschleunigungsmesser gemessen wurde. Das Innere des Kastens wurde mit einer Glasfasermatte mit der Dichte 24 kg/m³ ausgekleidet, die gut 50% des Gehäusevo lumens V_b ausfüllte. Die Eigenfrequenz f_s bezieht sich auf einen 10-Zoll-Lautsprecher mit einer 2-Zoll-Schwing spule und mit kräftigem Magneten, der nach Einsetzen in das Lautsprechergehäuse ohne inneres Dämpfungsmaterial und bei vollständig druckdichter Ausführung eine Systemfrequenz von f_b = 39,6 Hz ergab, was somit dem Verhältnis s = 1, 36 (Verhältnis der reziproken Steifigkeiten) sowie umge rechnet einem Luftvolumen V_AS don etwa 130 dm ent spricht.

Nach dem Einsetzen des genannten Dämpfungsmaterials in das Gehäuse sowie nach wiederum luftdichtem Verschließen der Lautsprechereinheit wurde die gesamte Resonanzfrequenz zu f_b = 39 Hz gemessen.

Nach Berechnung der Dimensionen anwendbarer Abstimmein heiten, d. h. zur Abstimmung auf f_s bzw. auf eine viel niedrigere Frequenz als die berechnete f₁ wurde für die Modellkonstruktion als die bei f_s abstimmende Vorrichtung ein Rohr aus Aluminium mit einer Länge von 42 mm und einem inneren Durchmesser von 50 mm bzw. einem äußeren Diameter von 60 mm gewählt. An beide Enden des Rohres wurde Streck metallnetz geklebt. Das Rohr wurde in der Mitte zwecks künftiger Anbringung von strömungsbegrenzendem Einsatzma terial geteilt. Die auf diese Weise ausgeführte f_s-Einheit wurde mit Klebefilm zusammengeklebt und in ein für den Zweck ausgespartes Loch in die Stirnwand auf luftgedichtete Weise eingesetzt.

Eine Einheit, welche für ein frequenzabgesenktes f₁ = 6 Hz berechnet wurde, wurde als ein sehr weites, für spätere Einsetzung eines 20 mm weiten akustischen Schaumstoff körpers mit 60 ppi (particles per inch) bestimmtes Rohr ausgeführt. Dabei wurde der Innendurchmesser des Rohres zu 20 mm, sein Außendurchmesser zu 25 mm bei einer be rechneten Länge l_t von 230 mm gewählt. Diese Einheit wurde bei weggelassenen Pfropfen in das Lautsprecherge häuse luftdicht eingesetzt. Danach wurden akustisch unter Verwendung des Geschwindigungssignals des Beschleuni gungsmessers die drei auftretenden Frequenzpunkte, und zwar f₀, f₁ bzw. f₂ gemessen, und diese wurden bei den Frequenzen: f₀ = 22,4 Hz, f₂ = 43,3 Hz und f₁ = 15,3 Hz gefunden.

Eine Kontrolle der synergistisch wirksamen Abstimmung wurde durch Einsetzen erhaltener Meßwerte (in Gleichung 6, Anhang II) vorgenommen und als Ergebnis wurde erhalten, daß f_p mit f_s einschließlich der Masse des Beschleunigungsmessers übereinstimmte, d. h. 25,8 Hz. Damit konnte man feststellen, daß die Grundabstimmung richtig durchgeführt war, wobei nur hervorgehoben werden soll, daß f₀ zu 22,4 Hz gemessen werden konnte, d. h. niedriger als mathematisch richtig f₀ = f_s = f′_s, was auch die Lage von f′_s = 22,4 Hz (siehe Gleichung 5) zeigt.

Danach wurden in die f_s-Einheit drei Materialschichten, bestehend aus 20 mm dicken ausgeschnittenen Zylindern aus Mineralwolle der Dichte 24 kgm^-3 sowie gegen das jeweilige Streckmetallnetz angebrachte Scheiben von 50 gm^-2 (etwa 0,3 mm dicke Schichten) Stapelfasern ein gesetzt. In die bei frequenzgesenkter f₁ abgestimmte Einheit wurde zuerst der 20 mm dicke Pfropfen eingesetzt und darauf wurden die Mündungen der beiden Vorrichtungen gegen die Umgebung mit Klebefilm versiegelt.

Eine neue Messung wurde vorgenommen, jetzt mit der Ab sicht, die neue Resonanzfrequenz f_b zu finden. Diese wurde zu 39 Hz gemessen, aus welchem Wert das Komplianz verhältnis S_b zu 1,29 (früher: 1,36) berechnet werden konnte, was bedeutet, daß die Einsetzung des inneren, schalldämpfenden Materials in die Anlage durch die akusti sche Belastung und Schallgeschwindigkeitsverminderung in V_b die Nachgiebigkeit des Lautsprechers erhöht hat. Das neue Luftvolumen V_AS (Anhang I)3 kann zu 124 dm berechnet werden. Es ergibt sich eine Volumendifferenz, die gleich 130-124 = 6 dm³ ist. Diese Differenz kann durch Multiplikation mit der Luftdichte in eine Bela stung am Lautsprecher umgerechnet werden zu ungefähr m₁ ≈ 1,29×6 = 7,8 g.

Die Vorrichtung wurde danach dahingehend verändert, daß das Funktionsprinzip angewandt wurde, und zwar zusammen fassend und am einfachsten dadurch beschrieben, daß eine diskrete, in dynamischer Weise noch erhöhte Nachgiebig keit jetzt im akustischen System in dessen Gesamtheit wirksam wird und in diesem Fall auch mit Hyperventilations zusatz (die unter f₁ gelegte Abstimmeinheit), was nach Beseitigung des die Mündung verschließenden Klebefilms durchgeführt wurde. Die Messung der Druckfunktion für die Anlage mit wirksamen Einheiten ergab, daß die dynamische Systemresonanzfrequenz f_d jetzt auftritt und zu 37,9 Hz gemessen werden konnte. Berechnet man nach Rückeinsetzen der Eigenfrequenz f_s = 25,8 Hz (s. o.) der in der freien Atmosphäre einschließlich des Beschleunigungsmessers ge messenen Einheit, so wird erhalten, daß das berechnete dynamische Systemnachgiebigkeitsverhältnis s_d = 1,16 ist, was mit dem in Gleichung 3 des Anhangs II angegebenen ungefähren Zusammenhang zwischen s_d und s_b ausgezeichnet übereinstimmt. Die Umrechnung auf das Luftvolumen V_AS für die Einheit des dynamischen Systems ergibt eine Ver schiebung von dem früher berechneten Wert 124 dm³ auf 111 dm³, was bedeutet, daß die dynamisch zugeführte Massen resultierende bedeutend ist, nämlich gleich etwa eine Belastung der Lautsprecherbewegung mit jetzt 17 g. Dadurch wird die statisch erreichbare (7,8 g) Lautsprecherbe dämpfung etwa um das zweifache überschritten. Die Ge samtbedämpfung bleibt etwa gleich oder wird größer. Das dynamische System ist als aperiodisch bedämpft zu betrach ten.

Die in Fig. 18 gezeigte elektrische Impedanzkurve Z_s für das fertige dynamische System zeigt die bewirkte sta tische Impedanzcharakteristik, d. h., welche jetzt eine typische Druckcharakteristik ist, die ihr von dem Druck maximum verursachtes Impedanzmaximum bei 39 Hz hat. Ent sprechende Impedanzmessungen, welche für die durch Klebe film verklebte verschlossene Modellvariante vorgenommen wurden, wiesen eine vernachlässigbare Abweichung von der Impedanzcharakteristik des dynamischen Modells auf. Da sie mit der dynamischen Impedanzkurve ganz zusammenfallen würde, ist sie auch nicht graphisch angegeben. Die Impedanz messung wurde auf einem 8-Ohm-Lautsprecher vorgenommen und nach Einsetzung eines Reihenwiderstands r′ = 270 Ohm gemessen. Eine Vorrichtung nach der DE-AS 17 62 237 zeigt entsprechend der dortigen Zielsetzung einer Dämpfung eine im Maximum wesentlich reduzierte und ins gesamt breitere sowie gegen sehr niedrige Frequenz an steigende Kurve.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen am Modell vorgenommene Messungen der spezifischen dynamischen Nachgiebigkeit MC (m³N^-1) des Systems. Fig. 10 zeigt die im Modellsystem nach der Erfindung gemessene dynamische Nachgiebigkeit zwischen 100 Hz und nahezu 0 Hz.

Die dynamische Nachgiebigkeit des Modellsystems vor Ein setzen strömungsbegrenzender Organe wird in Fig. 11 ge zeigt, wobei die früher genannte Frequenz f₀ als ein schwaches Minimum in der Komplianzkurve im Gebiet um 28 Hz gefunden wird (Helmholtznäherung). Als Frequenzwert (synergistisch gemeinsam mit der f_p-Vorrichtungsfrequenz) wird ein Wert in der Nähe von 2,5 Hz mit einem deutlichen Maximum in der Komplianzkurve gefunden, wobei die Nachgie bigkeit gegen noch niedrigere Frequenz gegen eine - mittels eines FFT-Analysators bestimmte - Frequenz von etwa 0,25 Hz abnimmt, um danach wieder gegen eine erhöhte Nachgiebigkeit zu gehen.

Fig. 12 soll im Vergleich mit der Kurve in Fig. 10 be trachtet werden, indem sie die in dem ganz druckdichten Modellsystem erhaltene Komplianz (bei mit Klebefilm bekleb ten Einheitsmündungen) zeigt. Man kann dabei beobachten, daß der scharfe Knick der Fig. 12, der sich nahezu als ein schwaches relatives Maximum darstellt, sich in der Nähe von 2-2,5 Hz befindet, in Fig. 10, als ein abgerundeter Sattel wiedergefunden wird. Ein weiterer Unterschied stellt der besonders verschiedenartige Verlauf dar, den die beiden Kurven unter der genannten Frequenz von etwa 2 Hz haben.

Besonders kennzeichnend für den Hyperventilationseffekt bei dem System nach der Erfindung ist der Unterschied der Systemnachgiebigkeit, der bei dem in Fig. 10 auftretenden absoluten Maximumwert mit -5 dB bzw. bei dem bei entspre chender Frequenz in Fig. 12 bei -22 dB vorkommenden Wert wiedergefunden wird, d. h., das dynamische Modellsystem hat eine etwa 17 dB (7mal) höhere Nachgiebigkeit dieser fest gestellten Grenzfrequenz f₁ von etwa 0,25 Hz.

Fig. 14 zeigt die beim offenen System (Helmholtzcharakter) ohne eingesetzte Begrenzungseinheiten entwickelte relative Bewegungsgeschwindigkeit v_s bei der Lautsprechereinheit, wobei die als Geschwindigkeit γ = 20 log v_s/u_s angege ben wird, wobei γ die Dämpfung ist und u_s das zugeführte Spannungsniveau.

Fig. 13 zeigt die beim System nach der Erfindung ent wickelte Bedämpfung der relativen Bewegungsgeschwindig keit v_s/u_s.

Die Fig. 15, 16 und 17 zeigen bei der Modellkonstruktion vor genommene Messungen bei akustisch erhaltenem Schall druckniveau.

Die in Fig. 15 gezeigte Kurve betrifft das Schalldruck niveau p(Nm^-2), das auf einen konstantgebliebenen, der Lautsprechereinheit zugeführten elektrischen Effekt W_e bezogen werden konnte, wenn ein Meßmikrophon B & K Typ 4165 in der Zentrumachse der f_s-Einheit im Abstand von etwa 1 mm von seinem die Mündung abschließenden Metallnetz angebracht wurde. Die in Fig. 16 gezeigte Differenzkurve gibt das Differenzniveau an, das als ein Unterschied zwi schen dem in Fig. 15 gezeigten Niveau und dem von dem Mikrophon registrierten Schalldruckniveau gemessen werden konnte, wenn es horizontal verschoben war, so daß das Schalldruckniveau in einem zwischen den beiden Abstimmungs einheiten gut getrennten geometrischen Ort - d. h. der bei der Baffelfläche (Schallwand) registrierbare Schalldruck - gemessen werden konnte.

Das in Fig. 15 in angegebener Weise gemessene Schalldruck niveau hielt sich im Abstand von etwa -30 dB von dem an gegebenen Referenzniveau in dem im wesentlichen konstan ten Frequenzgebiet über 65 Hz, welche Druckcharakteristik als bezogen auf die in Fig. 17 gezeigte Druckcharakteri stik für das axial bei der Lautsprechereinheit auftre tende Druckniveau als ein um etwa -12 dB vermindertes Druckniveau angegeben werden kann.

Die oben beschriebene Differenzmessung in Fig. 16, und zwar d_p = 20 log Pb/P_p, zeigt, daß eine deutliche Druck differenzfunktion bei niedrigeren Frequenzen als f_s von etwa 27 Hz auftritt. Man beobachtet, daß gerade bei f_s eine Differenzinflexion eintritt, deren Vorhandensein den charakteristischen Punkt bestätigt, wobei die Einwir kung der f_s-Einheit als ein phasendrehendes und druck regulierendes Organ einzuwirken beginnt. Da die Kurve in Fig. 16 bei etwa 5 Hz ein bis -8 dB zunehmendes Dif ferenzverhältnis aufweist, das dann bis gegen die Diffe renz 0 dB auf beiden Seiten der 5-Hz-Frequenz wieder ab fällt, gibt sie auch somit die auf akustische synergi stische Weise erhaltene, untere Grenzfrequenz bei etwa 5 Hz an. Die als negative Differenz dargestellt Funktions kurve zeigt die Abstrahlung von der f_s-Vorrichtung als Schallausstrahlung, die gegen noch niedrigere Frequenz "ab gesetzt" ist.

Bei Verwendung der Gleichungen im Anhang II - in erster Linie der Verwendung von Gleichung 9, in die Quer schnittsfläche A_p der Abstimmeinheit, Gehäusevolumen V_b und Verlängerung l_t der akustisch wirksamen Fläche A_p eingehen - ergeben sich die Tabellen der Anhänge III und IV.

Es ist so, daß die körperliche Querschnittsfläche sowohl groß als auch gering sein kann, während die Resonanz frequenz f_b der Abstimmeinheit bei konstant gehalte ner Querschnittsfläche A_p bzw. konstant gehaltener Länge l_t gegen Null geht, wenn das Volumen gegen unend lich geht. Hieraus ergibt sich, daß der akustische Regu liereffekt einer gegebenen Querschnittsfläche in erfin dungsgemäß ausgeführten Abstimmeinheiten zu der Luft menge in Beziehung steht, welche akustisch durch die Fläche der Vorrichtung als Volumen verschiebbar ist. Dieses Verhältnis wird als ein Ausführungsbeispiel be schrieben, wobei eine Abstimmeinheit 33 mit einer Quer schnittsfläche bei einem konstant gehaltenen Durchmesser von 50 mm gewählt worden ist, und wofür die Länge l_t ebenfalls 50 mm ist. In Tabelle I ist angegeben, daß bei allmählich halbiertem Gehäusevolumen V_b von 200 dm₃ auf 6,24 dm f_p zwischen 18 und 101 Hz variiert.

Anhang IV zeigt die ungefähre Rohrlänge l_t, welche bei den Gehäusevolumen 100, 50 und 25 dm³ gefordert werden würde, um mit konstant gehaltenem Rohrdurchmesser von 50 mm die Abstimmfrequenz f_p bei etwa 25 Hz zu halten.

Wie sich auch aus der Tabellenbeschreibung ergibt, gibt es sehr große Variationsmöglichkeiten von dynamisch er haltenem Reguliereffekt bei Systemen nach der Erfindung, d. h. durch Variieren des Verhältnisses zwischen gewähl ter Querschnittsfläche und Tunnellänge. Als eine Anwei sung, um ein gut ausbalanciertes Verhältnis zwischen der Eigenfrequenz f_s des Lautsprechers, dem gewählten Kom plianzverhältnis s nach Gleichung I, Anhang II und dem zweckmäßigen dynamischen Reguliereffekt zu erreichen, werden unten folgende ungefähre Richtwerte angegeben.

Wenn sich die Eigenfrequenz f_s auf einen verhältnis mäßig kleinen (z. B. 6′′) Lautsprecher bezieht, kann f_s etwa 50-60 Hz und der Volumenparameter 12 dm³ sein.

In Tabelle 1 wird angegeben, daß bereits eine verhält nismäßig kleine Querschnittsfläche A_p in einem so klei nen Volumen eine so hohe Abstimmungsfrequenz entwickelt, daß, sofern die Querschnittsfläche nicht so gering ge wählt wird, sie so ungünstig klein (ungünstiger Regu liereffekt) sein kann, daß das System nicht auf f_s ab gestimmt werden kann, wenn nicht eine verhältnismäßig große Fläche mit einer Tunnellänge verbunden ist, die körperlich so groß ist, wie die Konstruktion zuläßt. Die in Tabelle II angegebene Frequenz würde dann ohne Zusatz von wesentlicher Rohrlänge bei 71 Hz einfallen. Es ist zweckmäßig, die Fläche mäßig groß zu halten, um dadurch die Konstruktion wirksam dynamisch und ausreichend regulieren zu können. Zweckmäßig kann die Fläche auch in die Tiefe "verlängert" werden. Der 6-Zoll-Lautspre cher würde bei dem genannten Boxenbereich von 12 dm^-3 ein Komplianzverhältnis etwa gleich 4 erhalten.

Hinsichtlich des Konstruktionsfalles, worin ein sehr generös bemessenes Volumen bevorzugt wird, kann in erster Linie mit Rücksicht darauf, daß man bei Komplianz verhältnissen um 1,0 oder weniger als 1,0 keinen so großen akustischen Reguliereffekt haben muß, es am zweck mäßigsten sein, die Querschnittsfläche A_p kleiner zu halten, was durch eine Öffnungslänge etwa gleich oder nur etwas größer als das Frontplattenmaß halten wird.

Eine Volumenmenge, die ein Komplianzverhältnis s der Größenordnung 1,0 ergibt, bringt mit sich, daß die Beweg lichkeit bzw. der akustische Wirkungsgrad des Lautsprechers hinsichtlich stationärer (sinusförmiger) Ausschwingungs bewegung automatisch optimiert wird, da das Komplianz verhältnis 1,0 das optimale akustische Einspannungsver hältnis in einem Druckgehäuse ist. Daher kann die dyna mische Strömungsregulierung einen völlig ausreichenden Re guliereffekt entwickeln, auch wenn die effektentwickelnde Querschnittsfläche bei einer Abstimmeinheit physisch als klein auffaßbar ist; so wird bei korrekter Einstellung der Strömungsbegrenzung in der Einheit (d. h. hoher Einstellung) eine günstige geringe, beinahe vernachlässigbare, statische Strömung erhalten.

Mit Bezug auf Gleichung 10 im Anhang II, die den Güte- oder Q-Wert beschreibt, der in einem akustischen Kreis erhalten wird, verhält es sich so, daß die Güte Q für eine gewisse, bestimmte Querschnittsfläche gegen einen großen Q-Wert geht, wenn die Länge l_t der Abstimmeinheit gegen einen größeren Wert geht. Die Größe Q stellt somit ein Maß für die Wirkung des Eingriffs dar, den eine erfindungsgemäß ausgeführte Abstimmeinheit im akustischen System als solche entwickelt, wobei diese zusammenfassend ebenso viel größer wird, wie es das Längen-Flächen-Verhältnis für die je weilige Abstimmeinheit wird.

Die "Tone-burst"-Analysen nach Fig. 19-22 zeigen die in dem früher genannten Meßpunkt für die Lautsprecherein heit im Modellsystem registrierte Transientcharakteri stik für das erfindungsgemäße dynamische System im Ver gleich mit der Charakteristik der bei zwei verschiedenen Frequenzen zugeführten Signalspannung.

Somit zeigen Fig. 19 und 21 das akustisch erhaltene Sig nal für die nach Fig. 19 geprüfte Frequenz f_d (38 Hz) bzw. die nach Fig. 21 geprüfte Frequenz von etwa 0,7×f_d (27 Hz), wobei das jeweilige elektrisch zugeführte Sig nal in den Fig. 20 und 22 gezeigt wird. Es ergibt sich aus der Transientanalyse, daß die Transienteigenschaften mit einer besonders kurzen und gut definierten Ein- und Aus schwingung außerordentlich gut sind. Es sollte beachtet werden, daß jedes akustisch-mechanisches Übertragungs system notwendigerweise - wenn die Meßfrequenz bei Resonanz oder niedriger liegt - wenigstens eine zu dem zugeführ ten Signal addierte Schwingung gibt, was darauf zurückzu führen ist, daß das akustische System resonant ist. Der Grad der Restschwingung ergibt eine ungefähre akustische Gütezahl an (Q nach Gleichung 10 in der Formelsammlung nach Anhang II). Eine im Modellsystem nach der Erfindung registrierte Transientcharakteristik gibt somit ein gut dynamisch optimiertes akustisches System mit aperiodischer Charakteristik an, was durch die graphische Veranschauli chung des akustischen Signals bestätigt wird, das eine Antwort auf die in den beiden Frequenzfällen (Fig. 19, 21) zugeführten zehn Sinusschwingungen darstelllt. Wie ersicht lich wird nur eine Überschwingung erhalten, wobei auch eine außerordentlich gut gedämpfte und sehr schnelle Rest- Absperrung stattfindet, die wesentlich von dem elektrischen Absperrungscharakter bestimmt wird, wie in Fig. 20 bzw. 21 ersichtlich ist. Ein aperiodisch wirkendes System erzeugt einen bestmöglichen Transientcharakter, da die System dämpfung optimal und gleich etwa 1,0 ist und zwar soll Q in einem Drucksystem gleich 1,0 sein, damit die resistive Dämpfung auch gleich 1,0 sein kann. Dadurch ergibt sich eine vorbildliche, transientmäßige Auflösung von Programma terial im Niedrigfrequenz-Gebiet nebst einer damit zusammen hängenden Freiheit von akustischer Färbung durch geringes Klirren und kurzer Ausschaltzeit, gutem akustischem Wir kungsgrad und gerichteter Distorsion bedeutet. Das oben beschriebene System zeigt eine wirksame dynamische Effekt regulierung und Aperiodizität.

Das erfindungsgemäße System eignet sich am besten für die Verwendung bei Lautsprechervorrichtungen, die einen reichlich bemessenen Volumenparameter einschließen, d. h., das Komplianzverhältnis s (siehe z. B. Gleichung 1, An hang II) wurde im Bereich s = 4 < 1,0 < 0,5 gewählt.

Wenn das Gehäusevolumen dabei so klein werden sollte, daß die Fläche der Resonatoröffnung eine sehr geringe Größe erhält, wird es zweckmäßig sein, aufgrund der sonst aku stisch unzweckmäßig geringen Öffnungsfläche A_p den aku stisch regulierten Teil der Abstimmeinheit bei f_s mit einer allmählich erhöhten, die Öffnungsfläche in künstli cher Weise vergrößernden akustischen Komponente zu versehen, die am zweckmäßigsten und am einfachsten durch "Verlänge rung" der Öffnungsfläche in das Gehäusevolumen hinein vorgenommen wird - man verlängert somit den wirksamen, akustisch begrenzenden Pfropfen in dessen Durchströmungs richtung -. Dabei entsteht das Verhältnis, daß die aku stisch wirksame Querschnittsfläche - A_p in Gleichung 9 im Anhang II - kleiner wird, wobei die durch die körper liche Verlängerung erhaltene neue f_p gegen niedrigere Frequenz verschoben wird. (Hierzu auch Anhang IV und V) Mit einer in angegebener Weise vergrößerten Öffnungsfläche A_p kann somit, wenn geringes Gehäusevolumen vorliegt, die nach der Erfindung optimierte dynamische Regulierung statt finden. Dies wird dadurch erzielt, daß die wirksame Quer schnittsfläche der "verlängerten" Öffnungsfläche höchst erheblich vergrößert werden kann, ohne daß der optimale Frequenzzusammenhang (f_p, f_s) im akustischen System geändert wurde.

Was praktisch die bevorzugte Ausführungsform der Erfin dung in Bezug auf die Wahl von Öffnungsquerschnitt und dessen Längsverhältnis werden wird, kann dahingehend ange geben werden, daß, wenn der Pfropfen zu lang im Verhältnis zu der Querschnittsfläche wird, die Eigenschaften des Systems hinsichtlich Transienz verschlechtert werden können, wobei die Differenzzeit dt - als die Zeit, die ein Schall wellenzustand zum Durchwandern der mit Material gefüllten Abstimmeinheit benötigt -, die bei sehr großer Öffnungs länge zwischen dem im Gehäusevolumen V_b entwickelten Momentandruck auftritt, ansteigt, und damit auch Veran lassung dazu geben kann, daß die dynamisch druckregulie rende Wirkung des Systems über eine ungeeignete lange Zeitdauer entwickelt wird. Das Letztgenannte wurde im Hinblick auf das mit der Erfindung vorwiegende, bezweckte und ganz transient-optimierte, schnelle Druckregulierungs verhältnis gesagt.

Bei mit kleinen Volumenboxen - die ein verhältnismäßig ungünstiges Komplianzverhältnis geben können - verbundenen "kleinflächigen" dynamischen Vorrichtungen bleibt auch der Regelungseffekt klein, und zwar ist es besser, eine große Differenzzeit zu wählen als eine "zu kleine" Regulator fläche. Prinzipiell kann l_t sich wohl über die Hälfte der Boxtiefe strecken; wenn gewünscht, ist daher die Er findung auch für einen kleinen Volumenparameter einsetz bar.

Anhang I
Definition der Kurzbezeichnungen
Ap:
Pfortenfläche in Helmholtzresonatorsystemen;
f_H:	Helmholtzresonanzfrequenz in einem Helmholtzresonatorsystem; ist gewöhnlich gleich f′_s<f_s
f₁:	untere Grenzfrequenz in Helmholtzresonatorsystemen;
f₂:	obere Grenzfrequenz in Helmholtzresonatorsystemen;
f(f_b):	Systemresonanzfrequenz in einem Druckkammersystem;
f_s:	Eigenfrequenz bei einer elektroakustischen Lautsprechereinheit;
f_p:	Pfortenresonanzfrequenz in einem Helmholtzresonatorsystem; liegt gewöhnlich bei f′_s<f_s;
f′_s:	durch akustische Belastung der Lautsprechereinheit gegen niedrige Frequenz verschobene Eigenfrequenz f_s;
f_d;	in dem dynamisch akustisch regulierten System auftretende neue und frequenzverschobene (+ oder -) f_b.
V_AS:	Luftvolumen, das bei Belastung einer elektroakustischen Lautsprechereinheit mit der Eigenfrequenz f_s ein Komplianzverhältnis S=1,0 ergibt, aus dem sich auch f_b und f_d berechnen lassen;
V_b:	Volumen eines Druckkammersystems;
V_t:	durch die Länge l_t eines Tunnels bestimmtes körperliches Volumen für die Querschnittsfläche des Tunnels;
l_t:	körperliche Länge eines akustischen Tunnels;
s:	Komplianzverhältnis, wenn die elektroakustische Lautsprechereinheit von einem Druckkammervolumen akustisch so belastet ist, daß f=f_b gilt (unendliche Stirnwand).
s_b:	Komplianzverhältnis, das für eine unendliche Baffelkonstruktion gilt, in deren Kompressionsvolumen auch eine Tunnelkonstruktion eingeht (V_b-V_t);
s_d:	fällt für erfindungsgemäße Systeme normalerweise bei etwa 0,9 s_b ein und stellt die durch dynamische, akustische Regulierung normalerweise erhaltene vermehrte Nachgiebigkeit dar (siehe Gleichung 4, Anhang II);
Q:	Q=f₀/(f₂-f₁) ist die Gütezahl eines akustischen Kreises, aus dem der Dämpfungsfaktor desselben Systems als umgekehrter Wert berechnet werden kann. Messung von f₁ und f₂ erfolgt bei einem Niveau, das 3 dB niedriger gegenüber dem Niveau bei Resonanzfrequenz f₀ ist.
η=Q^-1	Dämpfungsfaktor

Anhang II Formelsammlung

Anhang III

Anhang IV

Claims

1. Lautsprechervorrichtung mit wenigstens einem Laut sprecher, der in einer für ihn bestimmten Öffnung (15) eines Gehäuses angebracht ist, in dem eine weitere Öffnung zwischen Gehäuse und Umgebung ein strömungs begrenzendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (16 von 41) hinsichtlich Fläche und Tiefe so angepaßt ist, daß sie als solche Resonanz mit dem Gehäusevolumen (V_b) bei der Eigenfrequenz f_s des freien Lautsprechers gibt und daß die Strö mungsbegrenzung ausreichend ist, um der Vorrichtung ein Druckmaximum bei der Resonanzfrequenz f_d der Vorrichtung zu geben, wobei das Druckmaximum gleich oder wenigstens äquivalent mit demjenigen eines geschlossenen Druckkammersystems aber nicht ausrei chend groß ist, um eine beschränkte, progressiv zunehmende Nachgiebigkeitserhöhung bei und unter der in Helmholtzresonatorgehäusen auftretenden niedri geren Grenzfrequenz f₁ des Lautsprechers zu verhin dern.

2. Lautsprechervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Ventilations vorrichtung (23, 33, 47) aufweist, welche so angepaßt ist, daß sie eine kontrollierte, gegen niedrige Frequenz progressive Erhöhung der genannten Nachgie bigkeitserhöhung bewirkt, aber das genannte Druck maximum im wesentlichen unverändert läßt.

3. Lautsprechervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilationseinrichtung als eine Hyperventilationseinrichtung (47) einen schmalen Schlitz in der den Lautsprecher tragenden Gehäusewand (11) aufweist und der Schlitz in im wesentlichen der selben Ebene wie der Mündungsteil des Lautsprechers nach außen mündet und vorzugsweise in der Nähe des Lautsprechers gelegen ist.

4. Lautsprechervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (47) auf seiner Mündung gegen die Umgebung oder gegen das Gehäusevo lumen mit einer die Strömung begrenzenden Komponente, beispielsweise aus feinmaschigem Metallnetz, fein strukturiertem Gewebe, dünner Schicht aus Stapelfa sern oder bestehend aus vorzugsweise Schaumstoff, versehen ist.

5. Lautsprechervorrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite und eine dritte zusätzliche Abstimmeinheit (23, 47) aufweist, von denen die zweite Abstimm einheit so abgestimmt und mit Bezug auf die strö mende Luftmenge pro Zeiteinheit so angepaßt ist, daß sie eine kontrollierte, gegen niedrige Frequenz gerichtete Steigerung der bereits von der erstge nannten Abstimmeinheit (16, 24, 25; 41) verursach ten Nachgiebigkeitsvermehrung gegen sehr niedrige Frequenz bewirkt, während die dritte Abstimmein heit so abgestimmt und mit Bezug auf die Luft menge pro Zeiteinheit so angepaßt ist, daß sie nach Anpassung der zweiten Einheit (23) eine ebenso kontrollierte und gegen noch niedrigere Frequenz zusätzliche progressive Vermehrung der sowohl von der erstgenannten als auch von der zweiten Abstimmeinheit verursachten gesamten Nachgiebigkeitsvermehrung bewirkt.

6. Lautsprechervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilations vorrichtung (23, 33) eine Öffnung mit einem daran angeschlossenen Tunnel (37, 34) aufweist, der bei seiner Mündung gegen die Umgebung mit einer strömungs begrenzenden Komponente, vorzugsweise aus feinmaschi gem Metallnetz (38), feinstrukturiertem Gewebe, dünner Schicht aus Stapelfasern oder bestehend aus vorzugsweise Schaumstoff, versehen ist.

7. Lautsprechervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätz lich wenigstens einen Tunnel (42) aufweist, der eine Größe hat, die Resonanz mit dem Gehäusevolu men bei einer Frequenz gibt, die wesentlich höher ist als die Eigenfrequenz des Lautsprechers und der mit einem Pfropfen (43) aus strömungsbegren zendem Material ausgefüllt ist, der den Tunnel (42) im wesentlichen akustisch schließt.