[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schallwiedergabesysteme und insbesondere
auf ein Schallwiedergabesysteme mit hoher Schallwiedergabebandbreite.
[0002] Das Interesse an Flachlautsprechertechnologien ist in den letzten 10 Jahren deutlich
gewachsen. Im Wesentlichen ist dies durch den erhöhten Platzbedarf moderner Schallwiedergabeverfahren,
wie z.B. 5.1 Surround oder Wellenfeldsynthese, und durch den schwindenden Installationsraum
für Lautsprecher in immer kleiner bzw. flacher werdenden Multimediageräten, wie z.B.
Mobiltelefon und Notebook, bedingt. Der Einsatz von Flachlautsprechern statt konventionellen
Lautsprechern soll diesen erhöhten Anforderungen gerecht werden.
[0003] Untersuchungen an verschiedenen Flachlautsprechertechnologien, die in der Regel so
alt wie der Konuslautsprecher von Kellogg und Rice sind, haben gezeigt, dass sowohl
die Verwendung des gehäuselosen Flachlautsprechers direkt an der Wand als auch der
Einsatz eines flachen Lautsprechergehäuses mit erheblichen Klangeinbußen verbunden
ist. Stand der Technik findet sich in
Beer, D.: Flachlautsprecher - ein Überblick, präsentiert auf der DAGA08, März 2008,
Dresden;
H. Azima, J. Panzer, "Distributed-Mode Loudspeakers (DML) in Small Enclosures", presented
at the 106th AES Convention, Munich, Germany, May 1999;
Beer et al.: The air spring effect of flat panel speakers, presented at the 124th
AES-Convention, May 2008, Amsterdam/The Netherlands; und
Wagner, Roland: Electrostatic Loudspeaker - Design and Construction. Audio Amateure
Press, Peterborough, New Hampshire, 1993.
[0004] Der gehäuselose Flachlautsprecher ist in der Regel ein Dipolstrahler, der infolge
des akustischen Kurzschlusses einen geringen Schalldruckpegel im Tieftonbereich aufweist.
Bei der Installation in Wandnähe kommt es bei einem solchen Dipol durch die Reflexion
und Überlagerung der rückwärtigen Schallanteil mit den Anteilen, des auf der Membranvorderseite
abgestrahlten Schalls und damit verbundenen Beugungseffekten zu kammfilterartigen
Klangverfärbungen oberhalb der Kurzschlussfrequenz. Aus diesem Grund wird bei konventionellen
Lautsprechern ein Lautsprechergehäuse verwendet. Damit dennoch der Vorteil der flachen
Konstruktionsweise erhalten bleibt, werden flache Gehäuse verwendet, die in der Regel
ein kleineres Luftvolumen einschließen. Wie auch bei konventionellen Lautsprechern
verschiebt sich durch ein zu kleines Luftvolumen die Grundresonanzfrequenz des Schallwandlers
nach oben. Die untere Grenzfrequenz steigt dadurch ebenso, was eine verringerte Tieftonwiedergabe
zur Folge hat.
[0005] Die
US 2005/0201583 A1 offenbart ein Niederfrequenz-Oberflächenarray, das auf einem Dipol-Prinzip basiert.
Das System umfasst ein Haltesystem mit einem offenen Rahmen, wobei mehrere Sub-Woofer
in einer Dipol-Oberflächenarraykonfiguration in dem offenen Rahmensystem untergebracht
sind, um eine gesteuerte Schalldispersion sowohl in der horizontalen als auch in der
vertikalen Ebene zu liefern. Die Sub-Woofer sind betreibbar, um eine Niederfrequenz-Schalldispersion
unter etwa 300 Hz zu liefern.
[0006] Die
DE 695 07 896 T2 offenbart eine Lautsprechervorrichtung mit gesteuerter Richtungsempfindlichkeit,
der einen ersten Satz von mindestens drei Lautsprechern, die entlang einer ersten
geraden Linie entsprechend einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wobei die Abstände
von Lautsprecher zu Lautsprecher variable gestaltet sind, und wobei Lautsprecher auch
in Kontakt miteinander angeordnet werden können. Das
US-Patent Nr. 2,602,860 offenbart eine Lautsprecherstruktur, bei der neun konische Lautsprecher symmetrisch
in drei Reihen von jeweils drei in einem einzigen Rahmen angeordnet sind. Der Rahmen
umfasst zueinander verkippte Segmente, um den Abstrahlwinkel zu erhöhen. So soll der
Abstand zwischen den Rändern der Lautsprecher kleiner als der Radius der Lautsprecher
sein, wobei alle Lautsprecher aus einer gleichen Quelle betrieben werden. Ferner soll
keine Restriktion bezüglich der Luftbewegung durch ein Gehäuse erreicht werden, da
dies das Verhalten bei tiefen Frequenzen beeinträchtigen würde.
[0007] Das
US-Patent Nr. 4,399,328 offenbart eine Richtungs- und Frequenz-unabhängige Spalte von elektroakustischen
Wandlern, die mit unterschiedlichen Amplituden angesteuert werden, so dass sich bestimmte
Verhältnisse der Ansteuerung der elektroakustischen Wandler ergeben.
[0008] Das
US-Patent Nr. 6,801,631 B1 offenbart ein Lautsprechersystem mit mehreren Wandlern, die in einer Ebene positioniert
sind, um ein optimales akustisches Schallausstrahlungsmuster zu erreichen. Vier mittlere
Wandler (Woofer) arbeiten zusammen, um die niedrigen und mittleren Frequenzen zu reproduzieren,
wobei die Woofer so positioniert sind, dass keine zwei Woofer eine gemeinsame vertikale
Achse oder eine gemeinsame horizontale Achse gemeinsam haben. Ferner ist ein fünfter
Wandler, und zwar ein Hochfrequenz-Tweeter vorgesehen, der in der Mitte der Woofer
angeordnet ist.
[0009] Die
WO 2004/075601 offenbart ein Lautsprechersystem mit einem Array aus elektroakustischen Wandlern,
die in der Lage sind, lenkbare Schallkeulen zu erzeugen. Das Lautsprechersystem umfasst
ferner zusätzliche Wandler, die angepasst sind, um niederfrequenten Schall zu erzeugen.
Diese zusätzlichen Lautsprecher sind am Umfang des Arrays angeordnet. Die
US 2006/159286 A1 offenbart ein Bessel-Array mit 7 Elementen, in dem die Nullpositionen mit Klangerzeugungsmitteln
besetzt sind, die Ton außerhalb des Bessel-Frequenzbereichs erzeugen. Die Klangerzeugungsmittel
sind beispielsweise ein Bessel-Array für höhere Frequenzen oder etwas ähnliches.
[0010] Die
WO 2007/007083 offenbart einen Lautsprecher, der für die Erzeugung von Surround-Klangeffekten geeignet
ist. Dieser umfasst eine Vielzahl von Wandlern, die zusammen angeordnet sind, um einen
oder mehrere Schallkeulen zu erzeugen, von denen mindestens einer lenkbar ist, wobei
die Wandler so angeordnet sind, dass sie nur bei Frequenzen Schall wiedergeben, die
höher sind als eine ausgewählte untere Frequenzgrenze von 250 Hz oder mehr. Der Lautsprecher
kann faltbar oder zerlegbar sein, um eine größere Portabilität zu ermöglichen, und
kann Mittel zur Interaktion mit einer externen elektronischen Vorrichtung aufweisen,
beispielsweise um zu ermöglichen, dass niederfrequente Tonsignale von Tieftönern in
der externen Vorrichtung wiedergegeben werden.
[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Schallwiedergabesystem
zu schaffen.
[0012] Diese Aufgabe wird durch ein Schallwiedergabesystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
[0013] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein preisgünstiges,
flaches und dennoch hochqualitatives Schallwiedergabesystem Lautsprecher durch Anordnen
eines Flächen-Arrays aus gehäuselosen Einzellautsprechern, welche alle eine flache
Form haben, in einem flachen Gehäuse erreicht werden kann, wobei dieses Schallwiedergabesystem
eine hohe Wiedergabebandbreite oder einen ausreichenden Schalldruck in einem gewünschten
schmalen, z. B. tiefen, Frequenzbereich aufweist.
[0014] Dieses Schallwiedergabesystem ist dahingehend vorteilhaft, dass der Platzbedarf aufgrund
der Verwendung der flachen und typischerweise im Durchmesser kleinen Einzellautsprecher
sehr gering ist. Auch das pro Einzellautsprecher erforderliche Gehäusevolumen ist
aufgrund der Tatsache, dass die gehäuselosen Einzellautsprecher klein und flach sind,
relativ gering, so dass das Gehäusevolumen des Flachgehäuses derart klein ist, dass
das gesamte Schallwiedergabesystem eine kompakte Bauform hat. Insbesondere wird als
Einzellautsprecher ein Element bevorzugt, das eine niedrige Freiluftresonanz hat.
Dann ist üblicherweise auch das äquivalente Luftvolumen klein. Die Steifigkeit der
Membranaufhängung des Einzellautsprechers wird hier mit der Steifigkeit eines äquivalenten
Luftvolumens gleichgesetzt. Insofern werden Einzellautsprecher mit einer Resonanzfrequenz
kleiner als 150 Hz und insbesondere sogar kleiner als 120 Hz oder sogar kleiner als
100 Hz bevorzugt.
[0015] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie die Verwendung
von flachen gehäuselosen Einzellautsprechern ermöglicht, wobei das erforderliche Gehäusevolumen
mit einem nahezu beliebigen Formfaktor, also mit einem flachen Gehäuse bereitzustellen.
Die Verwendung von gehäuselosen Einzellautsprechern mit flachem Formfaktor hat ferner
den Vorteil, dass diese Einzellautsprecher sehr preisgünstig in großer Stückzahl verfügbar
sind. Durch Anordnung dieser gehäuselosen Einzellautsprecher in einem Flächen-Array
wird eine Kopplung der Lautsprecher bei tiefen Frequenzen ausgenutzt, um auch bei
tiefen Frequenzen, wie beispielsweise bei 100 Hz einen ausreichenden Schalldruck zu
erzeugen. Andererseits ist die Verwendung von kleinen Einzellautsprechern, also von
Einzellautsprechern mit einem Membrandurchmesser, der verhältnismäßig klein ist, insbesondere
bei hohen Frequenzen von großem Vorteil im Vergleich zu einer Verwendung von Lautsprechern
mit größeren Membranen, weil bei kleinen Membranen gegenüber größeren Membranen erst
bei höheren Frequenzen Partialschwingungen auftreten.
[0016] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine variable Ansteuerung der vielen gehäuselosen
Einzellautsprecher, und damit von Teilflächen des Flächen-Array, erfolgen kann. Es
soll eine über weite Teile ortsunabhängige Vollbereichsbeschallung im Raum vor dem
Schallwiedergabesystem so gut als möglich zu erreichen sein, trotz der Tatsache, dass
das Schallwiedergabesystem ein Einzellautsprecher-Array großer Abmessungen aufweist.
[0017] Vorzugsweise umfasst das Schallwiedergabesystem ausschließlich identische Einzellautsprecher,
die beispielsweise Kopfhörerkapseln oder allgemein gesagt Miniaturschallwandler sein
können. Dies führt dazu, dass die Herstellung des Schallwiedergabesystems zu einem
günstigen Preis möglich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Einzellautsprecher
in mehreren Arrays gruppiert, wobei das Flächen-Array mit den einzelnen Einzellautsprechern
für die Tieftonwiedergabe vorgesehen ist und ein Array von einem oder mehreren gleichen
Einzellautsprechern für eine Hochtonwiedergabe vorgesehen ist, wenn ein 2-Wege-System
eingesetzt wird. Alternativ kann auch ein 3-Wege-System implementiert werden, bei
dem das zweite Array mehrere Mitteltöner umfasst und der Hochtonbereich vorzugsweise
von einem einzigen oder von nur wenigen Einzellautsprechern bestritten wird. Allerdings
liefert auch bereits ein Ein-Wege-System mit gehäuselosen flachen Einzellautsprechern
eine gute Wiedergabe in einem überraschend großen Wiedergabeband.
[0018] Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, dem Flächenarray nur das
Tiefpasssignal zu liefern und dem weiteren Array, das für die mittleren oder hohen
Töne zuständig ist, das Audiosignal mit der gesamten Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Das heißt, dass eine Frequenzweiche in diesem Fall nur eine Tiefpassfunktion und keine
Hochpassfunktion hat.
[0019] Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Schallwiedergabesysteme bzw. Lautsprecher
erhalten, die trotz eines flachen Lautsprechergehäuses von weniger als 5 cm und insbesondere
weniger als 3cm Tiefe und insbesondere mit identischen Einzellautsprechern eine Wiedergabe
des Frequenzbereichs von 100 Hz bis 20 kHz mit einer Sensitivität von wenigstens 90dB/1W/1m
ermöglichen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst 25 Miniaturschallwandler,
welche ein etwa 21x21cm großes Flächen-Array bilden, das zwei Teil-Arrays für die
Tieftonwiedergabe und ein zwischen diesen beiden Teilarrays vorhandenes Linienarray
für eine Hochtonwiedergabe aufweist.
[0020] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug
nehmend auf die beiliegenden Zeichnung detailliert erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- eine Vorderansicht eines Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 1b
- eine Rückansicht des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 1c
- eine Verschaltung der gehäuselosen Einzellautsprecher gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- Fig. 1d
- eine frequenzmäßige Aufteilung der Arrayelemente von Fig. 1a für eine 3-Wege-Ansteuerung;
- Fig. 2a
- eine Vorderansicht eines Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystem gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2b
- eine Darstellung des Gehäuses des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems von Fig.
2a;
- Fig. 2c
- eine Rückansicht des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems von Fig. 2a ohne Gehäuserückwand;
- Fig. 2d
- eine Belegung der gehäuselosen Einzellautsprecher für eine 2-Wege-Ansteuerung;
- Fig. 2e
- eine alternative Implementierung des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems von
Fig. 2a mit angesetzten Fasen;
- Fig. 3
- eine Verschaltung der gehäuselosen Einzellautsprecher mit zusätzlicher Treiberelektronik
für die in Fig. 2d gezeigte Lautsprecherbelegung;
- Fig. 4a
- eine schematische Darstellung des flachen Gehäuses des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems
von Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c;
- Fig. 4b
- eine alternative schematische Darstellung des Gehäuses des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems
von Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c;
- Fig. 5a
- eine Übertragungsfunktion einer Frequenzweiche für eine 2-Wege-Ansteuerung;
- Fig. 5b
- die Frequenzgänge des Hoch- und des Tieftonwegs für den in Fig. 2a gezeigten Lautsprecher
bzw. das in Fig. 2a gezeigte Schallwiedergabesystem;
- Fig. 5c
- einen Frequenzgang des 2-Wege-Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems gemäß Fig.
2a-2d ohne Entzerrung;
- Fig. 5d
- einen entzerrten Frequenzgang des Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems von Fig.
2a mit einer Ansteuerung gemäß Fig. 3;
- Fig. 6a
- eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines bevorzugten gehäuselosen Einzellautsprechers
in Form einer Kopfhörerkapsel;
- Fig. 6b
- technische Daten des gehäuselosen Einzellautsprechers von Fig. 6a;
- Fig. 7a
- eine schematische Darstellung eines Einsatzbereiches für Flachlautsprecher bzw. Schallwiedergabesysteme
mit verkippt angeordneten Hoch- bzw. Mitteltönern; und
- Fig. 7b
- eine schematische Darstellung eines Lautsprechers bzw. Schallwiedergabesystems mit
einem zurückgesetzten Mittel- bzw. Hochtonarray mit einem Horn bzw. Wave-Guide zum
Vergleichmäßigen der Richtcharakteristik des Mittel- bzw. Hochtonarrays.
[0021] Fig. 1a zeigt eine Vorderansicht eines Schallwiedergabesystems, das nachfolgend auch
Lautsprecher genannt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Lautsprecher in Fig. 1a umfasst ein Flächen-Array 10 aus gehäuselosen Einzellautsprechern
11a, 11b, 11c, ... , wobei jeder gehäuselose Einzellautsprecher eine flache Form aufweist,
wie es bereits anhand der Rückansicht in Fig. 1b anhand des gehäuselosen Einzellautsprechers
11d zu sehen ist. Insbesondere zeigt die Vorderansicht in Fig. 1a pro Einzellautsprecher
den vorderen Bereich, also eine Aufsicht auf die Membran des Lautsprechers, während
die Rückansicht veranschaulicht, dass der gesamte Einzellautsprecher so flach ist,
dass er in dem in Fig. 1b gezeigten Gehäuse bzw. in der entsprechenden Gehäusebohrung
aufgenommen ist und kaum über die Bohrung hervorsteht. Wie es noch anhand von Fig.
4a zu sehen ist, ist bei dem gehäuselosen Einzellautsprecher, der beispielhaft in
Fig. 1b und Fig. 1a eingesetzt ist, und der in Fig. 6a detailliert dargestellt ist,
der Einzellautsprecher nahezu vollständig in der Gesamtdicke des Materials der Lautsprechervorderwand
aufgenommen, derart, dass der Lautsprecher nur ein kleines Stück über die Gehäusevorderwand
hervorsteht und rückseitig aus der Gehäusevorderwand ebenfalls nur ein kleines Stück
hervorsteht, wobei der Vorstand aus der Gehäusevorderwand bei einem Ausführungsbeispiel
lediglich 4,5mm beträgt und der Lautsprecher lediglich etwa 1,5mm auf der rückwärtigen
Seite der Gehäusevorderwand vorsteht und damit ein extrem flacher Einzellautsprecher
ist.
[0022] Dennoch wird es aufgrund des besseren Verhaltens bevorzugt, elektrodynamische gehäuselose
Einzellautsprecher einzusetzen, die prinzipiell wie Konus-Lautsprecher aufgebaut sind.
Konus-Lautsprecher haben bereits eine systembedingte Minimaltiefe. Insbesondere bei
Kopfhörerkapseln ist jedoch diese Tiefe sehr gering, so dass Kopfhörerkapseln, wie
sie beispielsweise in Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt sind, mit einer sehr geringen
Tiefe, nämlich z.B. nur mit einer Bautiefe von 10,6 mm, geeignet sind und außerdem
preisgünstig angeboten werden.
[0023] Fig. 1c zeigt eine Ansteuerung der einzelnen gehäuselosen Einzellautsprecher in Fig.
1a im Falle einer 1-Wege-Implementierung. Insbesondere werden aus den gehäuselosen
Einzellautsprechern des Flächenarrays wenigstens zwei Gruppen à wenigstens zwei Lautsprechern
gebildet, wobei bei dem in Fig. 1c gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Gruppen 12a-12e
gebildet werden, wobei jede Gruppe fünf Einzellautsprecher aufweist, so dass der gesamte
Lautsprecher insgesamt 25 gehäuselose Einzellautsprecher aufweist.
[0024] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schallwiedergabesystem bereitgestellt,
wobei die Anzahl von Einzellautsprechern zwischen 9 und 49 variiert, wobei die genaue
Anzahl der Einzellautsprecher davon abhängt, wie die einzelnen Verhältnisse der Einzellautsprecher
sind, und welcher Schalldruckpegel insbesondere im unteren Frequenzbereich, für den
das Schallwiedergabesystem vorgesehen ist, gefordert wird.
[0025] Bei dem in Fig. 1a und Fig. 1b gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Membrandurchmesser
eines Einzellautsprechers 36 mm. Gemäß der vorliegenden Erdfindung werden gehäuselose
Einzellautsprecher verwendet, deren Membrandurchmesser kleiner als 5 cm und vorzugsweise
sogar kleiner als 4cm ist, da bei der erfindungsgemäßen Flächen-Array-Anordnung das
Verhalten im Hochtonbereich besser wird, je kleiner der Membrandurchmesser eines Einzellautsprechers
wird. Kleinere Membranflächen, die durch kleinere Einzellautsprecher erreicht werden,
und die Verwendung von gehäuselosen Einzellautsprechern ermöglichen eine dichtere
Anordnung der Einzellautsprecher, um damit die Gesamtgröße des Arrays zu verkleinern.
Dies führt zu einer reduzierten Richtwirkung. Außerdem werden Partialschwingungen,
die zu ausgeprägten räumlichen Variationen des Schalldruckpegels im Raum führen können,
zu unkritischeren höheren Frequenzen hin verschoben. Dort treten die Partialschwingungen
zwar ebenfalls auf, sind aber aufgrund der Tatsachen, dass sie nicht bei tiefen Frequenzen
sind, nicht mehr störend.
[0026] Der damit verbundene Abfall des Schalldruckpegels bei tiefen Frequenzen wird durch
eine gekoppelte Anordnung von mehreren Einzellautsprechern im Array kompensiert, wobei
es jedoch wesentlich ist, dass die Einzellautsprecher für die Tieftonwiedergabe in
einem Flächen-Array angeordnet werden und nicht etwa in einem Linien-Array. Ein Flächen-Array
erfordert wenigstens zwei benachbarte Reihen, wobei eine Reihe wenigstens zwei Lautsprecher
haben muss und die andere Reihe wenigstens einen Lautsprecher haben muss. So ist bereits
eine Dreiecks-Anordnung aus den Lautsprechern 11a, 11b, 11c in Fig. 1a ein Flächen-Array,
wobei Flächen-Arrays in Form eines Rechtecks, Quadrates oder eines Kreises bzw. einer
Ellipse bevorzugt werden. Ein quadratisches Array wird verwendet, weil die Quadratform
der Kreisform am nächsten kommt und die gewissermaßen rechtwinklige Anordnung der
einzelnen Einzellautsprecher, die zu einem insgesamten Quadrat für das Flächen-Array
führt, es ermöglicht, die Einzellautsprecher möglichst nah aneinander anzuordnen.
Die Einzellautsprecher werden derart nah aneinander angeordnet, dass sie sich berühren
oder dass zwischen den Einzellautsprechern, die zueinander benachbart sind, ein direkter
Abstand besteht, der kleiner als 5 mm und insbesondere kleiner als 3mm ist.
[0027] Die in Fig. 1c gezeigte Seriell-/Parallel-Schaltung ermöglicht es, dass das gesamte
Lautsprecher-Array noch einen nennenswerten Ohmschen Widerstand hat, im Vergleich
zu der Situation, bei der alle Lautsprecher parallel geschaltet sind, so dass der
fließende Strom die Belastbarkeit der Schwingspulen der Schallwandler nicht übersteigt.
Im Vergleich zu einer kompletten Serienschaltung aller einzelnen Lautsprecher wird
jedoch durch die Serien-Parallelschaltung erreicht, dass sich nicht alle, in Reihe
geschalteten Lautsprecher gegenseitig elektrisch beeinflussen Die Seriell-/Parallel-Schaltung
gemäß Fig. 1c stellt somit einen guten Kompromiss zwischen der Komplexität der Verdrahtung
der Einzellautsprecher und der von den Einzellautsprechern vorgegebenen Spezifikationen
für Maximalstrom dar.
[0028] Fig. 1d zeigt eine alternative Implementierung des in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiels,
bei dem die Einzellautsprecher ähnlich wie in Fig. 1a angeordnet sind, die jedoch
als 3-Wege-System angesteuert werden. Hierbei wird das Flächen-Array aus gehäuselosen
Einzellautsprechern in eine erste Array-Hälfte 13a aus Tiefton-Lautsprechern und eine
zweite Array-Hälfte 13b aus Tiefton-Lautsprechern ausgebildet. Diese beiden Arrayhälften
bzw. Teilarrays werden von einem weiteren Array aus Mittelton-Lautsprechern 13c und
einem noch weiteren Array, das nur aus einem einzelnen Hochton-Lautsprecher 13d besteht,
getrennt. Bei der in Fig. 1d gezeigten Implementierung werden die beiden mit "x" bezeichneten
Einzellautsprecher kurzgeschlossen, also deaktiviert, dahingehend, dass diese beiden
Einzellautsprecher nicht zur Schallausgabe beitragen und ein Schwingen als Passivmembran
verhindert werden kann.
[0029] Bei dem in Fig. 1d gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass die Anzahl der
Tiefton-Einzellautsprecher wesentlich größer ist als die Anzahl der Mittelton-Lautsprecher
oder der Hochton-Lautsprecher. Diese Aufteilung zugunsten der Tiefton-Wiedergabe wird
vorgenommen, um durch eine Kopplung der Einzellautsprecher für den Tieftonbereich,
die dadurch erreicht wird, dass die Tiefton- Einzellautsprecher in einem Flächen-Array
so nah als möglich zusammen angeordnet werden, ein ausreichender Schalldruck bei tiefen
Frequenzen bereitgestellt wird.
[0030] Erfindungsgemäß wird trotz eines flachen Lautsprechergehäuses von nur 2,4 cm Innentiefe
und der damit verbundenen hohen Federsteifigkeit des eingeschlossenen Luftvolumens,
die Wiedergabe des Frequenzbereiches von 100 Hz (-6dB) bis zu 20kHz (-6dB) mit einer
Sensitivity von 101 dB/1W/1m ermöglicht. Dazu wird aus 25 Miniaturschallwandlern ein
21 cm x 21 cm großes Array gebildet und in ein Gehäuse der Größe (LxBxH) eingebaut.
Die Ansteuerung der einzelnen Treiber wird auf die Zielvorgabe eines möglichst linearen
Amplitudenfrequenzganges und einer gleichmäßigen Directivity in Hauptabhörrichtung
angepasst. Zu diesem Zweck wird das Array als Dreiwege-System ausgelegt. Der Array-Ansatz
wird deshalb gewählt, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Antriebskraft
auf die Membran zu realisieren und um mittels vieler kleiner Membranflächen das Auftreten
von Partialschwingungen zu höheren Frequenzen zu verschieben. Im Gegensatz zu einer
großen Membranfläche ist außerdem das wesentlich geringere Gewicht der Einzelmembrane
von großem Vorteil für die Wiedergabe hoher Frequenzen.
[0031] Insbesondere für die Wellenfeldsynthese-Anwendung bietet der Array-Ansatz die Möglichkeit,
den Lautsprecherabstand zwischen benachbarten Wiedergabekanälen veränderlich zu gestalten,
indem die Gruppierung von Wandlern zu einem Wiedergabekanal beliebig möglich ist.
Eine Randbedingung bei der Wellenfeldsynthese ist die "räumliche Abtastfrequenz",
die es erfordert, dass zur Aliasing-freien Wiedergabe eines Tons von 1 kHz alle 17
cm ein Lautsprecherelement vorhanden ist, das mit einem jeweils eigenen Signal angesteuert
wird. Bei 10 kHz sollte der Abstand bei 1,7 cm liegen, bei 100 Hz aber bei 1,7 m.
Ein Abstand von 1,7 m kann leicht erfüllt werden. Ein Abstand von 1,7 cm dagegen schwer
oder nur annähernd. Der erfindungsgemäße Flachlautsprecher ermöglicht es, größere
Gruppen von Einzellautsprechern mit einem tiefpassgefilterten Signal zu versorgen,
die eine größere Breite haben. Hier gibt es eine vorteilhafte Synergie, weil Einzellautsprecher
im tiefen Bereich ohnehin in einem Flächenarray benötigt werden, um einen ausreichenden
Schalldruck zu liefern. Dagegen werden benachbarte Gruppen oder einzelne nebeneinander
liegende Lautsprecher mit unterschiedlichen Lautsprechersignalen versorgt, um für
die höheren Frequenzen einen kleinen Kanalabstand zu erzeugen, der in der Größenordnung
des Membrandurchmessers liegt. Das Lautsprechersignal kann jeweils ein Hochpasssignal
oder ein Signal mit Hochpass- und Tiefpassanteilen sein.
[0032] Vorzugsweise ist also ein weiteres Array von Einzellautsprechern vorhanden, wobei
Einzellautsprecher es Flächenarrays so gruppiert sind, dass räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle
mit begrenzter Bandbreite unter 1 KHz durch nebeneinander liegende Gruppen von Einzellautsprechern
wiedergebbar sind, deren Abstand größer ist als der zwischen benachbarten Einzellautsprechern
oder im Vergleich zu den Gruppen kleineren Grüppchen, die räumlich benachbarte Wellenfeldsynthesekanäle
mit Signalanteilen über 1 kHz wiedergeben.
[0033] Erfindungsgemäß wird ein Lautsprecher erhalten, der einen linearen Frequenzgang über
einen möglichst großen Frequenzbereich, gutes Impulsverhalten, ein gleichmäßiges und
für die Anwendung sinnvolles Abstrahlverhalten aufweist, und der in der Lage ist,
einen maximalen Schalldruckpegel von 101 dB oder mehr in einem 1 m Abstand zu erzeugen,
wobei der Lautsprecher dabei außergewöhnlich flach ist. Der Flachlautsprecher ist
dahin gehend vorteilhaft, dass er unauffällig in die Umgebung integrierbar ist und
trotzdem gute Übertragungseigenschaften hat. Die Gehäusekonstruktion soll so sein,
dass eine besonders geringe Bautiefe von 5 und vorzugsweise 3,6 cm bzw. noch bevorzugter
3,0 cm nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck werden akustische Treiber verwendet,
die eine sehr geringe Bautiefe haben. Bevorzugt wird das elektrodynamische Prinzip
des Konuslautsprechers als Schallwandler, da diese Technologie gut beherrschbar und
leistungsfähig ist. Die geforderte geringe Bautiefe erfordert den Einsatz von Miniaturlautsprechern
und bedingt somit kleine Membranflächen. Daher werden einzelne Treiber in einer Gruppenanordnung
verwendet, wobei es in einem solchen Flächen-Array möglich ist, im Gegensatz zu einem
einzelnen großen Biegewellenwandler bzw. Einzelkolbenstrahler mit gleicher Membranfläche,
die jeweils aktive Strahlerfläche durch frequenzabhängige Ansteuerung der Array-Elemente
bei Bedarf zu verändern. Diese Option ist bezüglich der Vermeidung von Seitenkeulenbildung
bei hohen Frequenzen und der Vermeidung von Partialschwingungen von Vorteil, wobei
der Membranradius möglichst so gewählt wird, dass Partialschwingungen erst bei unkritischen
Frequenzen auftreten. Gegenüber bekannten Dickenschwingern ist ein wesentlich höherer
Membranhub und damit eine höhere Lautstärke im unteren Frequenzbereich erreichbar.
Daher sind Flächen-Arrays für die erfindungsgemäßen Flachlautsprecher günstig.
[0034] Fig. 6a zeigt eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines vorzugsweise verwendeten
Miniaturlautsprechers bzw. "Miniaturchassis". Die Miniaturchassis ist vorzugsweise
als rückwärtig offene Kopfhörerkapsel, wie in Fig. 6a gezeigt, ausgeführt. Die messtechnisch
ermittelten Parameter eines solchen gehäuselosen Einzellautsprechers sind in der Tabelle
in Fig. 6b dargestellt. Die Freiluftresonanzfrequenz eines solchen Einzellautsprechers
liegt bei 120 Hz.
[0035] Sowohl bei dem in Fig. 1a gezeigten Lautsprecher als auch bei dem Bezug nehmend auf
die Figuren 2a-2e diskutierten Lautsprecher gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein geschlossenes Gehäuse eingesetzt. Bei einem anderen
bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch ein geöffnetes Gehäuse eingesetzt werden,
insbesondere mit einem Bassreflex-System, also einem Bassreflexgehäuse als Helmholtz-Resonator,
wie er aus der Technik bekannt ist.
[0036] Bezüglich des Materials des flachen Gehäuses wird ein geeignet steifes Material bevorzugt,
um ein ausreichend versteiftes Gehäuse zu erhalten, das mit einer Materialstärke von
weniger als 7 mm und insbesondere sogar mit einer Materialstärke von 3 mm oder noch
weniger auskommt. Es wird bevorzugt, als Material Stahlblech oder profilierten Kunststoff
zu verwenden, obgleich auch Holz eingesetzt werden kann. Es wird bevorzugt, um die
Anfälligkeit für Längs- und Quermoden gleicher Frequenz zu minimieren, dass die Kantenabmessungen
des gesamten Lautsprechers in keinem ganzzahligen Vielfachen zueinander sind oder
dass der Lautsprecher nicht parallele Wände aufweist. Um dennoch einen gewünschten
optischen Eindruck mit parallelen Wänden zu haben, kann ein inneres Gehäuse mit nicht
parallelen Wänden in ein äußeres Gehäuse mit parallelen Wänden gesetzt werden. Ein
Beispiel für eine Innenabmessung des in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiels beträgt
61,5 cm Breite, 80 cm Höhe und 2,4 cm Tiefe. Bei einer Verwendung eines 6 mm MDF-Plattenmaterials
ergeben sich Außenmaße mit einer Breite von 63,7 cm, einer Höhe von 81,2 cm und einer
Tiefe von 3,6 cm.
[0037] Gegen das Mitschwingen des Gehäuses wird es bevorzugt, im Gehäuseinneren Stege zwischen
Vorder- und Rückseite einzubringen, und es wird ferner bevorzugt, auf die Rückwand
von außen Profile aufzubringen. Wie es beispielsweise in Fig. 2a, 2b zu sehen ist,
wird es bevorzugt, dass das Flächen-Array bezüglich der Breite zentral und zu den
Kanten parallel einzubringen, jedoch bezüglich der Höhe exzentrisch anzuordnen. Die
Einzellautsprecher werden insbesondere in einzelnen Bohrungen untergebracht und teilweise
im Gehäusematerial eingelassen. Die Einzellautsprecher können z.B. mit Heißklebstoff
oder einem anderen Dichtungsmaterial eingeklebt und insbesondere akustisch abgedichtet
werden.
[0038] Ein Vorteil der Array-Anordnung ist die Möglichkeit, einzelne Elemente und damit
einzelne Teilflächen des Arrays unterschiedlich anzusteuern. Um die aktiven Elemente
des Arrays frequenzabhängig bestimmen zu können, wird eine Mehrwege-Ansteuerung verwendet.
Zu diesem Zweck wird das Flächen-Array, wie es anhand von Fig. 1d beschrieben worden
ist, in zwei Teilarrays 13a, 13b für die Tieftonwiedergabe aufgeteilt.
[0039] Alternativ zu dem in Fig. 1d gezeigten Ausführungsbeispiel würde eine 2-Wege-Anordnung
darin bestehen, dass in der mittleren Spalte alle Lautsprecher bis auf den einzigen
in der Mitte deaktiviert oder nicht vorhanden sind, wobei der einzige mittlere Lautsprecher
dann als einziger Hochtöner wirken würde. Um den maximal erzielbaren Schalldruckpegel
zu erhöhen, wird das in Fig. 1d gezeigte 3-Wege-System verwendet. Insbesondere wird,
damit sich der von den 3 Wegen abgestrahlte Schallphasen richtig überlagert, der Mitteltonzweig
um 0,5 ms und der Hochtonzweig um 0,52 ms gegenüber dem Tiefton-Array verzögert.
[0040] Um das Abstrahlverhalten noch weiter zu verbessern, wird es bevorzugt, eine 2-Wege-Ansteuerung
mit Hochtonweg in Form eines Bessel-gewichteten linearen Arrays zu verwenden, wie
sie in Fig. 2d schematisch gezeigt ist. Damit wird eine Bündelung und Seitenkeulenbildung
besser unterdrückt. Dieser Effekt wird noch verbessert, wenn, wie es in Fig. 2d gezeigt
ist, die Hochton-Einzellautsprecher in der Mitte angeordnet sind, und das Flächen-Array
aus Tiefton-Lautsprechern in zwei Teil-Arrays 13a, 13b aufteilen. Im Gegensatz zur
Fig. 1d existiert in Fig. 2 jedoch lediglich ein weiteres Hochton-Array 13e, wobei
die einzelnen Hochton-Lautsprecher mit den Gewichtungen angesteuert werden, wie sie
in Fig. 2d schematisch angegeben sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gewichtungsfaktoren
0,5, 1, -1 lediglich aufgrund einer schaltungstechnisch einfachen Realisierung der
Bessel-Gewichte erhalten worden sind, die sich rechnerisch jedoch zu 0,11, 0,44, 0,76,
-0,44 und 0,11 ergeben, und nur mit größerem Aufwand zu realisieren sind.
[0041] Die in Fig. 2d gezeigte Ansteuerung findet derart statt, dass die drei Einzellautsprecher
in der Mitte des Arrays 13e mit voller Amplitude angesteuert werden, wobei jedoch
der untere dieser drei Einzellautsprecher mit invertierter Phase angesteuert wird,
während der oberste Einzellautsprecher und der unterste Einzellautsprecher des Arrays
13e mit halber Amplitude angesteuert werden. Diese Pegel- und Phasenverhältnisse lassen
sich, entgegen den Bessel-Funktionen errechneten Faktoren mit sehr einfachen Mitteln
umsetzen. Durch Parallelschalten der drei mittleren Einzellautsprecher mit einer Serienschaltung
der Lautsprecher ganz oben und ganz unten des Arrays 13e lassen sich diese Amplitudenverhältnisse
herstellen. Die Phase wird bei dem Einzellautsprecher, der einen Gewichtungsfaktor
"-1" in Fig. 2d hat, einfach durch Verpolen des Anschlusses erreicht, wie es in Fig.
3 bei 15 dargestellt ist.
[0042] Ähnlich zu Fig. 1c werden die vier Spalten des TieftonArrays in vier Gruppen von
jeweils fünf Einzellautsprechern gruppiert, wobei die Gruppen untereinander parallel
geschaltet sind. Dadurch ergibt sich für das Hochton-Array eine Nennimpedanz von 10
Ohm und für das Tiefton-Array eine Nennimpedanz von 56 Ohm. Es könnten auch alle Tiefton-Einzellautsprecher
parallel geschaltet werden, dann würde aber ein höherer Strom durch die Schwingspulen
fließen. Dies könnte jedoch den Schwingspulendraht der Einzellautsprecher jedoch überlasten
und zerstörten.
[0043] Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird bei dem Ausführungsbeispiel eine Frequenzweiche
16 mit einer Grenzfrequenz 710 Hz bevorzugt. Bei einer größeren Arrayfläche sollte
die Frequenzweiche eine kleinere Grenzfrequenz haben, und bei einer kleineren Arrayfläche
sollte die Frequenzweiche eine größere Grenzfrequenz haben. Aufgrund der Frequenzweiche
existieren ein Hochtonweg 17a und ein Tieftonweg 17b oder allgemein gesagt nur ein
Tieftonweg und ein Weg mit voller Bandbreite statt dem Hochtonweg, der keine Tieftonanteile
hat, welche vorzugsweise beide durch einen Entzerrer EQ 18a bzw. 18b entzerrt werden,
wobei die entzerrten Signale ferner vorzugsweise durch jeweils einen Verstärker 19a
bzw. 19b verstärkt werden.
[0044] Bei dem in Fig. 2a gezeigten Lautsprecher gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein geschlossenes System verwendet. Das Gehäuse
basiert auf einer Berechnung unter Verwendung der sogenannten Thiele-Small-Parameter
der gehäuselosen Einzellautsprecher, wobei die Gesamtgüte Q
tc der Kombination aus Gehäuse und Array bei 0,707 liegen soll. Diese Abstimmung wird
auch als Butterworth-Abstimmung bezeichnet und äußerst sich in einem, bei idealem
Free-Air-Frequenzgang, maximal glattem Frequenzgang und minimal erreichbarer Resonanzfrequenz.
[0045] Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht des Lautsprechers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
mit einer Gehäusevorderwand 1a und einer Gehäuseseitenwand 1b, wobei der Lautsprecher
in einem reflexionsarmen Raum angeordnet ist. Die Gehäusevorderwand umfasst eine Höhe
und eine Breite, wobei die Höhe größer als die Breite ist, und wobei es bevorzugt
wird, das Array bezüglich der Breite zentriert und kantenparallel einzufügen, und
das Array bezüglich der Höhe nicht zentriert, sondern dezentral unterzubringen, wie
es in Fig. 2b gezeigt ist. Fig. 2c zeigt eine Rückansicht des geöffneten Lautsprechers,
wobei Stege 19a, 19b in vertikaler Richtung und Stege 19c in horizontaler Richtung
gezeigt sind. Diese Stege, die vorzugsweise komplett von der Gehäusevorderseite bis
zur Gehäuserückseite durchgehend ausgebildet sind, ermöglichen eine Kapselung von
unterschiedlich angetriebenen Einzellautsprechern. Druckänderungen im Inneren des
Lautsprechers, hervorgerufen durch Schwingungen einzelner Membranen würden sich ansonsten
nämlich auf alle auf das gleiche Volumen arbeitende Einzellautsprecher auswirken.
Um dies zu vermeiden, arbeiten die Einzellautsprecher der mittleren Array-Spalte jeweils
auf ein einzeln abgegrenztes Volumen, das durch die Stege 19a, 19b, 19c erreicht wird.
Da diese Einzellautsprecher für den Hochtonzweig verwendet werden, diese also weit
oberhalb ihrer Resonanzfrequenz arbeiten sollen, ist eine aufwendige Dimensionierung
des entstehenden Volumens nicht nötig. Das an jeden Hochton-Einzellautsprecher angekoppelte
Volumen beträgt 0,0361 1. Die Abmessungen der Volumina bestimmen sich aus den Abmessungen
des Einzellautsprechers.
[0046] Die Streben 19a, 19b erreichen eine zusätzliche Versteifung des Gehäuses und führen
dazu, dass das Volumen für das Tiefton-Array in zwei Kammern aufgeteilt wird, wie
es aus Fig. 2c oder auch aus Fig. 4a oder Fig. 4b ersichtlich ist. Das Aufteilen des
Gesamtvolumens in zwei Kammern für die Teil-Arrays der Tiefton-Lautsprecher führt
zu einer effizienten Versteifung des Gehäuses und dazu, dass Biegeschwingungen der
Gehäusefront und/oder der Gehäuserückwand und Moden im Gehäuse unterdrückt werden,
um entsprechende negative Einflüsse auf das Verhalten des Lautsprechers zu reduzieren.
Weitere Versteifungselemente, wie sie bei 21 in Fig. 4b oder 22 in Fig. 4a gezeigt
sind, werden eingefügt, um die Steifigkeit des verwendeten Holzmaterials zu verbessern,
die relativ gering ist. Durch Minimieren der Abstände zwischen den Versteifungspunkten
wird das Mitschwingen der Gehäusewände wegen des hohen Drucks im Inneren bei Betrieb
des Lautsprechers verhindert. Vorzugsweise sind Höhe und Breite des Gehäuses keine
geradzahligen Vielfachen, um die Ausbildung von gleichzeitigen Längs- und Quermoden
nicht zu begünstigen. Die Innentiefe beträgt bei dem in Fig. 2a bzw. 2b gezeigten
Ausführungsbeispiel wieder 2,4 cm. Die Außenabmessungen des in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiels
betragen in der Breite 35,2 cm, in der Höhe 46,2 cm und in der Tiefe 3,6 cm. Diese
Außenmaße sind auch in der schematischen Zeichnung in Fig. 4a zusammen mit anderen
bevorzugten Abmessungen dieses Ausführungsbeispiels angegeben.
[0047] Die exzentrische Platzierung des Arrays auf der Front des Lautsprechers wird bevorzugt.
Der Schalldruck von Schallwellen, die sich von einer Schallquelle über eine Lautsprecherfront
ausbreiten, ändert sich, wenn diese auf eine Kante treffen, weil sich die Energie
der Welle auf ein geändertes Volumen aufteilt. Im Falle einer Gehäusekante beugt sich
eine Schallwelle um das Gehäuse. Das Volumen, in welches sich die Schallwelle ausbreitet
und die Oberfläche der Wellenfront werden größer. Der Schalldruck auf dieser Oberfläche
wird geringer. Durch die Druckänderung entsteht an dieser Kante eine zweite Schallquelle
mit entgegengesetzter Phase. Der von dieser sekundären Schallquelle abgestrahlte Schall
überlagert sich mit dem, von der primären Schallquelle abgestrahlten Schall. Je nach
Laufzeitunterschied, der durch die Entfernung zwischen beiden Schallquellen und zwischen
Lautsprecher und Hörposition beeinflusst wird, kommt es im Frequenzgang des Lautsprechers
abwechselnd zu konstruktiver und destruktiver Interferenz. Wenn der dem Laufzeitunterschied
äquivalente Wegunterschied ganzzahligen Vielfachen einer Wellenlänge entspricht, dann
kommt es zu Minima bei den entsprechenden Frequenzen, bei ganzzahligen Vielfachen
der halben Wellenlänge kommt es zu Überhöhungen. Wenn das Array zentral auf der Schallwand
platziert würde, käme es für Beobachtungspunkte nahe der 0°-Achse durch gleiche Laufzeiten
bezüglich rechter und linker bzw. oberer und unterer Schallwandkante zu einer Überlagerung
der Interferenzerscheinungen. Folge davon ist ein ortsabhängiger, teilweise von starken
Einbrüchen und Überhöhungen geprägter Frequenzgang. Um dies zu vermeiden, wird die
Position des Arrays auf der Frontplatte so ausgewählt, dass die Entfernung vom zentralen
Einzellautsprecher zur oberen, unteren und den seitlichen Gehäusekanten möglichst
unterschiedlich und keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Dadurch wird das
unvorteilhafte Zusammenfallen von Interferenz-Effekten verhindert.
[0048] Die Aufteilung des Gehäuses in zwei gleich große Kammern durch Versteifungsstege
bedingt, dass das Array horizontal zentriert angeordnet wird. So beträgt der Abstand
vom Zentrum des Arrays zu den Seitenkanten jeweils 17,6 cm. Der Abstand des Mittelpunkts
des Arrays zur oberen Gehäusekante wird auf 14,1 cm festgelegt. Der Abstand zur unteren
Gehäusekante ergibt sich somit zu 23,1 cm. Damit die bei dem Ausführungsbeispiel 6
mm starken Leisten, mit denen die Hochtontreiber abgetrennt werden, nicht die Luftkompression
an den rückseitig offenen Membranen behindern, werden nicht alle Einzellautsprecher
des Arrays ohne Zwischenraum angeordnet. Stattdessen wird zwischen den Einzellautsprechern
der mittleren Spalte des Arrays und den Einzellautsprechern der links und rechts benachbarten
Spalten ein Abstand von 6 mm vorgenommen, wie es aus Fig. 4a ersichtlich ist.
[0049] Es wird bevorzugt, das Gehäuse zur Vermeidung von Gehäusemoden mit Dämmwolle zu bedämpfen.
Eine Dämmwolle mit einer Dicke von 3 cm und einer Masse von 280 g/m
2 kann eingesetzt werden. Gehäusemoden soll durch Absorption im Dämmstoff Energie entzogen
werden, so dass sie sich nicht voll oder gar nicht ausbilden können. Dieses Prinzip
funktioniert nur bei hoher Schallschnelle. Da an den Rändern von Gehäusen bei Stehwellen
stets Druckmaxima und Schnelle-Minima sind, wird daher an den Rändern des Gehäuses
auf einer Breite von etwa 7 cm kein Dämmmaterial eingebracht, wie es schematisch in
Fig. 2c zu sehen ist.
[0050] Nachfolgend werden, Bezug nehmend auf die Figuren 5a-5d diverse Messungen an dem
in Fig. 2a bis Fig. 2d erläuterten Lautsprecher gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erläutert.
[0051] Die Auftrennung der Audiosignale in einen Hochton-Zweig und in einen Tiefton-Zweig
durch die Frequenzweiche 16 wird mit Hilfe von Linkwitz-Riley-Filtern vierter Ordnung
für die Frequenzweiche vorgenommen. Die Übertragungsfunktion der Frequenzweiche ist
in Fig. 5a dargestellt. Der Pegel des Hochton-Zweiges ist gegenüber dem Tiefton-Signal
um 3 dB angehoben. Dem Lautsprecher ist ein 80 Hz Hochpass vorgeschaltet, der in Fig.
3 nicht gezeigt ist.
[0052] Das mit dieser Filterung beaufschlagte Signal wird dem Array zugeführt. Fig. 5b zeigt
die Frequenzgänge von Hoch- und Tiefton-Weg auf der 0°-Achse. Die akustische Summation
beider Wege ergibt den in Fig. 5c gezeigten nichtentzerrten Frequenzgang. Um sowohl
die Linearität des Frequenzgangs als auch die untere Frequenz näher an die gestellten
Anforderungen zu bringen, wird es bevorzugt, eine Entzerrung unter Verwendung der
Equalizer 18a, 18b vorzunehmen. Ein entzerrter Frequenzgang ist in Fig. 5d gezeigt,
bei dem eine wesentlich bessere Linearität ersichtlich ist, und bei dem ferner ein
wesentlich verbessertes Verhalten im unteren Frequenzbereich und eine gesenkte untere
Grenzfrequenz erhalten worden ist. Damit sich die von beiden Wegen abgestrahlten Schallanteile
im Übernahmebereich möglichst optimal überlagern, wird es bevorzugt, den Hochton-Weg
um 0,17 ms zu verzögern. Der Frequenzgang bei dem in Fig. 5d messtechnisch charakterisierten
Ausführungsbeispiel wird im Bereich von 100 Hz bis 20 kHz linearisiert, so dass sich
eine Welligkeit von +/- 2 dB erreichen lässt. Die Grenzfrequenz bei -6 dB beträgt
100 Hz. Bei 20 kHz ist der Schalldruckpegel ebenfalls um 6 dB abgefallen. Die mittlere
elektrische Empfindlichkeit des Lautsprechers beträgt 101 dB/1W/1m. Dieser Wert ist
im Vergleich zu herkömmlichen HiFi-Lautsprechern hoch und ist auf die hohe Empfindlichkeit
der gehäuselosen Einzellautsprecher zurückzuführen. Fig. 2e zeigt eine alternative
Implementierung des Flachgehäuses mit angesetzten Fasen, um mehr in die Nähe einer
Gehäusefront ähnlich eines Pyramidenstumpfes zur Abschwächung von Interferenz-Effekten
aufgrund von Beugungserscheinungen an den Kanten des Gehäuses zu kommen. Damit kann
ein besser linearer Frequenzgang erreicht werden.
[0053] Um den von dem Lautsprecher abgegebenen Schalldruck bei niedrigeren Frequenzen, also
im Bereich von 100 Hz und darunter zu verbessern, kann bei Ausführungsbeispielen der
Erfindung das flache Gehäuse als Bassreflexgehäuse ausgeführt sein, das nicht vollkommen
geschlossen ist, sondern eine oder mehrere Öffnungen in der Schallwand hat, die auch
als Kanäle in das Gehäuse hinein verlängert werden können. Das Gehäuse eines Bassreflexsystems
ist bei verschlossener Einbauöffnung für den Schallwandler ein Helmholtz-Resonator.
Innerhalb des Bassreflexkanals befindet sich eine Luftmasse, die im Resonanzfall mit
maximaler Amplitude schwingt. Der Resonator wird auf eine Resonanzfrequenz unterhalb
der Resonanzfrequenz des Schallwandlers abgestimmt und trägt dann bei tiefen Frequenzen
wesentlich zur Schallabstrahlung des Lautsprechers bei. Eine korrekt abgestimmte Bassreflexkonstruktion
hat einen Impedanzverlauf mit zwei benachbarten Maxima. Der maximale Schalldruck wird
vom Bassreflexrohr bei dem Minimum f
b zwischen den beiden Impedanz-Maxima abgestrahlt. In Richtung höherer und tieferer
Frequenz nimmt der vom Bassreflexkanal abgestrahlte Schalldruck ab. Das Ziel der Abstimmung
eines Bassreflexsystems ist die konstruktive Überlagerung von Schallanteilen, die
von Schallwandler und Bassreflexöffnung abgestrahlt werden. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel wird eine Bassreflexöffnung an der unteren Seitenwand des Gehäuses,
das beispielsweise in Fig. 2b gezeigt ist, vorgesehen, wobei diese Kanalöffnung rechteckig
mit einer Breite von 5 cm ausgelegt wird. Die Länge eines Reflexrohrs für eine Kammer
ergibt sich dann beispielsweise zu 3,3 cm. Ein darauf hin optimiertes Gehäuse hat
eine Abmessung in der Breite von 41,5 cm, in der Höhe von 66,2 cm und in der Tiefe
von 2,4 cm, wobei sich diese Abmessungen auf die Innenmaße beziehen. Die Öffnung des
Bassreflexkanals kann bei anderen Ausführungsbeispielen vergrößert werden, und zwar
insbesondere über die komplette Breite einer Kammer von z.B. 17,2 cm vergrößert werden.
Entsprechend kann die Reflexrohrlänge vergrößert werden, da die Länge mit zunehmender
Öffnungsfläche ebenfalls vergrößert werden muss, wenn die Abstimmfrequenz beibehalten
werden soll.
[0054] Bei einer anderen Implementierung kann die Reflexöffnung auch an der oberen Schmalseite
des Gehäuses angeordnet werden.
[0055] Insbesondere ein geschlossener Lautsprecher mit einer flächigen Anordnung von 25
Miniaturlautsprechern als Schallwandler wird bevorzugt, wobei die Anzahl der Schallwandler
je nach Einsatz auch zwischen 9 und 49 liegt. Eine quadratische Form der Anordnung
der Schallwandler wird verwendet, wobei das Flächen-Array aufgeteilt in getrennte
Teilarrays der den kritischen Tiefton-Bereich liefernden Einzellautsprecher vorzugsweise
in abgetrennten Volumina arbeiten soll. Vorzugsweise wird eine symmetrische 2-Wege-Anordnung
eingesetzt, wobei die Einzellautsprecher des weiteren Arrays zwischen den beiden Teil-Arrays,
welche als Hochtöner arbeiten, nach Koeffizienten von Bessel-Funktionen gewichtet
sind. Das Anregungs-Signal des Systems wird mit einem Lautsprecher-Controller entzerrt
sowie aktiv getrennt und mittels zwei Endstufen verstärkt. Damit werden HiFi-übliche
Werte sowohl für den maximal erreichbaren Schalldruckpegel als auch für die Welligkeit
des Frequenzgangs und den Klirrfaktor erreicht. Der Lautsprecher zeichnet sich durch
ein kontinuierliches, nicht übermäßig bündelndes Richtverhalten ohne Seitenkeulen
aus.
[0056] Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung sind sowohl in klassischen Stereo-
oder Multikanal-Setups, vorzugsweise mit einem Subwoofer für den untersten Frequenzbereich
einsetzbar. Das Array-Konzept führt zu einer hohen Skalierbarkeit des Systems. So
kann damit bei Lautsprecher-Panels für Wellenfeldsynthese der Abstand benachbarter
Wiedergabekanäle durch den geringen Durchmesser der Einzellautsprecher minimiert werden.
Durch die Möglichkeit, einzelne gehäuselose Einzellautsprecher und somit bestimmte
Bereiche eines Arrays diskret anzusteuern, sind auch zeitlich modifizierbare Ansteuerungen
verwendbar. Die Bündelungswirkung des Lautsprechers in der Vertikalebene oberhalb
von 10 kHz kann durch eine geänderte Array-Ansteuerung noch verringert werden, wenn
oberhalb von 10 kHz nur noch ein einzelner Lautsprecher betrieben wird. Entsprechend
der Richtwirkung des einzelnen Lautsprechers kann der vertikale Abstrahlwinkel oberhalb
von 10 kHz mit einem solchen 3-Wege-System vergrößert werden. Die Schalldrucküberhöhung
im Frequenzgang des in den Ausführungsbeispielen verwendeten Miniaturtreibers wird
vorzugsweise eliminiert, damit keine Entzerrung mehr nötig ist.
[0057] Bei nicht Echtzeit-kritischem Einsatz des Lautsprechers wird es bevorzugt, zur Entzerrung
einen linearphasigen Filtersatz zu verwenden. Damit kann die Gruppenlaufzeit des Systems
aus Lautsprecher und Controller positiv beeinflusst werden.
[0058] Um den Lautsprecher bei tieferen Frequenzen zu verbessern, wird es bevorzugt, nicht
die Array-Fläche zu vergrößern, sondern den abgestrahlten Schalldruck durch die Vergrößerung
des Membranhubs zu erhöhen. Bei einer Verdoppelung des Membranhubs verdoppelt sich
idealerweise auch der abgestrahlte Schalldruck. Hierzu muss jedoch die Mechanik des
Schallwandlers für größeren Hub ausgelegt werden. Die Kraft, die vom Antrieb eines
elektrodynamischen Schallwandlers erzeugt wird, wird vom Produkt aus der magnetischen
Flussdichte B des Magneten, der Länge 1 des Spulendrahtes und dem fließenden Strom
I in der Spule bestimmt.
[0059] Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Lautsprecher als aktiver Lautsprecher mit
interner Signalverarbeitung auf einem DSP implementiert, da eine (z. B. aktive) Frequenzweiche
und eine Entzerrung sowie eine mehrkanalige Verstärkung eingesetzt werden und in das
Lautsprechergehäuse integriert werden können.
[0060] Der erfindungsgemäße Lautsprecher zeichnet sich durch eine außergewöhnlich geringe
Gehäusetiefe, durch eine kostengünstige Herstellbarkeit und durch überzeugende Werte
sowohl auf messtechnischer Seite als auch auf subjektiver Ebene aus.
[0061] Fig. 7a zeigt einen Lautsprecher, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern
vorzugsweise in der Mitte des Lautsprechers vorhanden ist, bei dem einer oder mehrere
Einzellautsprecher bezüglich der Einzellautsprecher des Flächenarrays verkippt angeordnet
sind, so dass sich eine Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers
des weiteren Arrays von einer Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers
des Flächenarrays unterscheidet. Die Verkippung kann beispielsweise 30 Grad bezüglich
der Normalen betragen und liegt vorzugsweise zwischen 10° und 70°. Dann kann ein Hörer
eine Ausrichtung der Lautsprecher auf sich haben, selbst wenn der Flachlautsprecher
and der Wand montiert ist und nicht gedreht werden kann. Für die näherungsweise Rundstrahlcharakteristik
des Tieftonarrays ist dagegen eine Ausrichtung nicht erforderlich.
[0062] Fig. 7b zeigt einen Lautsprecher, bei dem ein weiteres Array von Einzellautsprechern
vorhanden ist, das in dem Gehäuse zurückgesetzt ist, oder das vor der aktiven Fläche
eine Wellenführungseinrichtung aufweist. Vorzugsweise wird eine Zurücksetzung und
eine Waveguide-Struktur verwendet, um eine eben Oberfläche des Lautsprechers zu haben.
Außerdem ist die Zurücksetzung der Hochtöner in der Mitte unkritisch, weil das nötige
Luftvolumen für die Hochtöner aufgrund der hohen Frequenzen klein bzw. insgesamt unerheblich
ist. Die Waveguide-Struktur dient dazu, die inhärente Richtwirkung im beabsichtigten
Bereich zu vergleichmäßigen und sie wird eine hornartige Form haben.
1. Schallwiedergabesystem, mit folgenden Merkmalen:
einem Array aus Einzellautsprechern, die eine flache Form haben, wobei das Array in
Form eines Quadrates gebildet ist und ein Flächen-Array (10) aus einem ersten Flächen-Teil-Array
(13a) und einem zweiten Flächen-Teil-Array (13b) aufweist, zwischen denen ein weiteres
Linien-Array (13e) aus Einzellautsprechern, die eine flache Form haben, in Form einer
mittleren Array-Spalte des Arrays angeordnet ist;
einer Frequenzweiche (16) zum Liefern eines Hochpass-Signals über einen Hochtonweg
(17a) und eines Tiefpass-Signals über einen Tieftonweg (17b), wobei das Hochpass-Signal
zum Ansteuern des weiteren Linien-Arrays (13e) und das Tiefpass-Signal (17b) zum Ansteuern
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) verwendet werden, wobei alle
Einzellautsprecher des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) so verschaltet
sind, dass sie über den Tieftonweg (17b) mit Ansteuersignalen angesteuert werden,
die zueinander abgesehen von unterschiedlichen Leitungslängen keine Phasenverschiebung
haben, wobei zwischen den Einzellautsprechern des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays
und einem Treiberausgang des Tieftonwegs (17b) kein Phasenschieber vorhanden ist,
und die Einzellautsprecher des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays ausgebildet
sind, um einen Tieftonbereich in einem Mehrwege-System zu liefern; und
einem flachen Gehäuse (1), in dem die Einzellautsprecher (11a, 11b, 11c) untergebracht
sind, wobei das flache Gehäuse eine Vorderwand, eine Rückwand und eine Seitenwand
aufweist,
wobei das flache Gehäuse (1) eine Tiefe kleiner als 5 cm aufweist, oder wobei ein
Membrandurchmesser eines Einzellautsprechers (11a, 11b, 11c), der Flächen-Teil-Arrays
(10) kleiner als 5 cm ist,
wobei zwischen Rändern der Einzellautsprecher, die zueinander benachbart sind, ein
Abstand besteht, der kleiner als 5 mm ist, und
wobei eine Anzahl der Einzellautsprecher zwischen 9 und 49 liegt.
2. Schallwiedergabesystem nach Anspruch 1,
bei dem ein kleinster Abstand eines Einzellautsprechers des weiteren Linien-Arrays
(13e) zu einem Einzellautsprecher des ersten oder zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a,
13b) größer ist als ein kleinster Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Einzellautsprechern
des ersten oder zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) .
3. Schallwiedergabesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für das Hochpass-Signal und/oder
das Tiefpass-Signal ein Entzerrer (18a, 18b) und/oder ein Verstärker (19a, 19b) vorgesehen
sind, die ausgebildet sind, um ein Frequenzverhalten einer Schallausgabe des Schallwiedergabesystems
in einem vordefinierten Frequenzbereich zu vergleichmäßigen.
4. Schallwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Gehäuse (1) im
Inneren einen oder mehrere Stege (19a, 19b, 19c) zum Verbinden einer Vorderwand und
einer Rückwand des flachen Gehäuses aufweist, wobei der mindestens eine Steg so angeordnet
ist, dass er zwischen einem Einzellautsprecher des ersten oder zweiten Flächen-Teil-Arrays
(13a, 13b) und einem benachbarten Einzellautsprecher des weiteren Linien-Arrays (13e)
angeordnet ist.
5. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächen-Array
(10) so in einer Vorderwand des Gehäuses exzentrisch angeordnet ist, dass ein Mittelpunkt
des Flächen-Arrays (10) von einem Mittelpunkt der Vorderwand um wenigstens 10 % der
kürzeren Seite der Vorderwand unterschiedlich ist.
6. Schallwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Anzahl von Einzellautsprechern
in dem ersten oder zweiten Flächen-Teil-Array (13a, 13b) wenigstens doppelt so groß
ist wie in dem weiteren Linien-Array (13e).
7. Schallwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem das weitere Linien-Array
(13e) ein Besselgewichtetes Linien-Array von Lautsprechern ist, und eine Ansteuerungsschaltung
vorhanden ist, die ausgebildet ist, um äußere Einzellautsprecher des Bessel-gewichteten
Linien-Arrays mit einem amplitudenmäßig schwächeren Treibersignal als ein mittlerer
Einzellautsprecher des Bessel-gewichteten Linien-Arrays zu versorgen.
8. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem alle Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) oder alle Einzellautsprecher
des Schallwiedergabesystems insgesamt identische aktive Flächen haben.
9. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) oder alle Einzellautsprecher
des Schallwiedergabesystems elektrodynamische Lautsprecher sind.
10. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) oder alle Einzellautsprecher
des Schallwiedergabesystems Konus-Lautsprecher oder Kolbenstrahler sind.
11. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) oder alle Einzellautsprecher
des Schallwiedergabesystems Kopfhörerkapseln sind.
12. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzellautsprecher
so in dem Gehäuse angeordnet sind, dass zwischen einer Rückseite einer Membran jedes
Einzellautsprechers des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) und einer
nächstliegenden Gehäusewand wenigstens ein Abstand von 0,8 cm und höchstens ein Abstand
von 4 cm vorhanden ist.
13. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) so nahe aneinander angeordnet
sind, dass Ränder von benachbarten Einzellautsprechern weniger als 3 mm voneinander
beabstandet sind oder sich berühren.
14. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste
und zweite Flächen-Teil-Array (13a, 13b) jeweils zwei benachbarte Reihen von Einzellautsprechern
aufweisen, und wobei das weitere Linien-Array (13e) eine einzige Reihe von Einzellautsprechern
aufweist, wobei eine Anzahl der Einzellautsprecher pro Reihe für alle Reihen und Arrays
gleich ist.
15. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse
so groß ist, dass es ein Volumen aufweist, das gleich einem pro Einzellautsprecher
des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) gefordertem Minimalvolumen multipliziert
mit der Gesamtanzahl der Einzellautsprecher des ersten und zweiten Flächen-Teil-Arrays
(13a, 13b) ist.
16. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Tiefe
des flachen Gehäuses kleiner als 1/10 der kürzeren Seite einer Vorderwand oder Rückwand
des Gehäuses ist.
17. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für das Hochpass-Signal
und/oder das Tiefpass-Signal jeweils ein Entzerrer (18a, 18b) vorgesehen ist.
18. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse
eine durchgehende Trennung (19a, 19b) aufweist, um für das erste Flächen-Teil-Array
(13a) ein erstes Gehäusevolumen bereitzustellen und für das zweite Flächen-Teil-Array
(13b) ein zweites Gehäusevolumen bereitzustellen, wobei das erste Gehäusevolumen und
das zweite Gehäusevolumen durch die Trennung (19a, 19b) voneinander getrennt sind.
19. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das weitere
Linien-Array (13e) von Einzellautsprechern in dem Gehäuse zurückgesetzt ist, oder
vor der aktiven Fläche eine Wellenführungseinrichtung aufweist.
20. Schallwiedergabesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem einer oder
mehrere Einzellautsprecher des weiteren Linien-Arrays (13e) bezüglich der Einzellautsprecher
des ersten oder zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) verkippt angeordnet sind, so
dass sich eine Flächennormale auf eine aktive Fläche eines Einzellautsprechers des
weiteren Linien-Arrays (13e) von einer Flächennormale auf eine aktive Fläche eines
Einzellautsprechers des ersten oder zweiten Flächen-Teil-Arrays (13a, 13b) unterscheidet.
21. Schallwiedergabesystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Einzellautsprecher des weiteren
Linien-Arrays (13e) um 0,17 ms gegenüber dem ersten und dem zweiten Flächen-Teil-Array
(13a, 13b) verzögert angesteuert werden.
1. A sound reproduction system comprising:
an array consisting of individual speakers having flat shapes, the array being formed
in the shape of a square and comprising a two-dimensional array (10) consisting of
a first two-dimensional sub-array (13a) and a second two-dimensional sub-array (13b)
which have a further line array (13e) of flat-shaped individual speakers arranged
between them in the form of a central array column of the array;
frequency-separating means (16) for providing a high-pass signal via a highfrequency
tone path (17a) and a low-pass signal via a low-frequency tone path (17b), the high-pass
signal being used for controlling the further line array (13e) and the low-pass signal
(17b) being used for controlling the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b), all of the individual loudspeakers of the first and second two-dimensional sub-arrays
(13a, 13b) being wired such that they are controlled via the low-frequency tone path
(17b) by means of control signals that exhibit no mutual phase-shift apart from different
line lengths, no phase shifter existing between the individual speakers of the first
and second two-dimensional sub-arrays and a driver output of the low-frequency tone
path (17b), and the individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays
being configured to provide low-frequency tone range in a multi-way system; and
a flat housing (1) accommodating the individual speakers (11a, 11b, 11c), the flat
housing comprising a front wall, a rear wall, and a side wall,
wherein the flat housing (1) has a depth of less than 5 cm, or wherein a diaphragm
diameter of a individual speaker (11a, 11b, 11c) of the two-dimensional sub-arrays
(10) is smaller than 5 cm,
wherein a distance smaller than 5 mm exists between edges of the individual speakers
that are mutually adjacent, and
wherein a number of the individual speakers ranges from 9 to 49.
2. The sound reproduction system as claimed in claim 1,
wherein a smallest distance of an individual speaker of the further line array (13e)
from an individual speaker of the first or second two-dimensional sub-array (13a,
13b) is larger than a smallest distance between two directly adjacent individual speakers
of the first or second two-dimensional sub-array (13a, 13b).
3. The sound reproduction system as claimed in claims 1 or 2, wherein an equalizer (18a,
18b) and/or an amplifier (19a, 19b) are provided for the high-pass signal and/or the
low-pass signal, said equalizer and/or amplifier being configured to homogenize a
frequency response of a sound output of the sound reproduction system within a predefined
frequency range.
4. The sound reproduction system as claimed in any of claims 1 to 3, wherein the housing
(1) comprises, in its interior, one or more ridges (19a, 19b, 19c) for connecting
a front wall and a rear wall of the flat housing, said at least one ridge being arranged
such that it is arranged between an individual speaker of the first or second two-dimensional
sub-array (13a, 13b) and an adjacent individual speaker of the further line array
(13e).
5. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
two-dimensional array (10) is eccentrically arranged in a front wall of the housing
such that a center of the two-dimensional array (10) differs from a center of the
front wall by at least 10% of the shorter side of the front wall.
6. The sound reproduction system as claimed in any of claims 1 to 5, wherein a number
of individual speakers in the first or second two-dimensional sub-array (13a, 13b)
is at least double the number of those in the further line array (13e).
7. The sound reproduction system as claimed in any of claims 2 to 6, wherein the further
line array (13e) is a Bessel-weighted line array of speakers, and a control circuit
exists which is configured to provide outer individual speakers of the Bessel-weighted
line array with a driver signal that is weaker, in terms of amplitude, than that of
a central individual speaker of the Bessel-weighted line array.
8. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein all
of the individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b) or all of the individual speakers of the sound reproduction system overall have
identical active areas.
9. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein all
of the individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b) or all of the individual speakers of the sound reproduction system are electrodynamic
speakers.
10. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein all
of the individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b) or all of the individual speakers of the sound reproduction system are cone loudspeakers
or piston-type radiators.
11. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein all
of the individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b) or all of the individual speakers of the sound reproduction system are headphone
capsules.
12. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
individual speakers are arranged within the housing such that there is at least a
distance of 0.8 cm and at the most a distance of 4 cm between a rear side of a diaphragm
of each individual speaker of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a,
13b) and a nearest housing wall.
13. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
individual speakers of the first and second two-dimensional sub-arrays (13a, 13b)
are arranged sufficiently close to one another so that edges of adjacent individual
speakers are spaced apart less than 3 mm or contact one another.
14. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
first and second two-dimensional sub-arrays (13a, 13b) each comprise two adjacent
rows of individual speakers, and the further line array (13e) comprises a single row
of individual speakers, a number of the individual speakers per row being identical
for all rows and arrays.
15. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
housing is sufficiently large as to have a volume which is equal to a minimum volume
required per individual speaker of the first and second two-dimensional sub-arrays
(13a, 13b) multiplied by the overall number of individual speakers of the first and
second two-dimensional sub-arrays (13a, 13b).
16. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein a
depth of the flat housing is less than 1/10 of the shorter side of a front wall or
rear wall of the housing.
17. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein an
equalizer (18a, 18b) is provided for the high-pass signal and the low-pass signal,
respectively.
18. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
housing comprises a continuous partitioning (19a, 19b) so as to provide a first housing
volume for the first two-dimensional sub-array (13a) and to provide a second housing
volume for the second two-dimensional sub-array (13b), the first housing volume and
the second housing volume being separated from each other by the partitioning (19a,
19b).
19. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein the
further line array (13e) of individual speakers is set back within the housing or
has a waveguide means in front of the active area.
20. The sound reproduction system as claimed in any of the previous claims, wherein one
or more individual speakers of the further line array (13e) are arranged in a tilted
manner in relation to the individual speakers of the first or second two-dimensional
sub-array (13a, 13b), so that a surface normal to an active area of an individual
speaker of the further line array (13e) differs from a surface normal to an active
area of an individual speaker of the first or second two-dimensional sub-array (13a,
13b).
21. The sound reproduction system as claimed in claim 1, wherein the individual speakers
of the further line array (13e) are controlled in a manner delayed by 0.17 ms as compared
to the first and second two-dimensional sub-arrays (13a, 13b).
1. Système de reproduction de son, aux caractéristiques suivantes:
un réseau de haut-parleurs individuels présentant une forme plane, le réseau étant
formé en forme de carré et présentant un réseau superficiel (10) constitué d'un premier
réseau superficiel partiel (13a) et d'un deuxième réseau superficiel partiel (13b)
entre lesquels est disposé, sous forme de colonne de réseau médiane du réseau, un
autre réseau linéaire (13e) de haut-parleurs individuels ayant une forme plane;
un crossover (16) destiné à fournir un signal passe-haut via un trajet des aigus (17a)
et un signal passe-bas via un trajet des basses (17b), le signal passe-haut étant
destiné à activer l'autre réseau linéaire (13e) et le signal passe-bas (17b) étant
utilisé à activer les premier et deuxième réseaux superficiels partiels (13a, 13b),
tous les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) étant connectés de sorte qu'ils soient activés via le trajet des basses
(17b) par des signaux d'activation qui, à l'exception de différentes longueurs de
ligne, ne présentent pas de décalage de phase, où entre les haut-parleurs individuels
du premier et du deuxième réseau superficiel partiel et une sortie de pilote du trajet
des basses (17b) n'est pas présent de déphaseur et les haut-parleurs individuels du
premier et du deuxième réseau superficiel partiel sont configurés pour fournir une
plage de basses dans un système à trajets multiples; et
un boîtier plat (1) dans lequel sont placés les haut-parleurs individuels (11a, 11b,
11c), le boîtier plat présentant une paroi avant, une paroi arrière et une paroi latérale,
dans lequel le boîtier plat (1) présente une profondeur inférieure à 5 cm, ou dans
lequel un diamètre de membrane d'un haut-parleur individuel (11a, 11b, 11c) des réseaux
superficiels partiels (10) est inférieur à 5 cm,
dans lequel existe, entre les bords des haut-parleurs individuels qui sont adjacents
l'un à l'autre, une distance qui est inférieure à 5 mm, et
dans lequel le nombre de haut-parleurs individuels est compris entre 9 et 49.
2. Système de reproduction de son selon la revendication 1,
dans lequel une distance la plus petite entre un haut-parleur individuel de l'autre
réseau linéaire (13e) et un haut-parleur individuel du premier ou du deuxième réseau
superficiel partiel (13a, 13b) est supérieure à une distance la plus petite entre
deux haut-parleurs individuels directement adjacents du premier ou du deuxième réseau
superficiel partiel (13a, 13b).
3. Système de reproduction de son selon la revendication 1 ou 2, dans lequel sont prévus,
pour le signal passe-haut et/ou le signal passe-bas, un égaliseur (18a, 18b) et/ou
un amplificateur (19a, 19b) qui sont conçus pour égaliser une réponse en fréquence
d'une sortie de son du système de reproduction de son dans une plage de fréquences
prédéfinie.
4. Système de reproduction de son selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le
boîtier (1) comporte à l'intérieur une ou plusieurs bretelles (19a, 19b, 19c) destinées
à connecter une paroi avant et une paroi arrière du boîtier plat, dans lequel l'au
moins une bretelle est disposée de sorte qu'elle soit disposée entre un haut-parleur
individuel du premier ou du deuxième réseau superficiel partiel (13a, 13b) et un haut-parleur
individuel adjacent de l'autre réseau linéaire (13e).
5. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
le réseau superficiel (10) est disposé de manière excentrée dans une paroi avant du
boîtier de sorte qu'un point central du réseau superficiel (10) soit différent d'un
point central de la paroi avant d'au moins 10% du côté le plus court de la paroi avant.
6. Système de reproduction de son selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un
nombre de haut-parleurs individuels dans le premier ou le deuxième réseau superficiel
partiel (13a, 13b) est au moins deux fois plus grand que dans l'autre réseau linéaire
(13e).
7. Système de reproduction de son selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel l'autre
réseau linéaire (13e) est un réseau linéaire de haut-parleurs pondéré selon Bessel,
et est présent un circuit d'activation qui est conçu pour alimenter les haut-parleurs
individuels extérieurs du réseau linéaire pondéré selon Bessel avec un signal pilote
plus faible en amplitude qu'un haut-parleur individuel central du réseau linéaire
pondéré selon Bessel.
8. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
tous les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) ou tous les haut-parleurs individuels du système de reproduction de son
présentent de zones actives identiques dans l'ensemble.
9. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
tous les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) ou tous les haut-parleurs individuels du système de reproduction de son
sont des haut-parleurs électrodynamiques.
10. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
tous les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) ou tous les haut-parleurs individuels du système de reproduction de son
sont des haut-parleurs à cône ou des diffuseurs à piston.
11. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
tous les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) ou tous les haut-parleurs individuels du système de reproduction de son
sont des coquilles de casque.
12. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
les haut-parleurs individuels sont disposés dans le boîtier de sorte que soit présente,
entre un côté arrière d'une membrane de chaque haut-parleur individuel du premier
et du deuxième réseau superficiel partiel (13a, 13b) et une paroi de boîtier la plus
proche, au moins une distance de 0,8 cm et tout au plus une distance de 4 cm.
13. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
les haut-parleurs individuels du premier et du deuxième réseau superficiel partiel
(13a, 13b) sont disposés si proches l'un de l'autre que les bords de haut-parleurs
individuels adjacents soient distants l'un de l'autre de moins de 3 mm ou se touchent.
14. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
le premier et le deuxième réseau superficiel partiel (13a, 13b) présentent, chacun,
deux rangées adjacentes de haut-parleurs individuels, et dans lequel l'autre réseau
linéaire (13e) présente une seule rangée de haut-parleurs individuels, dans lequel
un nombre de haut-parleurs individuels par rangée est identique pour toutes les rangées
et tous les réseaux.
15. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
le boîtier est dimensionné de sorte qu'il présente un volume qui est égal à un volume
minimum requis par un haut-parleur individuel du premier et du deuxième réseau superficiel
partiel (13a, 13b) multiplié par le nombre total des haut-parleurs individuels du
premier et du deuxième réseau superficiel partiel (13a, 13b).
16. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
une profondeur du boîtier plat est inférieure à 1/10 du côté le plus court d'une paroi
avant ou d'une paroi arrière du boîtier.
17. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
est prévu, pour chacun parmi le signal passe-haut et/ou le signal passe-bas un égaliseur
(18a, 18b).
18. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
le boîtier présente une séparation continue (19a, 19b) pour créer pour le premier
réseau superficiel partiel (13a) un premier volume de boîtier et pour créer pour le
deuxième réseau superficiel partiel (13b) un deuxième volume de boîtier, où le premier
volume de boîtier et le deuxième volume de boîtier sont séparés l'un de l'autre par
la séparation (19a, 19b).
19. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'autre réseau linéaire (13e) est en retrait par rapport aux haut-parleurs individuels
dans le boîtier ou présente, devant la surface active, un moyen de guide d'ondes.
20. Système de reproduction de son selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
un ou plusieurs haut-parleurs individuels de l'autre réseau linéaire (13e) sont disposés
inclinés par rapport aux haut-parleurs individuels du premier ou du deuxième réseau
superficiel partiel (13a, 13b) de sorte qu'une normale de surface à une face active
d'un haut-parleur individuel de l'autre réseau linéaire (13e) diffère d'une normale
de surface à une face active d'un haut-parleur individuel du premier ou du deuxième
réseau superficiel partiel (13a, 13b).
21. Système de reproduction de son selon la revendication 1, dans lequel les haut-parleurs
individuels de l'autre réseau linéaire (13e) sont activés de manière retardée de 0,17
ms par rapport au premier et au deuxième réseau superficiel partiel (13a, 13b).