DE3116307A1

DE3116307A1 - "lautsprechertrichter"

Info

Publication number: DE3116307A1
Application number: DE19813116307
Authority: DE
Inventors: D. Broadus Camarillo Calif. Keele jun.
Original assignee: James B Lansing Sound Inc
Current assignee: Harman Professional Inc
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-03-18
Also published as: NL184393C; CA1146084A; JPS573495A; FR2482402A1; NL8101179A; GB2075809B; US4308932A; BE888217A; DE3116307C2; FR2482402B1; IT1194032B; JPS6228919B2; GB2075809A; IT8120263A0

Description

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James B. Lansing Sound, Inc./ 8500 Balboa Boulevard, Northridge, CaIi fo mi en, U. S. A.

Lautsprechertrichter

Die Erfindung betrifft einen Lautsprechertrichter und bezieht sich insbesondere auf Lautsprechertrichter mit außen geneigten Seitenwänden .und einer im wesentlichen rechteckigen Trichteröffnung.

Lautsprecher dieser Bauweise dienen zur Schaffung einer akustischen Ausgangsleistung konstanter Richtwirkung und Bandbreite - als Funktion der Frequenz und zur Schaffung einer konstanten akustischen Belastung für den Antrieb. Es ist jedoch bekannt, daß ein Lautsprechertrichter nur eine gerichtete Steuerung bis hinunter zu den Frequenzen bieten kann, bei denen die Wellenlängen der Lautsprecheröffnungsgröße vergleichbar sind. Weiter hat es sich bei vielen bekannten Formen herausgestellt, daß es schwierig ist, eine gerichtete Steuerung bei höheren Frequenzen in Folge der Verengung der Mittelbereichs- und hohen Frequenzen, der polaren Schleifenbildung oder anderer Schwierigkeiten zu erhalten.

Eine frühere bekannte Lautsprechertrichterkonstruktion ist der konische Trichter, wie er z. B. bei früheren Tonaufζeichnern oder Plattenspielern gefunden wird. Ein derartig konischer Trichter bietet'jedoch bei niedrigen Frequenzen eine geringe Leistung als auch eine Veränderung des mittleren Frequenzbereichs und andere Nachteile. Ein anderer bekannter Lautsprechertrichter ist der Radial-Sektortrichter, der ebenfalls eine Verengung des mittleren Bereichs der Bandbreite und Schleifenbildung aufweist, obwohl seine Leistung im unteren Frequenzbereich verbessert ist. Ein weiterer Lautsprechertrichter ist in der US-PS 2 537 141 beschrieben, die einen Vielzellenradial-Sektortrichter beschreibt. Diese Konstruktion weist jedoch ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile auf.

Weiter ist aus'der US-PS 4 071 112 ein Lautsprechertrichter bekannt. Dieser Lautsprechertrichter verwendet einen Trichterabschnitt, der eine exponential zunehmende Fläche aufweist, die mit dem öffηungsabschnitt verbunden ist, der eine konisch zunehmende Fläche aufweist. Durch Vorsehen einer zusätzlichen Neigung bzw. Bauchung an der Trichteröffnung wird das Problem der Einengung des mittleren Bereichs vermindert; somit wird die Bandbreite(der eingeschlossene Winkel zwischen Minus 6db Punkten in einen Polardiagramm)verbessert. Andere Eigenschaften des Trichters können noch weiter verbessert werden.

Ein weiterer Versuch, den idealen Lautsprechertrichter herzustellen, wird in der US-PS 4 187 926 beschrieben, wobei im wesentlichen der gleiche Versuch unternommen wird, der in der US-PS 4 071 112 beschrieben ist. Die in der US-PS 4 187 926 beschriebene Ausführungsform verwendet ein erstes Paar Seitenwände, die sich von dem Antrieb zur Trichter-

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öffnung in einem vorbestimmten Winkel erstrecken und ein weiteres Paar Seitenwände, die an der Trichteröffnung parallel sind und sich dann neigen.bzw. bauchen, um einen Glockenabschnitt an einem zweiten bestimmten Winkel auszubilden. Die zwei Paar Seitenwände sind an der Trichteröffnung miteinander verbunden. Diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß eine zu niedrige Leistung im niedrigen Frequenzbereich und eine nicht gleichförmige Klangverteilung bei einigen Frequenzen gegeben ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Lautsprechertrichter der eingangs genannten Art zu :; schaffen, der eine im wesentliche frequenzkonstante Riehtcharakteristik aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1,5 und gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung werden die Nachteile der oben beschriebenen bekannten Lautsprechertrichterkonstruktionen behoben. Erfindungsgemäß besteht der Trichter aus einem Paar vertikalen Seitenwänden und einem Paar horizontalen Seitenwänden, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, wobei ein Paar mittels einer Rotationsfläche gebildet wird.'Die Krümmung der Rotationsfläche und die Profillinie des verbleibenden Paares Seitenwänden wird mittels einer Potenzreihenformel definiert, die Faktoren enthält, die von dem gewünschten Verteilungswinkel, der unteren Frequenzgrenze, dem.Trichteröffnungsdurchmesser und dem Grad der Neigung bzw. Bauchung bestimmt werden. Da der vertikale

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Verteilerwinkel und die anderen Eigenschaften sich von den horizontalen Eigenschaften unterscheiden können, werden die Krümmung der vertikalen Seitenwände von den horizontalen Seitenwänden getrennt bestimmt.

Wenn einmal die oben aufgezeigten Eigenschaften ausgewählt sind, werden die anderen Abmessungen des Lautsprechertrichters berechnet. Somit werden der eingeschlossene Trichteröffnungswinkel, die Trichterlänge und die Trichteröffnungsbreite berechnet und verwendet, um die Faktoren für die Potenzreihenfοrmel zu liefern. Dieser Vorgang wird für das zweite Paar Seitenwände wiederholt, wobei Geometrie und Faktoren verwendet werden, die für den gewünschten Verbreiterungswinkel in der zweiten Ebene geeignet sind. Die zwei Paar Seitenwände werden dann an der öffnung deckungsgleich miteinander verbunden, wobei der mittels eines der Paar Seitenwände gebildete Spalt mit dem Trichterende mittels eines Verbindungsabschnitts verbunden wird.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Lautsprechertrichters ;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Profils

einer Seitenwandprofillinie zusammen mit den notwendigen Abmessungen für eine Bestimmung der notwendigen Faktoren für die Potenzreihengleichung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Profils

der beiden Seitenwändenpaare des Trichters , wobei eines der Seitenwändepaarezur leichteren Darstellung um 90° gedreht wurde;

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Fig. 4a bis c Polardiagramme zur Darstellung der Richtcharakteristiken des Lautsprechertrichters bei Bezugsfrequenzen.

In Fig. 1 ist ein Lautsprechertrichter 10 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Ein üblicher Antrieb 12 ist an den Trichter 10 am Trichterende 14 befestigt. Der Trichter 10 umfaßt ein Paar weichgekrümmter horizontaler Seitenwände 16a,b und ein Paar weichgekrümmter vertikaler Seitenwände 18a,b auf, die an einer Trichteröffnung 20 verbunden sind. Die Trichteröffnung 20 ist in dem dargestellten Beispiel quadratisch; die Trichteröffnung in anderen Ausführungsformen ist im wesentlichen rechteckig, wobei der umfang der Trichteröffnung mittels der ausgewählten Bandbreite und den Niederfrequenzbegrenzungen bestimmt wird. Da der Neigungswinkel der horizontalen Seitenwände 16a, b größer als der der vertikalen Seitenwände 18a,b ist, wird an der Rückseite der horizontalen Seitenwände ein Spalt 22 ausgebildet, der mit dem Trichterende 14 mittels eines Verbindungsabschnitts 24 verbunden ist, der mittels eines weiteren Paares Seitenwände 26a, b ausgebildet ist.

In Fig. 2 ist die Profillinie eines Paares Seitenwände beispielsweise der Seitenwände 16a, b, von Fig. 1, schematisch zusammen mit den notwendigen Abmessungen, die für die Auswahl der Konstanten der Potenzreihen

y = a + bx + cxⁿ, (Gleichung 1)

notwendig sind, dargestellt, wobei die Gleichung 1 die Krümmung der Seitenwände darstellt, wie dies im folgenden beschrieben wird.

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Der Faktor, der zuerst ausgewählt werden muß, ist der gewünschte Überdeckungswinkel oder die Bandbreite B. Obwohl ein weiter Bereich der Überdeckungswinkel annehmbar ist, sind typische horizontale und vertikale Überdeckungswinkel 40°x 20°, 60°x 40°, und 90°x 40°. Ebenfalls muß die Niedrigfrequenzbegrenzung in Hertz, F, ausgewählt werden. Derartige Niedrigfrequenzbegrenzungen liegen gewöhnlich in der Größenordnung von 400 Hz. Weiter muß der gewünschte Trichteröffnungsdurchmesser G ausgewählt werden. Schließlich wird der exponentiale Neigungsfaktor η in der Weise ausgewählt, wie sie im folgenden beschrieben wird.

Wenn einmal die oben beschriebenen Faktoren ausgewählt sind, können die anderen Abmessungen des Trichters berechnet werden. Der von der Trichteröffnung eingeschlossene Winkel in Grad A wird von der Bandbreite in Grad B berechnet, wobei er empirisch in der Größenordnung von 9 0% der Bandbreite bestimmt wurde. Somit kann die Beziehung zwischen dem von der Trichteröffnung eingeschlossenen Winkel und der Bandbreite ausgedrückt werden als:

A = 0,9 B.

Weiter muß die gesamte Trichteröffnungsbreite in Metern W berechnet werden. Die Trichteröffnungsbreite,bezogen auf den eingeschlossenen Winkel der Trichteröffnung und die Niedrigfrequenzbegrenzung,wurde von einer empirisch gefundenen Beziehung abgeleitet, die wie folgt lautet:

^W " A,F

wobei Keine Konstante ist, die empirisch als in der: Großen-

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Ordnung von 2500Q3m-Grad-Hz bestimmt wurde. Es ist ebenfalls notwendig die Triehteröffnungsabmessung (in Metern) für die geraden Seitenwände , W, zusätzlich zur Trichteröffnungsbreite W, zu bestimmen. Es wurde vorher bestimmt, daß eine bevorzugte Beziehung lautet:

W = ^W

1,5'

wobei diese Beziehung empirisch zur Optimierung der Oberdeckungscharakteristiken des Trichters gefunden wurde. Wenn einmal die Trichteröffnungsabmessung W' bekannt ist, kann die Trichterlänge L entsprechend folgender Gleichung bestimmt werden:

_{L =}

Tan (A/2)

wobei D der Abstand von der Rückseite des Trichters bis zum Schnittpunkt der den eingeschlossenen Winkel A bildenden Linien ist.

Wenn einmal die oben beschriebenen Berechnungen vollendet sind, können die Konstanten a , d und e für die Potenzreihen der Gleichung (1) bestimmt werden. Der Paktor a ist die Hälfte der Höhe des Trichterendes , oder

a =■ G/2.

Ähnlich wird der Faktor b von dem von dem Trichterende eingeschlossenen Winkel bestimmt als

b = tan (A/2).

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— Ί -J —

Da die oben angegebenen Potenzreihen zum Ergebnis haben, daß y gleich W/2 ist, wenn X gleich L ist, kann der Faktor W aus der Gleichung

W/2-b'L-a
^C= L^h

berechnet werden.

Dies ergibt alle Faktoren der Potenzreihen.· Es wurde festgestellt, daß der Neigungsfaktor n, vorzugsweise in den Bereichjvon 4 bis 6 fällt. Vorzugsweise,jedoch nicht notwendigerweise , werden größ'ere Werte" von η größeren Überdeckungswinkeln B zugeordnet und kleinere Werte von η kleineren Überdeckungswinkeln zugeordnet.

Wenn einmal die Konstanten für die oben angegebene Potenzreihengleichung für das erste Paar Seitenwände berechnet wurden,wird das gleiche Verfahren verwendet, um die Konstanten a, b und c für das verbleibende Paar Seitenwände zu bestimmen. Es ist festzustellen, daß die von den zwei Potenzreihen sich ergebenden Profillinien sich weich neigen und kontinuierlich von dem Ende des Trichtes jedes Sei tenwandpaares zur Trichteröffnung hin divergieren. Da der horizontale Überdeckungswinkel jedoch häufig sich von dem vertikalen Überdeckungswinkel unterscheidet , können sich die Neigungen der zwei Paare Seitenwände wesentlich unterscheiden, wie man dies in Fig. 3 sieht. Fig. 3 stellt schematisch die Krümmung sowohl des Paares vertikaler Seitenwände I8a,b als auch des Paares horizontaler Seitenwände 16a,b dar, wie man dies in einer halbierenden Ebene sieht. Es soll festgestellt werden, daß das Seitenwandpaar I8a,b um die Mittellinie zur leichteren Darstellung um 90° gedreht wurde.

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Auf Grund des Erfordnisses, daß sich die beiden Seitenwandpaare an der öffnung 20 treffen, soll der Spalt 22 der Seitenwände 16a,b nicht mit dem Trichterende 14 der Seitenwände 18a,b konkurrent sein. Für eine derartige Konstruktion ist der Spalt 22 der Seitenwände 16a,b mit dem Trichterende der Seitenwände 18a,b mittels der Seitenwände 26a,b,die einen Kupplungs- oder Verbindungsabschnitt ausbilden, verbunden. Die Fläche des Verbindungsabschnitts erweitert sich in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform von dem Trichterende zum Spalt mit einer exponential zunehmenden Fläche und stellt vorzugsweise allgemein eine monoton von. dem Trichterende zum Spalt hin zunehmende Fläche dar.

Wie bereits festgestellt, bestehen die Seitenwände 16a,b allgemein aus Rotationsflächen, wobei die Krümmung der Rotationsfläche mittels der oben angegebenen Potenzreihenformel bestimmt wird. Zusätzlich wird die Profillinie der Seitenwände 18a,b mittels der oben angegebenen Potenzreihen bestimmt. Die Art und Weise, wie die Oberfläche erzeugt wird, sieht man am besten aus Fig. 3. Wie oben erwähnt, stellt Fig. 3 schematisch die Krümmung der beiden vertikalen Seitenwände 18a,b und der horizontalen Seitenwände 16a, b als auch die Verbindungs abs chnitts ei tenwände 26a,b dar, wenn man in einer Ebene sieht, die jedes Paar der Seitenwände halbiert. Die Seitenwände 16a,b und 26a,b sind zur einfacheren Darstellung in Fig. 3 um 90° gedreht.

Zur Brezeugung der Rotationsfläche wird die Krümmung der Seitenwände I8a,b nach links verlängert, bis ein Schnittpunkt ausgebildet wird. Dieser Punkt, der auf der linken Seite:des Ursprungs liegt, der in in Fig. 2 gezeigt ist, bildet das Rotationsζentrum 28 und der Radius R ist der Abstand vom Rotationsζentrum 28 zu dem Bogen 30. Die

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Seitenwände 16a,b und 26a,b werden dann in ihre ursprüngliche Lage zurückgebracht (um 90° gedreht), und um den Mittelpunkt 28 in einem Kreis mit dem Radius R geschwenkt, um die Rotationsfläche auszubilden. Die Seitenwände 18a,b werden dann der Rotationsfläche überlagert und davon geschnitten. Die Seitenwände 16a,b und 26a,b werden von der Rotationsfläche selbst gebildet. Es ist für den Fachmann verständlich, daß der Verbindungsabschnitt 24 in üblicher Weise so abgeändert wird, daß er ein gewöhnlich kreisförmiges Trichterende 14 mit einem gewöhnlich rechteckigen Spalt 22 über den Abstand vom Trichterende zum Spalt hin verbindet. ,

Ein Beispiel eines so konstruierten Lautsprechertrichters ist in der folgenden Tabelle angegeben, in der sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Profillinien der Seitenwände definiert sind:

Horizontaler Überdeckungs-

. . winkel(A_n) = 80°

Vertikaler Überdeckungswinkel

Trichteröffnungshöhe (W )
Trichteröffnungsbreite (W. ) = Länge (L)

Durchmesser des Trichterendes (G) Spaltbreite =

Vertikaler Ex. (N_v)
'Horizontaler Ex. (N. ) =

Radius = 0 bei χ =

Abstand von Spalt zu Trichteröffnung = Abstand von Trichterende zum
Spalt. = 516 mm

36°	mm	mm
780	mm	mm
780	,1	mm
815	8
48,	0
18,		mm
4,0		mm
5,5	,0
125	,1
299

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Die Pig. 4a, b und c sind Polardiagramme, die die Richtcharakteristiken des Lautsprechertrichters zeigen, wobei die vertikalen Charakteristiken mittels einer ausgezogenen Linie und die horizontalen Charakteristiken mittels einer gestrichelten Linie dargestellt sind. Fig. 4a zeigt derartige Charakteristiken bei 800 Hz; Fig. 4b bei 2,5 kHz; und Fig. 4c bei 12,5 kHz.

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Claims

James B. Lansing Sound,Inc., 8500 Balboa Boulevard, Northridge, Californien, U. S. A.

Lautsprechertrichter

PATENTANSPRÜCHE

Lautsprechertrichter, gekennzeichnet durch

- ein erstes Paar Seitenwände (18a,b) mit einer Profillinie, die mittels einer Gleichung bestimmt wird, die mindestens eine Konstante, ein : lineares Glied und ein exponentielles Glied aufweist,

- ein im wesentlichen 90? zum ersten Paar Seitenwände (18a, b) versetzt angeordnetes , zweites Paar Seitenwände (16a, b), mit einer Profillinie, die mittels einer Gleichung der'gleichen Form, wie für das erste Paar Seitenwände (18a,b) bestimmt wird, wobei das erste und zweite Paar Seitenwände (18a,b;16a,b) an einem Ende im wesentlichen zur Ausbildung einer Trichteröffnung (20) deckungsgleich sind,und wobei das zweite Paar Seitenwände (16a,b) an

seinem anderen Ende einen Spalt (22) ausbildet, und durch

- einen Verbindungsabschnitt (24),der den von dem zweiten Paar Seitenwände (16a,b) gebildeten Spalt (22) mit dem anderen Ende des ersten Paares Seitenwände (18a,b) zur Bildung eines Trichterendes verbindet, das mit einem Antrieb 12 verbindbar ist, wobei das erste Paar Seitenwände (18a,b) mit dem zweiten Paar Seitenwände (16a,b) und dem Verbindungsabschnitt (24) mit weichem übergang verbunden ist.
2. Lautsprechertrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung Ausdrücke umfaßt, die dem Bedeckungswinkel, der Niedrigfrequenzbegrenzung, dem Lautsprechertrichteröffnungsdurchmesser und der Neigung entsprechen.
3. Lautsprechertrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmige Zone des Verbindungsabschnitts (24) sich kontinuierlich von dem Trichterende (14) zu dem Spalt.(22) hin erweitert.
4. Lautsprechertrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Paktor, der der Neigung entspricht, im Bereich von 4 bis 6 liegt.
5. Lautsprechertrichter, gekennzeichnet durch ein erstes und zweites Paar Seitenwände (18a,b;16a,b), dessen Profillinien von der Gleichung

γ = a + bx + ex¹¹

bestimmt werden, wobei a, b, c und η Konstanten mit einem Wert ungleich Null sind, wobei das erste Paar Seitenwände

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^:·31Ί6307

(I8a,b) einen ersten Satz Konstanten und das zweite Paar Seitenwände (16a,b) einen zweiten Satz Konstanten aufweist, und ein Ende des Paares Seitenwände (18a,b) mit einem Ende des zweiten Paares Seitenwände (16a,b) zur Ausbildung einer rechteckigen Trichteröffnung (20) verbunden ist, und wobei das andere Ende des ersten Paares Seitenwände (I8a,b) mit dem anderen Ende des zweiten Paares Seitenwände (16a, b) mittels eines Verbindungsabschnitts (24) zur Ausbildung des Trichterendes (14) verbunden sind.
6. Lautsprechertrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ä,±e Konstante a von der Öffnungshöhe bestimmt wird, daß die Konstante b von dem von der öffnung (20) eingeschlossenen Winkel bestimmt wird, daß die Konstante η im Bereich von 4 bis 6 liegt, und daß die Konstante c vom Überdeckungswinkel, der Trichterlänge, der Öffnungshöhe und dem eingeschlossenen Winkel, sowie der Neigungskonstante bestimmt wird.
7. Lautsprechertrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert η zunimmt, wenn der Überdeckungswinkel zunimmt.
8. Lautsprechertrichter, gekennzeichnet durch

- ein erstes Paar Seitenwände (18a,b),deren Profillinie in einer halbierenden Ebene mittels einer Gleichung bestimmt wird, die mindestens eine Konstante, ein lineares Glied und ein Glied .mit einem Exponentialglied aufweist, wobei ein erstes Ende des Paares Seitenwände (18a,b) eine Trichteröffnung (20) und das andere Ende einen Spalt

(22) bildet,

- ein zweites Paar Seitenwände (16a,b), deren Profillinie in einer halbierenden Ebene mittels einer Gleichung

4- ^: '··' ^: '··" ·^:·3Ί 16307

bestimmt wird, die mindestens eine Konstante, ein lineares Glied und ein Glied mit einem Exponentialglied aufweist, wobei ein erstes Ende des Paares Seitenwände (I8a,b) eine Trichteröffnung (20) und das andere Ende einen Spalt ;
(22) bildet, wobei das zweite Paar Seitenwände (16a,b)
im wesentlichen 90° in„bezug zum ersten Paar Seitenwände (18a,b) versetzt angeordnet ist, und die Trichteröffnung (20) des ersten Paares Seitenwände (18a,b) direkt mit
der Trichteröffnung (20) des zweiten Paares (16a,b) verbunden ist, und der Spalt (22) und das Trichterende (14) miteinander verbunden sind.
9. Lautsprechertrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar Seitenwände
(16a,b) als Rotationsfläche der Profillinie erzeugt wird.
10. Lautsprechertrichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (22) mit dem Trichterende (14) mittels eines Verbindungsabschnitts (24) verbunden ist, der eine Querschnittsfläche aufweist, die monoton von dem Trichterende zum Spalt (22) hin zunimmt.
11. . Lautsprechertrichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche vom Trichterende (14) zum Spalt (22) eine exponentiale Zunahme aufweist.
12. Lautsprechertrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung die Form

y = a + bx + cx
aufweist.

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13. Lautsprechertrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung die Form

xn y = a + bx + ce

aufweist.
14. Lautsprechertrichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor η im Bereich von 2 bis 8 liegt.