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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wiedergabe wenigstens zweikanalig übertragener Schallereignisse in geschlossenen Räumen mittels einer von wenigstens einem zweikanaligen Verstärker gespeisten Lautsprecherkombination, wobei zumindest zwei seitlich strahlende und ein nach vorne gerichteter Lautsprecher in der Kombination vorgesehen sind, und jedem seitlich strahlenden Lautsprecher ein der Strahlungsrichtung entsprechender Kanal zugeordnet ist, wogegen die Signale beider Kanäle wenigstens einem nach vorne gerichteten Lautsprecher zugeführt sind.
Eine derartige Lautsprecherkombination ist beispielsweise aus der AT-PS Nr. 214482 bekanntgeworden, deren einleitender Teil sich auf zwei Rundfunkempfänger bezieht, die eine zweikanalige Wiedergabe von Stereosehallplatten ermöglichen. Bei Stereo-Wiedergabe wird der auf der einen Seitenwand des Empfängers angeordnete Lautsprecher für die mittleren und hohen Töne an den Niederfrequenzverstärker des einen Kanals und der auf der andern Seitenwand befindliche gleichartige Lautsprecher an den Niederfrequenzverstärker des andern Kanals angeschaltet, während dem auf der Vorderwand befindlichen Lautsprecher (oder den Lautsprechern) nur die tiefen Töne bis etwa 300 Hz aus beiden Kanälen über Frequenzweichen zugeführt werden.
Ausserdem war noch die Möglichkeit vorgesehen, mittels Stecker je einen zusätzlichen Lautsprecher für die mittleren und hohen Töne anzuschliessen, die in grösseren Abständen zu beiden Seiten des in der Mitte angeordneten Empfängers aufzustellen waren.
Es ist offensichtlich, dass ohne die zusätzlichen Lautsprecher keine befriedigende Stereo-Wiedergabe zu erzielen war, da die Stereobasis nur der Breite des Rundfunkempfängers entsprach und im Hinblick auf die Tatsache, dass alle Lautsprecher gemeinsam geregelt werden konnten, auch die akustischen Eigenschaften des Raumes zur Verbesserung der Stereowiedergabe nicht auszunützen waren. Diese Möglichkeit wurde auch gar nicht in Betracht gezogen, denn wenn man eine hochwertige Stereowiedergabe haben wollte, musste man eben zusätzliche, in einem ausreichenden Abstand voneinander aufzustellende Lautsprecher erwerben. Erst dann, so ist der vorgenannten AT-PS zu entnehmen, war eine hochwertige Wiedergabe realisierbar.
Es sind auch Lautsprecherboxen bekanntgeworden, deren Lautsprecher nach verschiedenen Richtungen strahlen. Beispiele hiefür sind in den US-PS Nr. 3, 090, 462 und Nr. 3, 101, 810 beschrieben.
Angestrebt wird ein möglichst linearer Frequenzgang bei monauraler Wiedergabe. Dies gilt auch für die in der DE-AS 1065467 beschriebene Lautsprecheranordnung, die eine Anpassung an gegebene Raumverhältnisse durch verstellbare Hochtonlautsprecher, gegebenenfalls mit ortsveränderbaren Reflektoren, zum Ziele hat.
Für eine stereophonische Wiedergabe von Schallereignissen sind auch Musikschränke oder-truhen bekanntgeworden, bei denen zur Vergrösserung der stereophonischen Basis Lautsprecher seitlich herausgeschwenkt oder herausgezogen werden können. Da sich trotz beträchtlicher Abmessungen solcher Musikschränke ode-ruhen die Stereobasis immer noch als zu klein erwies, war bei einigen Modellen vorgesehen, die seitlichen Lautsprecher abnehmbar zu machen, um sie in grösserem Abstand beiderseits des Schrankes aufstellen zu können. Ein Beispiel eines solchen Musiksehrankes ist in der US-PS
Nr. 3, 090, 462 zu finden.
Da derartige Anlagen relativ kostspielig sind, viel Raum beanspruchen und trotzdem keine vollwertige
Stereowiedergabe erbringen, sind sie, ebenso wie die eingangs beschriebenen Rundfunkempfänger, schon seit vielen Jahren vom Markt verschwunden. Durchgesetzt hat sich für Stereoanlagen die Aufstellung zweier getrennter Lautsprecherboxen in grösserem Abstand, die aus einem Stereoverstärker gespeist werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Tatsache, die auch für alle andern Wiedergabeeinrich- tungen gilt, die den Stereoeffekt mittels distanzierter Lautsprecher erzielen wollen, dass der optimale
Stereoeffekt praktisch nur in der Symmetrieebene, in der Höhe der Lautsprecher auftritt, wobei ausserdem noch ein bestimmter Abstand von den Boxen od. dgl. eingehalten werden muss.
Diese Bedingung ist in
Wohnräumen nicht immer leicht zu erfüllen und stellt für den Benützer der Anlage meist eine Unbequem- lichkeit dar, weil er dadurch fest an einen bestimmten Platz im Wohnraum gebunden ist. An allen andern
Punkten des Raumes treten nämlich das auf dem Prinzip der Summenlokalisation der akustischen Signale beruhende stereophonische Hören störende Effekte auf, die die Illusion des Konzertsaales zerstören.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen ist darin zu sehen, dass sie nicht imstande sind, die im Aufnahmeraum, z. B. einem Konzertsaal, auftretenden Laufzeitunterschiede der direkten und der an den Wänden des Saales reflektierten indirekten Schallwellen, die naturgemäss verspätet gegenüber dem direkten Schall beim Zuhörer eintreffen, zu erfassen bzw. wiederzugeben.
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Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, sowohl die räumlichen als auch die akustischen Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Lautsprecheranordnungen zu vermeiden, insbesondere im Hinblick auf die Wiedergabe von zweikanalig übertragenen Stereosignalen, womit aber die Verwendung der Erfindung sowohl bei einkanaligen oder mehr als zweikanaligen Übertragungen nicht ausgeschlossen werden soll.
Das erfindungsgemässe Ziel wird dadurch erreicht, dass mit Ausnahme der nach vorne gerichteten Lautsprecher oder Lautsprechergruppen alle andern Lautsprecher, die in zwei Gruppen für je einen Übertragungskanal unterteilt sind, über die Laufzeit verzögernde Einrichtungen an die ihnen zugeordneten Kanäle angeschlossen sind, und dass für jeden Lautsprecher bzw. jede Lautsprechergruppe der Anordnung den Pegel und/oder den Frequenzgang und/oder die Amplitude und/oder die Laufzeit beeinflussende elektrische und/oder akustische Einstellelemente vorhanden sind.
Die erfindungsgemässe Verwendung einer solchen Anordnung zur Wiedergabe mehrkanalig übertragener Schallereignisse ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Gebrauchslage ausser den nach vorne gerichteten Lautsprechern alle andern Lautsprecher gegen Schall reflektierende Begrenzungsflächen des geschlossenen Raumes gerichtet sind.
Gegenüber der gebräuchlichen Wiedergabeanordnung mit zwei Lautsprecherboxen kommt man bei der Erfindung mit nur einer, zu einer einzigen Baueinheit zusammengefassten Lautsprechergruppe aus. Dies war zwar auch bei den eingangs beschriebenen Rundfunkempfängern der Fall, doch ergaben diese, weil der Stereoeffekt nur auf die durch die Breite des Empfängers gegebene Stereobasis bezogen war, eine unbefriedigende Stereowirkung, wodurch der Vorteil, nur ein Gehäuse zu benötigen, nur mit einem akustischen Nachteil erkauft werden konnte. Die Erfindung weist ebenfalls den Vorteil einer einzigen Baueinheit für die Lautsprecher beider Kanäle einer Stereoanlage auf, vermeidet aber durch Einbeziehung der akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaumes die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Schwierigkeiten.
Die Erfindung ermöglicht vielmehr eine Verbesserung des Richtung-un Entfernungshörens, weil die Rechts-und Linksinformationen nämlich durch laufzeitverzögerte Reflexionen hergestellt werden und ähnlich wie im Konzertsaal interaurale Pegel- und Zeitdifferenzen auftreten, insbesondere dann, wenn Pegel und Frequenzgang des reflektierten Schallanteiles gegenüber dem direkten Schallanteil so angehoben bzw. bemessen werden, dass der Effekt der ersten Wellenfront des direkten Signals infolge des Verdeckungseffektes im Ohr unwirksam wird.
Eine nicht unbedeutende Verbesserung der Wiedergabe mit der erfindungsgemässen Anordnung lässt sich dadurch herbeiführen, dass auch ein schräg nach oben gerichteter Lautsprecher vorgesehen ist, dem laufzeitverzögerte Signale, vorzugsweise das verzögerte Summensignal aus beiden Kanälen, zugeführt sind. Zur weitgehenden Anpassung des abgestrahlten akustischen Klangbildes an die Gegebenheiten des Wiedergaberaumes ist vorgesehen, dass die mit verzögerten Signalen beaufschlagten Lautsprecher an oder in einem Gehäuse beweglich bzw. einstellbar gelagert sind, das den oder die nach vorne strahlenden Lautsprecher enthält.
Da der Stereoeffekt bei der Wiedergabe im wesentlichen durch die Frequenzen über 300 Hz getragen wird, kann man bei den seitlich gerichteten Lautsprechern auf die Wiedergabe der tiefen Frequenzen unter 300 Hz verzichten, da diese ja in ausreichendem Masse von den nach vorne strahlenden Lautsprechern abgestrahlt werden. Es ist daher vorgesehen, den seitlich gerichteten Lautsprechern nur verzögerte Signale über 300 Hz aus dem ihnen zugeordneten Kanal zuzuführen.
Um die Laufzeit zu verzögern, eignen sich in erster Linie digitale elektrische Verzögerungsleitungen oder sogenannte Eimerkettenleitungen. Gegenüber den bisher üblichen mechanischen Verzögerungselementen, meistens zu Torsionsschwingungen angeregte Schraubenfedern, haben die elektrischen bzw. elektronischen Verzögerungseinrichtungen den Vorteil der Unempfindlichkeit gegen mechanische Erschütterungen, und sie benötigen auch weniger Platz, so dass sie sowohl an oder in der Lautsprecheranordnung als auch im Verstärker untergebracht werden können. Zur vollen Ausnützung der durch die Erfindung gegebenen akustischen Möglichkeiten ist es erforderlich, dass nicht nur die Laufzeitverzögerung für die seitlichen und gegebenenfalls auch nach schräg oben gerichteten Lautsprecher veränderbar ist, sondern auch deren Amplitude und Frequenzgang.
Nur dadurch ist es möglich, eine stereophonische, raumfüllende Wiedergabe zu erhalten. Zweckmässigerweise wird man die entsprechenden Einstellvorrichtungen so ausbilden, dass sie in an sich bekannter Weise fernsteuerbar sind, beispielsweise mittels Ultraschall, Infrarot od. dgl.
Die Erfindung ist, wie bereits eingangs erwähnt, nicht ausschliesslich für die Wiedergabe zweikanaliger Stereoübertragungen brauchbar. Sie bringt auch dann klangliche Vorteile, wenn sie mit einem
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kompatiblen Monosignal betrieben wird, bei dem die Links-und Rechtsinformationen nicht enthalten sind.
Infolge der einstellbaren Verzögerung täuschen die von den Raumwänden reflektierten Klanganteile einen Stereoeffekt vor, d. h. man erhält eine Art Pseudostereophonie. Die Erfindung eignet sich aber auch für mehr als zweikanalige Übertragungsanlagen, beispielsweise für die Quadrophonie. An Stelle der vier einzelnen, meist in den Ecken des Wohnraumes aufgestellten Lautsprecherboxen werden nur mehr zwei benötigt, die zweckmässigerweise in der Mitte je zwei gegenüberliegender Begrenzungswände aufzustellen sind. Dadurch werden die Kosten einer Quadrophonieanlage reduziert und auch das Aufstellungsproblem vereinfacht.
Nachstehend soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen die Fig. 1 und 2 zunächst die akustischen Zusammenhänge bei der derzeit üblichen stereophonischen Übertragung aufzeigen sollen, Fig. 3 und 4 prinzipielle Anordnungen gemäss der Erfindung zeigen, die Fig. 5 bis 7 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen sind und Fig. 8, ebenfalls in schematischer Darstellung, eine Anordnung zum drahtlosen Steuern der Laufzeit und/oder der Amplitude und/oder des Frequenzganges bei den einzelnen Lautsprechern bzw. Lautsprechergruppen zeigt.
Zunächst sollen die Verhältnisse bei der konventionellen Zweikanalstereophonie zwecks besserem Verständnis der Erfindung dargelegt werden. In Fig. 1 ist angenommen, dass sich in einem grossen Raum, z. B. einem Konzertsaal, mit den Begrenzungswänden --1-- ein Klangkörper --2--, beispielsweise ein Orchester, befindet.
Von den Punkten--3, 4 und 5-gehen Schallwellen aus, die auf das Richtmikrophon mit der Richtcharakteristik --6-- treffen. Die direkten Schallstrahlen --7, 8 und 9-- rufen entsprechend der Richtempfindlichkeit des Mikrophons Signale hervor. Desgleichen liefern die Strahlen --10, 11,12 und 13-- nach Reflexion an den Wänden-l-des Saales Signale. Analog erfolgt der Vorgang in bezug auf das zweite Richtmikrophon --14--. Die von der Grösse des Raumes abhängigen wirksamen Verzögerungen der reflektierten Schallwellen von etwa 20 bis 100 ms werden mit den nur durch die direkte Entfernung Schallquelle-Mikrophon wenig verzögerten Schallwellen additiv gemischt.
Erfolgt die Wiedergabe gemäss der Lautsprecheraufstellung nach Fig. 2 im wesentlich kleineren Raum, wie es im allgemeinen einem
EMI3.1
Damit ist der Höreindruck eines kleinen Raumes verbunden, der auch durch Verhallung der Signale nicht überwunden werden kann.
Noch schwerwiegender ist der Umstand, dass bereits in den additiv gemischten Signalen der Aufnahmemikrophone die Verzögerungen der für das Entfernung-un Richtungshören wichtigen Signale, aus denen der Eindruck der Raumgrösse gewonnen wird, enthalten sind. Werden diese Signale den Laut- sprechern-15, 16-- zugeführt, so kommen der direkte Strahl --18 bis 19-- und der reflektierte Strahl - 20 bis 21-- infolge des geringen Abstandes der Wände --22/23-- im Heim mit sehr geringen Laufzeitunterschieden an. Damit geht die Rauminformation des grossen Saales verloren.
Durch die herkömmliche Lautsprecheraufstellung sind die verzögerten reflektierten Signale, die seitlich auf das Ohr des Hörenden auftreffen sollen, in die Richtung des frontalen Schallstrahls umgelenkt.
Um die der Grösse des Aufnahmeraumes entsprechende Rauminformation zu gewinnen, die den künstlerischen Wert der Musikübertragung erhöht, wird gemäss der Erfindung, wie Fig. 3 veranschaulicht, eine Lautsprecheranordnung vorgesehen, die aus einzelnen Sehallwandlern besteht, die gerichtet Schall mit unterschiedlichem Verzögerungsgrad abstrahlen. In der einfachsten Anordnung sind ein gegen den Zuhörer gerichteter Schallwandler --24-- und zwei seitlich strahlende Schallwandler-25, 26-vorgesehen. Die seitlich strahlenden Wandler werden mit elektrischen Signalen betrieben, die z. B. mit 30 ms Laufzeit, z. B. auf Grundlage der Digital- oder Eimerkettenelektronik, verzögert sind. Der Laufzeitunterschied der direkten und indirekten Schallstrahlen ist durch die dem Zuhörer nahen Wände im Heim sehr gering.
Werden jedoch die seitlich gerichteten Wandler so betrieben, dass sie entsprechend den Entfernungen der Wände im Konzertsaal laufzeitverzögerten Schall abstrahlen, dann entstehen Ohrsignale, die den akustischen Verhältnissen im grossen Raum ähnlich sind.
Die Richtwirkung der Lautsprecher wird entweder durch die Anzahl von dicht beieinanderliegenden Schallwandlern, durch die Flächenausdehnung der Membran, z. B. eines elektrostatischen Wandlers oder durch ein akustisches Laufzeitglied an der Rückseite der Wandlermembran gewonnen.
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Wenn die Lautsprecheranordnung nicht symmetrisch im Raum steht, wie Fig. 4 veranschaulicht, dann werden gemäss der Erfindung die Verzögerungen nach den Entfernungen der Seitenwände unterschiedlich, z. B. 20 und 40 ms, eingestellt.
Überdies werden zweckmässig auch der Pegel und der Frequenzgang der einzelnen Lautsprecher in Abhängigkeit von den Absorptionsverhältnissen des Raumes und des Inventars abgestimmt.
Insbesondere ist auch der Pegel des direkten zum reflektierten Schallsignal so niedrig einzustellen, dass dem Gesetz der ersten Wellenfront entgegengewirkt wird.
Dies kann durch Regelorgane am Lautsprecher oder an andern Stellen des elektrischen Übertragungsweges vorgenommen werden ; es ist auch die drahtlose Beeinflussung mittels Ultraschall oder Infrarotsteuerung möglich.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei Tieftonlautspreehern-28, 29-- und mit zwei darüber angeordneten Mittel-Hochtonlautsprechern --30, 31--, je einer für den rechten und linken Kanal, sowie je zwei seitlich strahlenden Mittel-Hochtonlautsprechern --32, 33-- für den rechten und den linken Kanal, die etwas geneigt im Lautsprecherkasten --34-- eingebaut sind, dargestellt. Da die Tieftonlautsprecher von 20 bis etwa 200 Hz zum Richtungs- und Entfernungshören wenig beitragen, kann auf die seitliche Abstrahlung der tiefen Töne verzichtet werden. Es ist auch möglich, die Signale des rechten und linken Kanals elektrisch zusammenzuführen und nur einem Tieftonlautsprecher zuzuleiten.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das einen Lautsprecherkasten-35-- zeigt, in dem ausser den nach vorne und seitlich strahlenden Schallwandlern zwei zueinander geneigte Lautsprecher - -36, 37-- angeordnet sind, die gegen die Decke des Wohnraumes gerichtet sind. Auch diese Lautsprecher werden je nach den Raumverhältnissen laufzeitverzögert, gegebenenfalls auch amplitudenbeeinflusst oder im Frequenzgang abgestimmt betrieben.
In Fig. 7 sind die seitlich und in die Höhe abstrahlenden Schallwandler --39, 40,41, 42-- auf Gelenken vor dem Lautsprecherkasten--38--so montiert, dass beliebige Winkel zu den Wänden des Raumes eingestellt werden können.
Ein derartiger Lautsprecher kann in eine Bücherwand od. dgl. eingebaut werden. Die Schallstrahler mit laufzeitverzögerten Signalen sind ähnlich den Solarzellen von Satelliten angeordnet.
Die Gelenke können steckbar sein, so dass die Schallstrahler abgenommen und in entsprechender Entfernung vom Lautsprecherkasten aufgestellt werden können, so z. B. dann, wenn die Reflexionen an den Wänden durch absorbierende Flächen, z. B. Vorhänge, ungenügend erfolgen. Dabei werden die laufzeitverzögernden Schallstrahler gegen die Zuhörer gerichtet.
Die Fig. 8 veranschaulicht die Fernsteuerung der Laufzeit und/oder des Pegels bzw. des Frequenzganges mittels Infrarot-oder Ultraschallsteuerung.
Das Steuergerät --43-- beeinflusst ähnlich dem Steuervorgang an Fernsehgeräten die Funktionen des Lautsprechers --44-- durch zeitcodierte Infrarot- oder Ultraschallsignale. Damit kann das Hörereignis der Raumgrösse nach Belieben verändert werden und schliesslich bis auf die Grösse des Wohnraumes reduziert werden, wenn z. B. Sprache allein reproduziert wird.
Weder die Anzahl der Einzellautsprecher noch die Aufteilung auf verschiedene Frequenzbänder erfahren durch die dargestellten Ausführungen eine Einschränkung.
Die einzelnen Schallstrahler können mit voneinander unterschiedlicher Laufzeitverzögerung betrieben werden. Auch die Aufteilung der elektronischen Baugruppen im Zug des elektronischen Übertragungsnetzes kann beliebig erfolgen. Da zumindest der frontal strahlende Lautsprecher und die seitlich laufzeitverzögerten Schallstrahler für den Rechts- und Linkskanal getrennte Verstärkerendstufen erfordern, können diese in die Lautsprecheranordnung integriert sein. Zwischen den Grenzfällen der Anlage, nämlich der vollständigen Integration aller elektronischen und aller akustischen Bauelemente in eine Einheit, einschliesslich der Hochfrequenzempfangseinrichtung, dem Tonband- und dem Schallplattengerät und der Auflösung in einzelne, durch Kabel verbundene Einzelgeräte, sind alle Kombinationen möglich.
Zusätzlich kann zu der Laufzeitverzögerung künstlicher Nachhall hinzugefügt werden.