Kürt (hangszóró)

Horn középtartományú meghajtó, amelyet otthoni audiorendszerben használnak
Hogyan működik a kürt hangszóró

A hangerősítési technológiában a kürt egy olyan hangszórófajta , amelyben egy vagy több meghajtó egy pontosan meghatározott , folyamatosan növekvő keresztmetszetű hangcsatornán keresztül kapcsolódik a környezethez. A cél a hangszóró hullámimpedanciájának hozzáigazítása a környező levegő jellegzetes akusztikus impedanciájához .

Feltételek

Az ebben a cikkben használt kifejezések egyértelmű elkülönítése érdekében a következő nómenklatúrát kell használni:

  • A meghajtó a tényleges hangszóróváz, amely a hangszórók szerkezetébe van beépítve.
  • A kürt a hangcsatorna a nyaki nyílástól (a meghajtón) a szájnyílásig (a külvilágig). A kürtöt geometriai és akusztikai szempontból a kontúrja, vagyis a keresztmetszet területe határozza meg a szarv hossza mentén.
  • A kürt nyaka a kürt kisebb végfelülete, amelyre a meghajtót közvetlenül vagy fázisjavító test segítségével szerelik fel.
  • A kürt szája a kürt nagyobb végfelülete, amely a környezet akusztikus erejét bocsátja ki.
  • A folytonos szög a hangszóró helyétől függ. Különbséget tesznek a teljesen szabad felfüggesztés (4-Pi), a felületre (2-Pi), a fal előtti felületre (Pi) és a sarokba (Pi / 2) történő beépítés között.
  • A ház az a konstrukció, amelybe a meghajtó és a kürt is beépül. Természetesen a ház részei a kürt alkotóelemei is lehetnek. Esetenként a házat használják a vezetőből kisugárzott akusztikus energia egy részének kifelé vezetésére. Felmerül z. B. a basszus reflex doboz és a kürt hangszóró kombinációja. A ház további alkatrészeit, például a csatlakozásokat, a védőéleket, a szállítási vagy szerelési szerelvényeket itt nem tárgyaljuk.
  • A hangszóró vagy a doboz végső soron az egész szerkezet.

Alapok

A basszus kürt mint művészeti tárgy

A hangszóró feladata, hogy a hozzá szállított elektromos energiát a lehető leghatékonyabban továbbítsa a körülötte lévő térbe. Különösen négy követelmény van:

  • nagy hatásfok (a lehető legnagyobb térfogatot kell elérni a szolgáltatott energiából, lásd még a hullámimpedanciát )
  • nagy hűség (a hangot nem szabad torzítani, ha lehetséges)
  • kicsi, ha a hangszórók hordozhatóak. Rögzített installációk esetén (pl. Színházakban, moziban vagy diszkókban) a méret már nem játszik ilyen meghatározó szerepet.
  • a lehető legnagyobb sávszélesség (a használható felső és alsó frekvencia aránya)

Ez a négy követelmény befolyásolja egymást. A kürt kialakításának nehézsége a lehető legjobb kompromisszum megtalálása e követelmények között.

Mivel ebben a cikkben a frekvenciákat és a hozzájuk tartozó hullámhosszakat újra és újra megemlítjük, íme néhány tipikus hang és a hozzájuk tartozó frekvenciák és hullámhosszak (340 m / s hangsebesség alapján):

  • legmagasabb hang a zongorán: 4220 Hz vagy 0,08 m
  • A hangmagasság: 440 Hz vagy 0,77 m
  • A modern basszusgitár legalacsonyabb hangja (alacsony B): 30 Hz vagy 11,33 m
  • legalacsonyabb hang a zongorán: 27,5 Hz vagy 12,36 m
  • Az emberi hallásspektrum alsó határa: 16 Hz vagy 21,25 m

A közvetlen sugárzó hangszórónak, azaz a hangszóró házának, például terelőlemezben, minden más akusztikus radiátorhoz hasonlóan akusztikai impedanciája van, amely elsősorban geometriájától (különösen átmérőjétől), valamint a környezeti levegő fajlagos sűrűségétől és összenyomhatóságától függ. Ha az átvitelre kerülő jel hullámhossza meghaladja a kör alakú sugárzó kerületét, olyan eltérés következik be, amely jelentősen csökkenti az elektroakusztikus átalakító hatékonyságát. Az egyik megoldás az átmérő jelentős növelése lenne. Ezt azonban rendszeresen kizárják, mivel a hangszóró nagyon nagy membránja fázissal elforgatott részleges rezgéseket generál. Ezenkívül konstruktív okok is gyakran szólnak ellene.

Különösen nagy hangosbeszélő rendszerek esetén kívánatos a hangenergiát oda irányítani, ahol arra szükség van; másrészről kerülni kell más területek hanggal történő takarását. Tehát a hangot irányítani kell. Ennek legegyszerűbb módja, ha a radiátornak (vagyis mindig a hangszóró aktív részének, azaz a megfelelő fázisban rezegő membránrészeknek) a mérete nagyobb vagy nagyobb, mint a legnagyobb átvitt hullámhossz. Nagyon alacsony frekvenciákon ez csak hangvezető (pl. Kürt) vagy hangszóró tömbök segítségével lehetséges.

Szarvak, mint hangerősítő

Összecsukott kürt hangszórók, amelyeket hangosbeszélő rendszerekben használnak
Összecsukott kürt hangszórók

A kürtre, mint hangerősítőre jellemző, hogy egy hanggenerátor van csatlakoztatva egy eszköz kicsi végéhez, amely a legtágabb értelemben tölcsérszerű, és amelynek átmérője folyamatosan növekszik egyik végétől a másikig, amelynek hangjai a kürt kötegelve és sugározva. Ez a kürtelv nem a modern idők találmánya. Már az ókorban is az állatszarvak különleges formáját alkalmazták (például a Közel-Keleten használt sófárt ) annak érdekében, hogy a lehető leghangosabb jeleket tudják előállítani. További példák a kürt elvének a hangszóró technológián kívül történő alkalmazására:

Az akusztikus kürt működési elve az akusztikus impedancia transzformátor működése. Nagyjából leegyszerűsítve azt lehet mondani, hogy a kürt megnöveli a nyak (általában a vezetőé) felületét a száj felszínén. A terület növekedésével a hangszóró akusztikus impedanciája lényegesen jobban alkalmazkodik a környező közegéhez, ami más hatások mellett jelentősen javított hatékonyságot eredményez. Az elv fordítva is alkalmazható:

Alapvetően a cikk megfontolásai az úgynevezett "előretöltött kürtökre" vonatkoznak, amelyeknél a vezetőmembrán egyik oldala a kürtön működik (a másik egy zárt dobozban), vagyis a hangot kizárólag a kürtön keresztül bocsátják ki. A PA és a zenészek területén, vagy a szélessávú meghajtókkal azonban "visszaterhelt kürtök" is épülnek, ahol a membrán egyik oldala szabadon sugárzik magasabb frekvenciatartományba. A közvetlenül és a kürtön keresztül kibocsátott hangkomponensek közötti interferenciák és futásidejű effektek azonban alig számolható törlésekhez és túlzásokhoz vezetnek. Ideális esetben a kürt olyan terhelést jelent a meghajtóra az alacsony frekvenciájú tartományban, hogy a membrán gyakorlatilag már nem hajt végre mélyhangokat, vagyis nem közvetlenül bocsát ki. (A magas frekvenciájú komponenseket néha zümmögő kúp bocsátja ki.) A mechanikus aluláteresztő szűrő (előszoba) csillapítja a magasabb frekvenciájú alkatrészek szarvba történő táplálását, ahogyan a kürt gyakran részben csillapító anyaggal van megtöltve. A Thiele és a Small szerint a hangszóró adatai magasabb frekvenciákon is szintcsökkenést okoznak.

Az alsó határfrekvenciát a nyitási funkció lendülete (az exponenciális kürt esetében a kürt állandója), és nagyon fontos értelemben a szájnyílás területe is meghatározza. A 4-pi helyiségben megszólaló kürt (ingyenes telepítés, szomszédos falak nélkül, bármilyen jelentős távolságra van szükség) olyan szájnyílásra van szükség, amelynek kerülete megfelel a legkisebb átadandó hullámhossznak. A kisebb szilárd szögek lehetővé teszik a szájnyílás azonos mértékű csökkentését, ami egy sarokba történő beépítéskor 1/8-ra csökkenti a szükséges szájnyílást (amint azt a Klipschorn lenyűgözően és sikeresen bizonyítja). A gyakorlatilag megvalósított szarvakat - főleg az alacsony frekvenciatartományban - gyakran egyértelműen túl kicsi szájnyílásokkal készítik, ami drasztikusan csökkenti a méretet, ugyanakkor arányos hátrányokkal jár a frekvencia-válasz hullámosságában és az impulzus-viselkedés drasztikus romlásában. Számos "kürt" alaposabb átvizsgálás és újraszámítás után távvezeték- doboznak bizonyul - minden előnyükkel és hátrányukkal együtt. Azáltal, hogy ugyanazokat a kürtöket külön-külön túl kicsi szájnyílásokkal rendezzük el tömbökben (mint a nagy koncertekből ismert), ezeket a problémákat sikeresen kiküszöböljük, miközben a moduláris kürtöt továbbra is könnyen szállíthatjuk.

Komolyan, ezért az építkezést a szájnyílásból kezdik; Ezután a teljes hangszóró hossza vagy teljes hangereje a nyak területéből és a nyitási funkció lendületéből adódik. I. E. minél nagyobb a nyak területe, a membrán területének növelésével, több meghajtó alkalmazásával vagy a membrán terület és a nyak nyílásának arányának csökkentésével, annál rövidebb lesz a kürt. Szélsőséges esetben van olyan hangszóró, amelynek kerülete a legkisebb továbbítandó frekvencia, a kürt hossza nulla.

Éppen ezért a basszusszarvakat úgynevezett összecsukható szarvakként építik, azaz. H. A kürt tengelye, amely elméletileg egyenes, egy vagy többször 90 ° -kal vagy 180 ° -kal meghajlik annak érdekében, hogy optimálisan kihasználja a (például) téglalap alakú ház térfogatát. Ha a házban nincsenek állóhullámok , nincs negatív hatás a frekvenciaválasz linearitására; Bruce Edgar szerint ez még a torzítási tényezőt is javítja a harmonikusok csillapításával. A felső határ gyakoriságára azonban negatív hatás várható. Meg kell azonban jegyezni, hogy a kivitelezés során nagy figyelmet fordítanak a mechanikai stabilitásra, mivel a nagy váltakozó nyomás (különösen egy összecsukható kürt közbenső falainál, amelyekre ellentétes fázisban lehet hatni!) Megerőlteti a szerkezetet.

előnyei

A kürt és a vezető összekapcsolásával a sugárzási ellenállás frekvenciája korábban nő, mintha ugyanaz a vezető sugározna. A sugárzási impedancia végső értéke azonban mindkét esetben ugyanaz, és csak a meghajtó membránátmérőjétől függ. A vezető (nagyfrekvenciás) teljes adaptációja esetén a kürt hozzáadása nem eredményez nagyobb hatékonyságot. Ezzel ellentétben a kürt működésének nincs értelme a szabad meghajtó beállítási frekvenciáján túl. Egy adott membránátmérőnél ez korlátozza a kürt hasznos felső frekvenciáját.

Mindazonáltal sok szarvnak kiváló hatékonysága van, amely egyértelműen meghaladja az összes többi fogalmat (zárt doboz: 0,1–2%, szarv legfeljebb 50%). Bizonyos alacsony hatásfokú vagy alacsony teljesítményű erősítőelvek (pl. A osztályú erősítők, szintén elektroncsövekkel ) csak kürtös hangszórókkal működtethetők ésszerűen.

Szélessávú kürt üzemmódban (kb. Egy évtized alatt) ez a nyereség csak sokkal hatékonyabb meghajtók használatával lehetséges, mint az ingyenes radiátoroknál szokásos. Ez egyrészt azért lehetséges, mert a kürtben lévő vezetőmembrán sokkal nagyobb terhelésnek van kitéve, és ezért sokkal kevésbé térül meg. A légrés tehát nagyon kis felülettel megtervezhető, így a mágneses mező erősen koncentrált. Ez önmagában nem elegendő, másrészt a tipikus kürtmeghajtóval a ferritek helyett jobb minőségű alnico vagy neodímium mágneseket használnak. A tipikus kürtmeghajtó így 100 dB vagy annál nagyobb jellegzetes hangnyomást ér el szabad adaptációval. Ilyen módon a kürt csak az alkalmazkodási határ mélyebbre tolását szolgálja, így a munkát alkalmazkodva, széles alacsonyabb frekvenciatartományban végzik. Ezzel szemben egy átlagos kürtös sofőr csalódást okoz, magas hatékonyságot csak egy keskeny sávban lehet elérni, jóval a szabad alkalmazkodás alatt (orrjellemző), ha szélessávú sugárzást próbál elérni, akkor a hatékonyság szintje közel lesz a szabad sugárzási értékekhez.

A vezető membrán alacsonyabb lehajlása miatt a kürt rendszer alacsonyabb nemlineáris torzításokat okoz, és ami még fontosabb, lényegesen kisebb intermodulációs torzulásokat okoz. Rendszerhez kapcsolódó irányultságuk meghatározó szerepet játszik, különösen ott, ahol a hanggal külön foglalkozni kell (távoli dobás) és / vagy ahol bizonyos területeket nem szabad kitenni vagy csak korlátozott mértékben. A kürtös hangszórók nélkülözhetetlenek nagy területek (stadionok) vagy hangerő (csarnokok) professzionális lefedettségéhez.

hátrány

Kürt hangszóró, berlini rádiókiállítás 1929-ben

A kürtös hangszórók, a frekvenciatartománytól függetlenül, bonyolultak és fejlesztésük és gyártásuk általában költséges. Különösen az alacsony frekvenciájú szarvak vagy rendkívül nagyok (pl. 3 m hosszúak, 10 m² szájterülettel), vagy a szoba falát vagy sarkát igénylik kiterjesztett hangvezetőként, amely lehetővé teszi a szükséges méretek csökkentését (lásd fent a szögletes szög alatt). . Ez azonban korlátozza a hely megválasztását, és problémákat okozhat a szobamódokkal .

A megnövekedett akusztikus kapcsolás és az aktív akusztikai teljesítmény megnövekedett sugárzása a megnövekedett sugárzási ellenállás következtében fordítva is működik (kölcsönösen): A helyiség rezonanciái erősen befolyásolják a kürt vezetőjét, míg a közvetlenül sugárzó alvázat gyakorlatilag nem befolyásolja a helyiség, hogy elektromos vagy mechanikus méréseket akár rajtuk is el lehessen végezni abszorbens kamra nélkül és a szabad terepbe való kitérés nélkül .

Bármilyen hangvezérlés lehetővé teszi az állóhullámokat és ezáltal a rezonanciákat. Az ilyen rezonanciák gyakran szarvakban figyelhetők meg, és ezeket nagyon nehéz elkerülni, különösen a nagy frekvenciatartományban. Ezért épültek úgynevezett többsejtű szarvak. Ennek ellenére közvetlen radiátorokkal általában lényegesen kevesebb rezonancia figyelhető meg.

A szarvak akusztikus felüljárót alkotnak z-vel. T. rendkívül meredek hangnyomásesés. Ennek a csökkenésnek a csoport késleltetési hatása jóval erősebb, mint a közvetlen kibocsátóké.

Az alsó határértéknél a membrán akusztikai terhelése jelentősen csökken. Különösen a kürt működésére optimalizált meghajtók mechanikusan tönkremehetnek ezen a frekvencián. Az ilyen kürtmeghajtókat soha nem szabad kürt nélkül üzemeltetni, még tesztelési célokra sem. Az erősítők bekapcsolásakor, túlterhelés esetén vagy hibák miatt alacsony frekvenciájú vagy akár állandó komponensű jelek lehetnek jelen a meghajtó csatlakozóin (pattogások vagy kattanások). Ezért általában elkerülhetetlen az elektromos felüláteresztő szűrő (legalább egy kondenzátor sorozatban) és a meredek elektronikus felüláteresztő szűrő, minden negatív hatással a csoport késésére.

Az alváz vagy a vezető torzulása nem csak a membrán elhajlásától függ, még a legkisebb behajlások esetén is mindig marad maradék torzítás. Különösen az erős összenyomású nagynyomású kürtök (nyomókamra) további torzulásokkal járnak a nemlineáris légtömörítés és a vezetőmembrán nemlineáris deformációi miatt.

A kürt a nyak kis területét a száj nagy területévé alakítja. A szájnál ugyanaz a helyzet, mintha ugyanolyan méretű közvetlen radiátort használnánk, amelynek membránjának a szarv száján a hullámfront alakja van. A kürt szájához képest kicsi hullámhosszakon kötegelt jelenségek fordulnak elő, amelyek alacsonyabb frekvenciákon gömbsugárzássá válnak. Ez tovább szűkíti a használható frekvenciatartományt. Ezek a körülmények nagyrészt függetlenek a kürt kontúrjától. B. az úgynevezett gömbös szarvakkal is. Azonban gyakran félreértik, hogy a szájüregben lévő ilyen szarvak a tényleges gömbhullám (vagyis a hullámhosszhoz képest nagyon kicsi radiátor) helyzetét reprodukálják annak irányfüggetlen jellemzőjével. Nem ez a helyzet.

Tehát a kürt használatával számos probléma merül fel. Másrészt a jó közvetlen sugárzók elégségesek a normális lakóterekben, és képesek még halláskárosító hangszintet is létrehozni. Ezek olyan alvázak, amelyek erős (és ezért valamivel drágább mágneseiknek) köszönhetően 96 dB SPL referenciaszintet generálnak, 1 wattos bemeneti teljesítménnyel egy méter távolságban. Természetesen igaz, hogy a tipikus termékek hatékonysága nagyon gyenge, csak a 86 dB-es SPL-hez képest, mégpedig ennek csak a tizede! Megfelelő kialakítással, különösen az alacsony frekvenciájú tartományban (több útvonal), a struktúrák nem túl nagyok (<0,5 m³), ​​amelyek nagyon alacsony frekvenciákig (<20 Hz) játszanak le anélkül, hogy bosszantóan csilingelnének. Ezenkívül párhuzamos elrendezések (csoportok) révén javítható a sugárzási ellenállás és egyúttal a közvetlen radiátorok szintstabilitása. Ezt korlátozza az a tény, hogy a korábban összegyűlt jelenségek nagyobb átfogó dimenziókkal (de ez vonatkozik a szarvakra is). A szarvak kötelező műszaki igazolása valamivel nagyobb helyiségekben (kicsi csarnokokban) merül fel, elsősorban a magassugárzókkal, amelyek a kis vezető membrán tömegének és a kis átmérőnek a szerkezeti követelményei miatt alig képesek elnyelni 10 wattnál nagyobb áramveszteséget ( akkor is, ha mindig jelentősen nagyobb számokat adunk meg), és így korlátozza a rendszert, vagy akár kudarcot is okozhat ilyen helyzetekben. Egy tipikus kürt nélküli magassugárzó ezért csak 100 dB SPL folyamatos zajszintet képes elérni, de a magassugárzó magassága 115 dB körül van. Ez meghaladja a hangnyomás 5,5-szeresét ( L = 20 · log (5,65) dB = 15 dB), ezért egyértelműen érzékelhető. Minél nagyobb a terem, amelyet el kell fedni a hanggal (a szabadtéri helyzetig), annál inkább az alacsonyabb frekvenciájú alvázakat kell szarvakkal ellátni ugyanezzel az érveléssel. Ezen kívül a szabadban az irányjellemzőt kell használnia ahhoz, hogy egyáltalán elérje a szükséges hangszintet. Ezért az egyiket 20 vagy annál több szarvú teljes elem kombinálására kényszerítik, előnyben részesítve a függőleges tornyokat vagy halmokat. Megfigyelhető azonban, hogy a legalacsonyabb frekvenciákon még mindig közvetlen radiátorokat használnak kompakt méreteik miatt, még a szabadban is, gyakran tömegesen párhuzamosan, pl. B. 40 vagy 80 alváz 18 hüvelyk átmérővel. Ilyen nagyszámú radiátor iránytulajdonságát elektronikus késleltető áramkörökkel is lehet alakítani annak érdekében, hogy javítsák a kívánt területen a hangnyomást és minimalizálják a sugárzást a nem kívánt területeken. Ez analóg módon működik a mikrofonok nyolcaddal vagy kardioiddal.

Kürt típusok

Hiperbarikus hangszóró

A különféle szarvak közötti fő különbség a geometriájuk, azaz. H. a kürt átmérőjének növelésével a toroktól a szájnyílásig. A kürt alsó határfrekvenciájának meghatározó jellemzője a szájnyílás mérete. Minden ilyen formák alapvetően egy közelítés , hogy megoldja a parciális differenciálegyenlet a hangterjedési mellett ismert peremfeltételek . A hullámegyenlet hatékonyan egydimenziós problémává redukálódik. Minden analitikai megközelítésben a kürt gyakorlatilag véges hossza továbbra is nyitott probléma marad, ezért a hangkibocsátásnak a kürtölcsérből a környező térbe történő átmenetét eseti módon kell feltételezni.

Exponenciális kürt

A legrégebbi és legelterjedtebb kürtípus az exponenciális kürt. A kürt keresztmetszete a nyaktól a szájig az exponenciális függvény szerint bővül:

Val vel

= A kürt szájkeresztmetszete
= A kürt nyakának keresztmetszete
= Euler száma
= Tölcsér hossza
mivel a tölcsérállandó a függvényből adódik , ahol a kürt kívánt alsó határfrekvenciáját és a hangsebességet jelöli.

Sok klasszikus kürt hangszóró használja ezt a módszert. Az exponenciális kürt feltételezi, hogy a hang síkhullámként terjed a szarvban, és így leválik a kürt szájáról.

Gömbhullámú kürt

A gömbhullám szarvának kontúrja egy traktrix , ami azt jelenti, hogy a tervezés során gömb alakú hullám alakot vesznek fel. Ez azt az elképzelést követi, hogy a hullámformának mindig merőlegesnek kell lennie a kürt falaira.

Kúpos kürt

A kúpos kürt szarvnyakánál fellépő akusztikai impedancia, amely nagyrészt arányos a kürt alsó frekvenciatartományának frekvenciaválaszával, korai csökkenést mutat az alacsonyabb frekvenciák felé. Az összehasonlítandó kúpos kürt kiválasztott geometriájától függően, amelynek hossza, nyaka és szája átmérője megegyezik, valamint az exponenciális kürt kiválasztott geometriájától függően a kúpos kürt alsó határfrekvenciája legalább két oktávval magasabb az exponenciális kürténél. Az alacsonyabb frekvenciatartományban a hullámzás azonban lényegesen kisebb.

Más kürt kontúrok vagy a keresztmetszeti területek meghatározására vonatkozó szabályok vagy kevésbé kedvező impedancia-adaptációkat vagy sokkal hullámosabb frekvencia-reakciót eredményeznek.

irodalom

  • Götz Schwamkrug, R. Römer: Hangszórói költészet és igazság. 3. kiadás, Elektor-Verlag, Aachen, 1989, ISBN 3-921608-83-X
  • Wolfgang-Josef Tenbusch: A hangszórók alapjai. 1. kiadás, Michael E. Brieden Verlag, Oberhausen, 1989, ISBN 3-9801851-0-9
  • Berndt Stark: Hangszóró kézikönyv. 7. kiadás, Richard Pflaum Verlag GmbH & Co. KG, München, 1999, ISBN 3-7905-0807-1
  • Michael Dickreiter, Volker Dittel, Wolfgang Hoeg, Martin Wöhr (szerk.): Handbuch der Tonstudiotechnik , 8., átdolgozott és kibővített kiadás, 2 kötet. Walter de Gruyter, Berlin 2014, ISBN 978-3-11-028978-7
  • Michael Ebner: A PA technológia kézikönyve. 1. kiadás, Elektor-Verlag, Aachen, 2002, ISBN 3-89576-114-1
  • R. Beckmann: A PA technológia kézikönyve, alapkomponens-gyakorlat. 2. kiadás, Elektor-Verlag, Aachen, 1990, ISBN 3-921608-66-X

internetes linkek

Commons : Horn Speakers  - Képek, videók és audio fájlok gyűjteménye