DE102010015445B4

DE102010015445B4 - Coaxial

Info

Publication number: DE102010015445B4
Application number: DE201010015445
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-17
Filing date: 2010-04-17
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2030-04-18
Also published as: DE102010015445A1

Abstract

Koaxiallautsprecher, – bestehend aus einem ersten Schallerzeuger (1) für einen unteren Frequenzbereich und einem zweiten Schallerzeuger (13) für einen oberen Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Schallerzeuger (13) ein Karlson-Koppler (2) vorgeschaltet ist, dass der Karlson-Koppler (2) ein Rohr mit einem Rohrdurchmesser (8), mit einer Rohrlänge (12), mit einem Schlitz mit einer Schlitzbreite (9), mit einer Schlitzöffnungsform (10) und mit einer Schlitzlänge (11) ist, und dass der Karlson-Koppler (2) solchermaßen vor dem ersten Schallerzeuger (1) angeordnet ist, dass eine konzentrische Abstrahlung eines kombinierten Frequenzbereiches aus einem ersten Schallanteil (3) des ersten Schallerzeugers (1) und einem zweiten Schallanteil (4) des zweiten Schallerzeugers (13) mit vorgeschaltetem Karslon-Koppler (2) erfolgt, wobei durch Anpassung der Rohrlänge (12) des Karlson-Kopplers (2) oder durch eine elektronische Phasenanpassung eine Angleichung der Phasenlage des ersten Schallerzeugers (1) und des zweiten Schallerzeugers (13) mit vorgeschaltetem Karlson-Koppler (2) erfolgt.Coaxial loudspeaker - consisting of a first sound generator (1) for a lower frequency range and a second sound generator (13) for an upper frequency range, characterized in that the second sound generator (13) is preceded by a Karlson coupler (2), that the Karlson -Coupler (2) is a pipe with a pipe diameter (8), with a pipe length (12), with a slot with a slot width (9), with a slot opening shape (10) and with a slot length (11), and that the Karlson -Coupler (2) is arranged in front of the first sound generator (1) in such a way that a concentric emission of a combined frequency range from a first sound component (3) of the first sound generator (1) and a second sound component (4) of the second sound generator (13) with upstream Karslon coupler (2) takes place, the phase position of the first S being adjusted by adjusting the pipe length (12) of the Karlson coupler (2) or by electronic phase adjustment sound generator (1) and the second sound generator (13) with upstream Karlson coupler (2) takes place.

Description

Die Erfindung betrifft einen Koaxiallautsprecher der im Anspruch 1 genannten Art. Koaxiallautsprecher sind zwar allgemein bekannt, es soll jedoch eine kurze Zusammenfassung der Gründe folgen, die zu der Motivation führen, Bauarten dieses Lautsprechertyps zur Schallerzeugung einzusetzen.The invention relates to a coaxial loudspeaker of the type mentioned in claim 1. Although coaxial loudspeakers are well known, a brief summary of the reasons leading to the motivation to use types of this loudspeaker type for sound generation should follow.

Bei der einfachsten Methode, den gesamte hörbare Frequenzbereich von einem System alleine – einem Breitbandlautsprecher – abzustrahlen, müssen stets deutliche Kompromisse in der Klangqualität eingegangen werden. Dies sind eine eingeschränkte Wiedergabe im oberen und/oder unteren Bereich des Frequenzspektrums, Einbußen der Klangqualität in bestimmten Frequenzbereichen, Begrenzung des erzielbaren Schalldrucks und im Regelfall eine Einschränkung der Abstrahlcharakteristik. Die abstrahlende Membran muss für die Wiedergabe hoher Frequenzen leicht sein und für tiefe Frequenzen groß und damit schwer, was physikalisch unvereinbar ist. Auf der anderen Seite können sich Lautsprecher, bei denen das gesamte Frequenzspektrum bzw. der überwiegende Teil des hörbaren Frequenzspektrums aus einer einzigen, räumlich sehr begrenzten Schallquelle abgestrahlt wird, durch eine bessere räumliche Abbildung von Musikaufnahmen und häufig eine variablere Position des Hörorts bei guter Klangqualität auszeichnen.The simplest way to emit the entire audible frequency range from a single system - a full-range speaker - always requires significant compromises in sound quality. These are a limited reproduction in the upper and / or lower range of the frequency spectrum, loss of sound quality in certain frequency ranges, limitation of the achievable sound pressure and, as a rule, a restriction of the emission characteristic. The radiating membrane has to be light for high frequency reproduction and large for low frequencies, and thus heavy, which is physically incompatible. On the other hand, speakers in which the entire frequency spectrum or the majority of the audible frequency spectrum is radiated from a single, spatially very limited sound source, by better spatial imaging of music recordings and often a more variable position of the listening site with good sound quality ,

Hier liegen die Nachteile der konventionellen Mehrwege-Lautsprecher. Bei diesen werden die Frequenzbereiche auf elektronischem Wege (mit passiven Frequenzweichen oder aktiver Auftrennung vor der Endverstärkung) aufgetrennt, und dann separaten Lautsprechersystemen (z. B. Tief- Mittel- und Hochtöner) zugeführt, die in ihrem jeweilig zugeordneten Frequenzbereich klanglich besser optimiert werden können als ein Breitbandsystem. Diese Systeme müssen jedoch zwangsweise in räumlicher Distanz nebeneinander angeordnet werden, was insbesondere im Übergangsbereich zwischen den Systemen zu Laufzeitdifferenzen (Phasenunterschieden) führt, welche insgesamt die Klangwiedergabe negativ beeinträchtigen. Selbst bei aktiver oder passiver Frequenzaufteilung mit bestimmten Filterarten (Linkwitz-Filter), die auf genau definierter Hörachse optimale Phasenverläufe aufweisen, sind diese Nachteile bei geringer Variation der Hörposition sofort wieder präsent, und der gesamte Frequenzbereich wird nichtsdestotrotz über mehrere akustische Zentren erzeugt, was die Motivation für konzentrisch abstrahlende Schallerzeuger darstellt.Here are the disadvantages of conventional multi-way speakers. In these, the frequency ranges are separated electronically (with passive crossovers or active separation before the final amplification), and then fed to separate speaker systems (eg low- midrange and tweeter), which can be better sound optimized in their respective assigned frequency range as a broadband system. However, these systems must necessarily be arranged next to each other in spatial distance, which leads to differences in transit time (phase differences), especially in the transition region between the systems, which negatively affect the overall sound reproduction. Even with active or passive frequency distribution with certain types of filters (Linkwitz filter), which have optimal phase curves on a well-defined Hörachse, these disadvantages are immediately present again with little variation of the listening position, and the entire frequency range is nevertheless generated over several acoustic centers, which the Motivation for concentric radiating sound generator represents.

Bereits vor über 60 Jahren wurden erste ausgereifte Versionen von Koaxiallautsprechern entwickelt (z. B. Altec 601 und 604E), die eine konzentrische Anordnung des Bassmembranlautsprechers mit einem dahinter angeordneten Hochtonantrieb aufweisen, wobei der Hochtonschall über einen zentrischen Kanal in ein der Bassmembran vorgeschaltetes Horn mündet. Andere Systeme (Tannoy Monitor Black) verwendeten eine ähnliche Anordnung, nutzten aber die hornförmige Kontur der Membran des Basslautsprechers als Hochtonhorn. Beiden kommerziell erfolgreichen Prinzipien, die in neueren Patenten weiterentwickelt wurden (z. B. EP 0242 856 A2 ), haften jedoch Nachteile an: das akustische Schallzentrum eines Lautsprechertreibers liegt weder im Bereich des Antriebs, also der Schwingspule, noch an einem definierten Punkt der Membran, sondern in Abhängigkeit der Formen, Massen und Materialeigenschaften der beteiligten konstruktiven Komponenten irgendwo dazwischen. Die beiden Antriebe für den Tief- und Hochtonbereich können prinzipiell nicht an der physikalisch gleichen Stelle liegen. Bei der Anordnung hintereinander weisen die akustischen Zentren beider Treiber daher einen räumlichen Versatz in Richtung Hörachse auf, der zu Laufzeitunterschieden der beiden Signale führt. Beträgt der Abstand der akustischen Zentren eine halbe Wellenlänge bei der Übergangsfrequenz zwischen beiden Treibern, strahlen sie gegenphasig zueinander ab und Totalauslöschung tritt ein. Durch die konstruktiven Randbedingungen liegen die räumlichen Versätze solcher Systeme jedoch unvermeidlich im Bereich einer halben Wellenlänge bzw. knapp darunter, was zu einer unregelmäßigen Frequenzwiedergabe führt. Patent EP 0 242 856 A2 zu einem Koaxiallautsprecher stellt eine modifizierte Variante der vorgenannten Erfindungen dar, bei welcher der Antrieb des Hochtonsystems vor dem Antrieb des Tieftonlautsprechers angeordnet ist. Da hierbei das angedeutete Problem der akustischen Zentren nicht gelöst sondern lediglich umgedreht wurde, treten die gleichen Laufzeitunterschiede mit den Folgen für das koaxiale Abstrahlverhalten auf.Already over 60 years ago, the first sophisticated versions of coaxial loudspeakers were developed (eg Altec 601 and 604E), which feature a concentric arrangement of the bass diaphragm loudspeaker with a high-frequency drive behind it, with the high-frequency sound flowing via a central channel into a horn connected upstream of the bass diaphragm , Other systems (Tannoy Monitor Black) used a similar arrangement, but used the horn-shaped contour of the diaphragm of the bass speaker as Hochtonhorn. Both commercially successful principles developed in recent patents (e.g. EP 0242 856 A2 ), but adhere to disadvantages: the acoustic sound center of a loudspeaker driver lies neither in the area of the drive, so the voice coil, nor at a defined point of the membrane, but somewhere in between, depending on the shapes, masses and material properties of the constructive components involved. The two drives for the low and high frequencies can not be physically located in the same place. In the arrangement in a row, the acoustic centers of both drivers therefore have a spatial offset in the direction of Hörachse, which leads to runtime differences of the two signals. If the distance of the acoustic centers is half a wavelength at the crossover frequency between the two drivers, they radiate out of phase with each other and total extinction occurs. Due to the design constraints, the spatial offsets of such systems are inevitably in the range of half a wavelength or just below, resulting in an irregular frequency reproduction. patent EP 0 242 856 A2 to a coaxial loudspeaker represents a modified variant of the aforementioned inventions, in which the drive of the tweeter system is arranged in front of the drive of the woofer. Since in this case the indicated problem of the acoustic centers was not solved but merely reversed, the same time differences occur with the consequences for the coaxial radiation behavior.

Das Problem der koaxialen Abstrahlung ist daher nur durch räumliche Anordnung der beiden Systeme nebeneinander zu lösen.The problem of coaxial radiation is therefore only by spatial arrangement of the two systems to solve side by side.

Patent EP 0.793.216 A2 greift diesen Gedanken teilweise auf und löst das vorgenannte Problem mit deutlich geringeren Laufzeitunterschieden, also zufriedenstellender als der Stand der Technik vor dem Erscheinen dieser Erfindung: durch Anwendung einer Ringradiatormembran für den unteren Frequenzbereich in Kombination mit einer zentrischen Membran für den oberen Frequenzbereich, wobei beide Schallanteile in einen gemeinsamen Schallkanal geführt werden. Ein gleichmäßigerer Frequenzgang ist die Folge, wobei jedoch u. a. die Schallführungen zu erhöhten Klirranteilen führen. Auch begrenzt die relativ kleine Ringradiatormembran die untere Grenzfrequenz des Systems auf ca. 500 Hz, so dass mit diesem System ein wichtiger Bereich der Grundtöne im Gegensatz zu den erstgenannten Koaxiallautsprechern nicht widergegeben werden kann.patent EP 0.793.216 A2 takes this idea in part and solves the above problem with significantly lower transit time differences, so more satisfactory than the prior art before the advent of this invention: by using a ring radiator diaphragm for the lower frequency range in combination with a centric diaphragm for the upper frequency range, both Schallabile be led into a common sound channel. A more even frequency response is the result, however, among other things, the sound guides lead to increased Klirranteilen. Also limits the relatively small ring radiator diaphragm, the lower limit frequency of the system to about 500 Hz, so that with this system, an important range of fundamental tones, in contrast to the former coaxial speakers can not be reproduced.

Mit herkömmlichen Bauformen von Lautsprecherantrieben und Wandler ist das Problem des idealen Koaxiallautsprechers nach dem Stand der Technik somit nur teilweise gelöst.With conventional designs of loudspeaker drives and transducers, the problem of the ideal coaxial loudspeaker according to the prior art is thus only partially solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koaxiallautsprecher mit möglichst hohem Wirkungsgrad anzugeben, bei dem die akustischen Zentren zur Erzielung von Phasengleichheit zusammenfallen, wodurch sich bei vertretbarem Materialaufwand marktreife Tonübertragungssysteme höchster Qualität herstellen lassen.The present invention has for its object to provide a coaxial loudspeaker with the highest possible efficiency, in which coincide the acoustic centers to achieve phase balance, which can be produced at a reasonable cost of materials marketable sound transmission systems of the highest quality.

Die hier dargelegte Erfindung gemäß Anspruch 1 löst die genannten Probleme des Stands der Technik durch ein gänzlich anderes Funktionsprinzip. Der Karlson-Koppler ( US 2 816 619 A von 1957 und US 3 540 544 A von 1969) ist ein durch z. B. einen Membranlautsprecher angetriebener Wandler, bei dem die Schallabstrahlung über ein geschlitztes Rohr (1) bewerkstelligt wird. Einer breiten kommerziellen Anwendung dieses Wandlerprinzips im Vergleich zu Hörnern steht seit ihrer Erfindung der etwas geringere Wirkungsgrad, die äußerst komplexe Abstrahlcharakteristik und das Fehlen eines adäquaten Simulationsmodells entgegen. Lediglich eine Ausführung für den Bassbereich konnte sich mit mäßigem Erfolg am Markt etablieren. Im Hochtonbereich steht nach Untersuchungen des Erfinders den genannten Nachteilen jedoch ein sehr guter Klang und eine äußerst lineare Klangwiedergabe entgegen. Für den Bereich professioneller Musikwiedergabe in PA-Systemen bedeuten die genannten Kriterien eine eindeutige Präferenz des Hornwandlerprinzips, während sich im Bereich der Heim-Musikwiedergabe, wo die Klangqualität das dominierende Kriterium ist, eindeutig positive Argumente für den Karlson-Koppler ergeben.The invention set forth herein according to claim 1 solves the above-mentioned problems of the prior art by a completely different operating principle. The Karlson coupler ( US 2,816,619 A from 1957 and US 3,540,544 from 1969) is a by z. B. a membrane speaker driven transducer, in which the sound radiation through a slotted tube ( 1 ) is accomplished. Since its invention, a broad commercial application of this converter principle in comparison with horns has been opposed by the somewhat lower efficiency, the extremely complex emission characteristic and the lack of an adequate simulation model. Only one version for the bass range was able to establish itself on the market with moderate success. In the high-frequency range, however, according to investigations by the inventor, the aforementioned disadvantages are opposed by a very good sound and an extremely linear sound reproduction. For the field of professional music reproduction in PA systems, the criteria mentioned represent a clear preference of the horn conversion principle, while in the field of home music reproduction, where the sound quality is the dominant criterion, clearly positive arguments for the Karlson coupler arise.

2 zeigt einen Karlson-Koppler für den Hochtonbereich. Der Antrieb (13), im Regelfall ein konventioneller Membranlautsprecher, strahlt den Schall in den vorgeschalteten Wandler (2) ab. Der Schall tritt dann stark frequenzabhängig aus der gesamten Öffnung zwischen dem Schlitz bis in Richtung Rohrachse aus. Die Streuung des Schallfelds in dieser Ebene umfasst dabei ca. 90°. Über die Veränderung der geometrischen Abmessungen des Rohrdurchmessers (8), der Schlitzbreite (9), der Schlitzöffnungsform (10) und der Schlitzlänge (11) lässt sich die Frequenzwiedergabe und Abstrahlcharakteristik in den physikalischen Grenzen dieses Wandlerprinzips verändern. 2 shows a Karlson coupler for the high frequency range. The drive ( 13 ), usually a conventional membrane speaker, radiates the sound into the upstream transducer ( 2 ). The sound then emerges strongly frequency-dependent from the entire opening between the slot to the tube axis. The scattering of the sound field in this plane encompasses approximately 90 °. About changing the geometrical dimensions of the pipe diameter ( 8th ), the slot width ( 9 ), the slot opening shape ( 10 ) and the slot length ( 11 ), the frequency reproduction and emission characteristic can be changed within the physical limits of this converter principle.

Durch die in der vorliegenden Erfindung dargestellte neue Anordnung, kombiniert mit einem konventionellen Tief-Mitteltonsystem lässt sich ein Koaxiallautsprecher bauen, der ohne elektronische Maßnahmen phasengleiche Schallabstrahlung beider Systeme bei hohem Wirkungsgrad und linearer Frequenzwiedergabe ermöglicht. Erfindungsgemäß kann durch die im Vergleich zu einem Hochtonhorn schlanke Bauform einer Röhre gemäß 1 eine konzentrische Anordnung des Karlson-Kopplers (2) und des Lautsprechers für die Wiedergabe des unteren Frequenzbereichs (1) bewerkstelligt werden, die eine gleichgerichtete Abstrahlung der Schallanteile beider Systeme, (3) und (4), ermöglicht, wobei die Phase über die Rohrlänge (12) des Kopplers anzupassen ist. Die komplexe Abstrahlcharakteristik des Karlson-Kopplers ist hierbei Maßgabe für die Festlegung des Neigungswinkels des Karlson-Kopplers (2) in Relation zum Lautsprecher (1) bzw. zur Ausrichtung auf den Hörort.The new arrangement shown in the present invention, combined with a conventional low-midrange system, makes it possible to build a coaxial loudspeaker that enables in-phase sound radiation of both systems with high efficiency and linear frequency reproduction without electronic measures. According to the invention by the slim compared to a high tone horn design of a tube according to 1 a concentric arrangement of the Karlson coupler ( 2 ) and the speaker for the lower frequency range ( 1 ), the rectified radiation of the sound components of both systems, ( 3 ) and ( 4 ), whereby the phase over the pipe length ( 12 ) of the coupler is to be adjusted. The complex radiation characteristic of the Karlson coupler is a prerequisite for the determination of the inclination angle of the Karlson coupler ( 2 ) in relation to the loudspeaker ( 1 ) or for orientation to the listening location.

3 zeigt die gleichzeitige Nutzung des aus dem Schlitz (5) und von der Rohrachse (4) abgestrahlten Schalls mittels eines Reflektors (6). Der linear wiedergegebene Frequenzbereich lässt sich dadurch vergrößern. Diese kombinierte Wiedergabe beider Schallanteile erfordert jedoch eine besondere Phasenanpassung, die unter Berücksichtigung der Gesamtgeometrie des Karlson-Kopplers und seiner Gesamtposition in Bezug auf den Lautsprecher für den unteren Frequenzbereich (1) durch die Anpassung des Reflektorabstands und der Rohrlänge (12) erzielbar ist. Es ist sowohl möglich, den axialen Schallanteil des Karlson-Kopplers gemäß 3 über Reflektoren zu nutzen, als auch den aus dem Schlitz austretenden Schall. 3 shows the concurrent use of the slot ( 5 ) and from the pipe axis ( 4 ) radiated sound by means of a reflector ( 6 ). The linearly reproduced frequency range can be increased thereby. However, this combined reproduction of both sound components requires a particular phase matching, taking into account the overall geometry of the Karlson coupler and its overall position with respect to the lower frequency range loudspeaker ( 1 ) by adjusting the reflector distance and the tube length ( 12 ) is achievable. It is both possible, the axial sound component of the Karlson coupler according to 3 to use reflectors, as well as emerging from the slot sound.

In einem Horn (1) lässt sich, wie in 3 gezeigt, die Hornwandung als Reflektor für den Karlson Koppler (2) ausnutzen, während bei Verwendung eines konventionellen Membranlautsprechers für den unteren Frequenzbereich ein separater Reflektor gemäß 4 vorzusehen ist.In a horn ( 1 ) can be, as in 3 shown, the horn wall as a reflector for the Karlson coupler ( 2 ), while using a conventional diaphragm loudspeaker for the lower frequency range, a separate reflector according to 4 is to be provided.

Claims

Coaxial loudspeakers, - consisting of a first sound generator ( 1 ) for a lower frequency range and a second sound generator ( 13 ) for an upper frequency range, characterized in that the second sound generator ( 13 ) a Karlson coupler ( 2 ) preceded that the Karlson coupler ( 2 ) a pipe with a pipe diameter ( 8th ), with one tube length ( 12 ), with a slot having a slot width ( 9 ), with a slot opening shape ( 10 ) and with a slot length ( 11 ) and that the Karlson coupler ( 2 ) in such a way before the first sound generator ( 1 ) is arranged such that a concentric radiation of a combined frequency range from a first sound component ( 3 ) of the first sound generator ( 1 ) and a second sound component ( 4 ) of the second sound generator ( 13 ) with upstream Karslon coupler ( 2 ) he follows, whereby by adjusting the tube length ( 12 ) of the Karlson coupler ( 2 ) or by an electronic phase adjustment an approximation of the phase position of the first sound generator ( 1 ) and the second sound generator ( 13 ) with upstream Karlson coupler ( 2 ) he follows.

Coaxial loudspeaker according to claim 1, characterized by a reflector ( 6 ), a part of the second sound component ( 4 ) of the second sound generator ( 13 ) with upstream Karlson coupler ( 2 ) redirects.