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Verfahren und Vorrichtung zur Schallwiedergabe mittels mehrerer Sehallstrahler.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schallwiedergabe mittels mehrerer Sehallstrahler.
Zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Wiedergabe über das ganze erforderliche Frequenzgebiet hat man bereits vorgeschlagen, dieses Gebiet in mehrere Teilgebiete aufzuteilen und jedes dieser
Gebiete durch einen oder mehrere Schallstrahler versorgen zu lassen, indem diesen einzeln oder gruppenweise hauptsächlich nur die jedem Teilgebiet entsprechenden Frequenzen zugeführt wurden. Sofern freistrahlende Membranen zu diesem Zwecke verwendet wurden, ist man derart vorgegangen, dass zur Wiedergabe der tiefen Töne eine verhältnismässig grosse Membran, z. B. mit einer Strahlungsfläche, deren Durchmesser etwa 25 cm oder grösser war, benutzt wurde, während zur Wiedergabe der hohen Töne meistens eine grössere Anzahl von kleinen Membranen gewählt wurde mit einer Strahlungsfläche, deren Durchmesser 20 cm oder weniger betrug.
Dies lag anscheinend auch auf der Hand, weil die tiefen Töne durchschnittlich im Verhältnis zu den höheren eine grössere Amplitude aufweisen. Würde zur Wiedergabe der tiefen Töne eine einzige, kleinere Membran verwendet werden, so würde diese erheblich grössere Amplituden als sonst auszuführen haben, was konstruktive Schwierigkeiten mit sich gebracht hätte.
Diese Schwierigkeiten wurden bisher in einfacher Weise dadurch umgangen, dass man für die tiefen Töne eine Membran mit einer Strahlungsfläche verwendete, deren Durchmesser wenigstens etwa 25 cm betrug.
Bei kombinierten Lautsprechern war es auch schon bekannt, dass es vorteilhaft sei, die Resonanz jedes einzelnen Schallstrahlers ausserhalb des von ihm wiederzugebenden Frequenzbereiches zu legen.
Zu diesem Zwecke wurden jedoch Hornlautsprecher benutzt. Man übersah auch den Umstand, dass nicht nur eine, sondern zahlreiche Eigenresonanzen jedes Schallstrahlers berücksichtigt werden müssen, von denen die im Gebiet der tiefen Frequenzen gelegenen weniger stark gedämpft, die im Gebiet der höheren Frequenzen gelegenen jedoch stark gedämpft, mit andern Worten, erheblich abgeflacht sind.
Im folgenden soll unter"erster Resonanz"oder"Grundresonanz"die mechanische Eigenfrequenz verstanden werden, welche der Masse der bewegten Teile des Sehallstrahlers unter der Einwirkung der rückführenden Kraft der Einspannung zukommt. Als "zweite Resonanz" oder "erste Membranresonanz" hingegen soll die Frequenz der tiefsten Eigenschwingung angeführt werden, welche der Membran als solcher, ohne Rücksicht auf die Einspannung, unter Einwirkung ihrer Eigenelastizität zukommt. Die Membran als solche hat je nach Lagerung der Knotenlinien auch noch zahlreiche weitere, bei höheren Frequenzen gelegene Eigenschwingungen. Zu beachten ist ferner, dass die Frequenzwerte der einander entsprechenden Resonanzen geometrisch ähnlicher Membranen etwa umgekehrt proportional den Abmessungen sind.
Auf diesen Voraussetzungen fussend, ist das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäss der Erfindung dadurch besonders gekennzeichnet, dass zur Wiedergabe der tiefen Frequenzen, deren obere Grenze etwa in dem Gebiet zwischen 200 und 500 Hertz liegen soll, mehrere elektrodynamische Sehallstrahler mit konischen oder ähnlichen Membranen vorgesehen werden bzw. sind, deren erste Resonanz (Grundresonanz) etwa unter 50 Hertz liegt und deren zweite Resonanz (erste Membranresonanz), die meistens hinderlich in Erscheinung tritt, oberhalb der höchsten wiederzugebenden Frequenz des zugeordneten Teilgebietes liegt, während zweckmässig zur Wiedergabe der hohen Töne ein oder mehrere Strahler vorgesehen werden bzw. sind, deren stark ausgeprägte Resonanzen (Grundresonanz und z.
B. die erste
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Membranresonanz) unterhalb der genannten oberen Grenze des Teilgebietes für die tiefen Fre- quenzen liegen.
Die erfindungsgemässen Massnahmen führen also zu einer Vorrichtung, bei der das Teilgebiet für die tiefen Frequenzen resonanzfrei wiedergegeben wird, während in dem Teilgebiet für die höheren Frequenzen fast ausschliesslich abgeflachte Membranresonanzen benutzt werden. Es hat sich ergeben, dass hiedurch die eingangs gestellten Bedingungen in zufriedenstellender Weise erfüllt werden können und somit ein erheblicher Fortschritt auf dem Gebiet der Schallwiedergabe erzielt ist. Es ist praktisch nicht angängig, auch das Teilgebiet für die höheren Frequenzen völlig resonanzfrei wiederzugeben, weil die Resonanzen in diesem Gebiet in zu kleiner Entfernung voneinander liegen.
In einer zweckmässigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind zur Wiedergabe der tiefen Frequenzen elektrodynamische Strahler mit einer kegelförmigen oder ähnlich geformten Membran vorgesehen, deren Durchmesser höchstens 20 cm, vorzugsweise aber 15-17 cm beträgt.
Die erste Resonanz der Membran (zweite Lautsprecherresonanz) ist dann leicht so hoch zu legen, dass hiedurch die Wiedergabe im entsprechenden Teilgebiet nicht beeinträchtigt wird. Es hat sich herausgestellt, dass diese Resonanz in einem Gebiet zwischen etwa 200 und 500 Hertz durch geeignete Wahl von Material und Abmessungen der Membran technisch ohne Schwierigkeiten zu erreichen ist. Von den verschiedenen andern Membranresonanzen wird in diesem Falle kein Gebrauch gemacht, da sie ausserhalb des entsprechenden Teilgebietes fallen.
Durch Wahl einer sehr nachgiebigen Aufhängung der Membran mittels an sieh bekannter technischer Mittel ist es überdies möglich, die Grundresonanz unter 15 Hertz, also unter die tiefste wiederzugebende Frequenz des Teilgebietes zu legen. Damit eine genügend grosse, der Wirklichkeit entsprechende Schallintensität erhalten wird, ist es angebracht, mehrere parallel geschaltete Strahler je mit ihrem eigenen AntriebsyFtem zu verwenden und Sorge dafür zu tragen, dass der Antrieb phasengleich erfolgt. Gegen- über den bekannten Anordnungen mit einem einzigen Strahler für die Wiedergabe der tiefen Töne weist also die erfindungsgemässe Vorrichtung das charakteristische Merkmal auf, dass die erforderliche Grösse der Strahlungsfläche auf eine grössere Anzahl kleinerer Flächen verteilt ist, wodurch nicht nur die Qualität, sondern auch der Wirkungsgrad gesteigert wird.
Zweckmässig werden zur Wiedergabe der hohen Frequenzen eine oder mehrere, insbesondere elektrodynamische Strahler mit z. B. kegelförmigen Membranen, vorzugsweise eine kleinere Zahl als die für die Wiedergabe der tiefen Frequenzen benötigten Strahler benutzt, wobei der Durchmesser der ersteren Membranen mindestens 20 cm, z. B. 24 cm, beträgt. Derartige Membranen können leicht derart aufgehängt und hergestellt werden, dass die Grundresonanz des Systems und die erste Membranresonanz und erforderlichenfalls auch einige der darauffolgenden Resonanzen unterhalb etwa 200-500 Hertz zu liegen kommen, während die verschiedenen andern in grosser Anzahl vorhandenen Teilresonanzen oberhalb dieses Gebietes liegen können, so dass sie hauptsächlich die Form der Frequenzcharakteristik in dem zweiten Teilgebiet bestimmen.
Sie tragen daher zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei, sind aber derart abgeflacht, dass sie physiologisch keine störende Wirkung bei der Wiedergabe verursachen.
Die Uberlegung, dass ausser der Grundresonanz und der ersten Membranresonanz zweckmässig auch die zweite Membranresonanz unterhalb der unteren Grenze des zugeordneten Teilgebietes liegen sollen, ist darauf zurückzuführen, dass unter Umständen der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membranresonanz derart gross ist, dass hiedurch ein unerwünschtes, physiologisch bemerkbares Tal in der Frequenzcharakteristik entsteht.
Aus diesem Gesichtspunkt heraus ist es daher meistens zu empfehlen, das zweite Teilgebiet erst bei der zweiten Membranresonanz oder sogar einer der darauffolgenden Resonanzen anfangen zu lassen. Hiefür braucht man eine einzige verhältnismässig grosse Membran mit einem Durchmesser von etwa 24 cm, da, wie oben bereits angegeben, mit zunehmender Grösse der Strahlungsfläche einer Membran die Membranresonanzen nach der Seite der tiefen Frequenzen hin verschoben werden. Für den Fall, dass obige Umstände nicht vorliegen, ist es für das Wesen der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, dass ein einziger Konus für die Wiedergabe der hohen Frequenzen benutzt wird.
Wenn man den sodann weniger störenden Einfluss der ersten Membranresonanzen mit in Kauf nehmen will, können auch mehrere, z. B. zwei oder drei Strahler mit kleinerer Membran benutzt werden. Charakteristisch für das Wesen der Erfindung ist in erster Linie, dass die Wiedergabe der tiefen Frequenzen durch eine grössere Anzahl geeignet gewählter "kleiner" Membranen erfolgt. Obwohl das Gebiet oberhalb etwa 200-500 Hertz durch einen einzigen nach den angegebenen Richtlinien gebauten Schallstrahler, z. B. mit einer kegelförmigen Membran, wiedergegeben werden kann, deren Durchmesser etwa 24 cm ist, ist es in Fällen, in denen man sehr hohe Frequenzen bis zu etwa 10.000 Hertz oder mehr besonders hervorheben will, zu empfehlen, dieses Gebiet auch noch aufzuteilen und für das dritte Gebiet einen besonderen Strahler zu verwenden.
Angesichts der Tatsache, dass die erforderliche Energie zum Antreiben eines derartigen Strahlers im Vergleich zu der für die andern Teilgebiete benötigten Energie gering ist, kann man mit einem entsprechend kleineren Strahler auskommen. Es entsteht dadurch eine bessere Wiedergabe, jedoch keine wesentliche Verteuerung der ganzen Anlage.
Sehr gute Ergebnisse sind erzielt worden mit einer Vorrichtung, bei der die Trennung zwischen tiefen und höheren Frequenzen bei etwa 200 Hertz erfolgt. Es wurde für das Gebiet der tiefen Frequenzen
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eine sechs-bis zehnmal grössere Anzahl von elektrodynamischen Strahlern vorgesehen als für das Gebiet der höheren Frequenzen. Auch wenn die Grösse des Wiedergaberaumes die Anordnung eines zweiten oder dritten Strahlers für die höheren Frequenzen unter Beibehaltung derselben Membrangrösse erforderlich machen würde, ist dieses Verhältnis meistens beizubehalten.
Ein besonderer Fall liegt vor, wenn auf die Beseitigung der Richtwirkung der Strahler für die hohen Frequenzen in einem Wiedergaberaum,
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dann vorzugsweise mehrere Strahler vorgesehen, obgleich bezüglich der Lautstärke ein einziger mit derselben Membrangrösse genügen würde. Die jedem Strahler zugeführte Energie kann in diesem Fall selbstverständlich entsprechend der Anzahl der Strahler verkleinert werden. Dass es sich hier um ein neues Prinzip handelt, dürfte schon daraus hervorgehen, dass bei den üblichen Anordnungen zur Wiedergabe von Schall mittels mehrerer verschiedenen Teilgebieten zugeordneten Strahler das Verhältnis bezüglich Grösse und Anzahl der Membranen gerade umgekehrt ist.
Zum Antrieb der Strahler, welche die hohen Frequenzen wiedergeben, werden vorzugsweise elektrodynamische Systeme verwendet, weil bei diesen die Resonanzen bei den erforderlichen Frequenzwerten in einfacher Weise festgelegt werden können.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert werden.
In Fig. 1 sind die Wiedergabecharakteristiken der einzelnen Schallstrahlergruppen dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lautsprecheranlage gemäss der Erfindung.
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bezeichnet, dem bzw. der die tiefen Frequenzen, im dargestellten Beispiel 20-300 Hertz (das Frequenzgebiet a), zugeführt werden. Die verwendeten Schallstrahler, im allgemeinen elektrodynamische Lautsprecher, weisen zwei ausgeprägte Resonanzen auf, nämlich die Grundresonanz 1, die Resonanz des Konus mit Aufhängung, bei etwa 8 Hertz, und die zweite Resonanz 2, d. h. die erste Membranresonanz, bei etwa 500 Hertz. Beide Resonanzen liegen also, wie auch aus der Figur klar hervorgeht, ausserhalb des wiederzugebenden Teilfrequenzgebietes.
Deutlichkeitshalber sind die Frequenzgebiete durch senkrechte Linien 3 und 4 getrennt.
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gruppe dargestellt, dem bzw. der die höheren Frequenzen, im dargestellten Beispiel die Frequenzen über 300 Hertz (das Frequenzgebiet b), zugeführt werden. Auch bei diesen Schallstrahlern sind die ersten Resonanzen 5, 6 und 7 in bezug auf die weiteren mehr ausgeprägt. Wie sich aus der Figur ergibt, liegen die mit 5 und 6 bezeichneten Resonanzen ausserhalb des wiederzugebenden Teilgebietes, das erst bei 300 Hertz anfängt. Die Resonanz 7 liegt noch zum grössten Teil im wiederzugebenden Gebiet, aber weil die Schärfe der Resonanzspitze bereits ziemlich gering ist, wirkt sie in diesem Betrieb nicht störend.
Der weitere Verlauf der Kurve bildet eine Aneinanderreihung von stark abgeflachten Resonanzspitzen.
In der Praxis ist jedoch die Kurve bis etwa 10.000 Hertz als gerade zu betrachten. Über 10.000 Hertz fällt sie im dargestellten Beispiel stark ab.
Die Gesamtwiedergabekurve des ganzen Systems wird durch die strichpunktierte Kurve III dargestellt. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, zeigt sie einen praktisch geradlinigen und waagrechten Verlauf.
In Fig. 2 ist ein Wiedergabesystem in Rückansicht dargestellt, bei dem das wiederzugebende Frequenzgebiet durch zwei Gruppen von Schallstrahlern wiedergegeben wird. Zur Wiedergabe der tiefen Töne ist eine Gruppe von acht Lautsprechern 8 mit kleinem Konus angeordnet, während zur Wiedergabe der hohen Töne nur ein Lautsprecher 10 mit grossem Konus vorhanden ist. Sämtliche Lautsprecher sind in einem Schallbrett 9 angeordnet und strahlen den Schall ganz frei nach vorne aus.
Das ganze wiederzugebende Frequenzgebiet wird der Anlage über die Leitungen 13 zugeführt.
Mit 11 und 12 sind zwei Verstärker bezeichnet, von denen der Verstärker 11 nur die Ströme tiefer Frequenz verstärkt und den Lautsprechern 8 zuführt, während der Verstärker 12 nur die Ströme hoher Frequenz verstärkt und dem Lautsprecher 10 zuführt. Zur Verstärkung können an sich bekannte Röhrenverstärker verwendet werden. Zur Trennung der Frequenzgebiete sind in die Verstärker 11 und 12 passende Siebketten eingebaut.
Die dargestellte Anlage kann z. B. in einem Lichtspieltheater verwendet werden, wo das Ganze hinter dem Projektionsschirm aufgestellt werden kann. Es soll jedoch klar sein, dass die Figur nur ein willkürliches Ausführungsbeispiel darstellt. Gemäss der Erfindung ist man in keiner Hinsicht an eine bestimmte Aufstellung der einzelnen Lautsprecher in bezug aufeinander gebunden. Insbesondere ist es oft empfehlenswert, mehrere Lautsprecher für die hohen Frequenzen zu verwenden, welche dann zweckmässig derart angeordnet werden, dass sie in verschiedenen Richtungen strahlen, damit in Zusammenhang mit der bekannten Richtwirkung von Lautsprechern, die nur höhere Frequenzen wiedergeben, diese Frequenzen möglichst günstig über den Wiedergaberaum verteilt werden.
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