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Die Erfindung betrifft einen Gruppenstrahler mit einem linienförmigen, eine Längsachse aufweisenden Lautsprecherband, das mindestens sechs im Abstand zueinander angeordnete, im Wesentlichen in ihrer Abstrahlcharakteristik gleiche Lautsprecherchassis mit parallelen Hauptstrahlachsen aufweist.
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Ein solcher Gruppenstrahler wird auch als Schallzeile oder Tonsäule bezeichnet, die in großer Entfernung von ihrem Aufstellungsort einen hohen Schallpegel erzeugen soll, während sie die meist sich in ihrer Nähe befindlichen Mikrofone möglichst wenig beeinflussen. Dazu weisen sie eine bestimmte Richtcharakteristik und Bündelung auf. Günstigerweise besteht diese aus einer Anordnung mehrerer gleichartiger Lautsprecherchassis übereinander, die bevorzugt mit gleicher Phase betrieben werden. In der Ebene senkrecht zu dieser Aufreihung entsteht eine Druckaddition, währendes in den Bereichen oberhalb und unterhalb dieser Ebene aufgrund der Laufzeitdifferenzen zwischen den von den einzelnen Lautsprecherchassis herrührenden Anteilen zu Interferenzauslöschung kommt. Die so entstehende Richtcharakteristik ist besonders geeignet, ein breites Auditorium vor einer somit weitgehend abgeschirmten Aktionsfläche zu versorgen. Derartige Gruppenstrahler haben aber auch den Nachteil, dass ihre Richtcharakteristik frequenzabhängig ist und sich bei immer tieferen Frequenzen in Abhängigkeit der Gesamtlänge des Lautsprecherbandes verliert. Damit derartige Nachteile möglichst abgemildert oder vermieden werden, ist es bekannt, dass Lautsprecherband im oberen Frequenzbereich in einzelne Abschnitte zu unterteilen. Dies erfolgt dadurch, dass das Lautsprecherband in Bananenform nach hinten weggeknickt ist. Die einzelnen Abschnitte des Lautsprecherbandes werden hierzu in andern Winkeln angeordnet, wodurch jedoch auch Lücken in den angrenzenden Bereichen entstehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Ausrichtung von Abschnitten des Lautsprecherbandes von der Hauptabstrahlrichtung nach links und nach rechts abweichen zu lassen (maximal 10°). Bei beiden Ausgestaltungsformen wirkt das Lautsprecherband im unteren Frequenzbereich in seiner gesamten Länge, während bei höheren Frequenzen jeweils nur ein Abschnitt des Lautsprecherbandes wirksam ist. Solche Systeme eignen sich in aller Regel nur für sehr große Beschallungsanlagen und nehmen relativ viel Platz ein.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, Gruppenstrahler mittels einer Phasen- und Pegelsteuerung anzusteuern, um zu einer bestimmten Richtcharakteristik zu kommen. Diese aktiven Steuerungen sind allerdings sehr teuer, da sie eine Anpassung an die unterschiedlichsten Beschallungssituationen zulassen müssen. Eine solche Steuerung ist z. B. aus der
US 2009/0060236 A1 bekannt.
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Ein Lautsprechersystem mit einem passiven, analogen Allpass erster Ordnung zur Realisierung von entsprechenden Verzögerungszeiten ist aus der
DE 19533946 A1 bekannt. Ein beliebiges Vorschalten von Hochpass-, Tiefpass- und Allpass-Filtern, wobei pro Lautsprecher mittels einem Schalter jeweils ein entsprechender Vorfilter ausgewählt werden kann, ist in der
US 2008/0226093 A1 beschrieben. Die wahlweise Anwendung einer Serien- oder einer Parallelschaltung zwischen jeweils benachbarten Lautsprechern in einem Array ist in der
US 2004/0151325 A1 erwähnt. Weitere erwähnenswerte Druckschriften sind die
US 2009/0110219 A1 , die
EP 1909531 B1 und die
US 2003/0194098 A1 . Hinzuweisen ist auch auf den Schaltplan Quad_ESLw63, 09.10.1989 [recherchiert im Internet URL://user.tminet.se am 27.11.2013].
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Gruppenstrahler mit einem linienförmigen, eine Längsachse aufweisenden Lautsprecherband der eingangs genannten Art bei vergleichsweise geringem Aufwand und geringen Kosten hinsichtlich seiner Richtwirkung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gruppenstrahler gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Hierzu weist der Gruppenstrahler mindestens ein passives, analoges Allpassfilter erster oder höherer Ordnung auf, das zumindest einem Lautsprecherchassis und/oder einer Gruppe der Lautsprecherchassis des Lautsprecherbandes zum verzögerten Übertragen eines Nutzsignals vorgeschaltet ist bzw. sind, wodurch das eine Lautsprecherchassis und/oder die eine Gruppe der Lautsprecherchassis virtuell einen Zurückversatz im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse und zu einem weiteren Lautsprecherchassis und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse und zumindest einer weiteren Gruppe der Lautsprecherchassis erhält.
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Ein Allpassfilter (auch nur Allpass) genannt, ist ein elektrisches Filter, das im Idealfall für alle Frequenzen einen konstanten Betragsfrequenzgang aufweist, während die Phasenverschiebung von der Frequenz abhängt. Allpässe werden u. a. in nachrichtentechnischen Systemen zur Signalentzerrung verwendet. Im vorliegenden Fall wird das Allpassfilter als passives, analoges elektronisches Verzögerungsglied verwendet. Das bedeutet, durch Verwendung, d. h. Vorschaltung von Allpassfiltern erster oder höherer Ordnung wird ein Zurückversatz eines Lautsprecherchassis und/oder einer Gruppe der Lautsprecherchassis simuliert, da diesen das Nutzsignal später zugeführt und damit die Membran später angeregt wird, als bei nicht verzögerten Lautsprecherchassis oder Gruppen davon. Zur Anwendung kommen bevorzugt passive Allpassfilter in einer Gitterform (lattice) oder als T-Schaltung. Dabei sollte bevorzugt darauf geachtet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lautsprecherchassis und/oder Gruppen untereinander nicht zu groß wird, um eine zunehmende Auslöschung der Lautsprecherchassis und/oder Gruppen zu minimieren oder zu verhindern.
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Bei herkömmlichen Lautsprecherbändern (unverzögert) strahlt der Gruppenstrahler in idealisierter Weise in Form einer Zylinderwelle ab, wodurch sich eine scharf abgegrenzte Beschallungszone und ein hierdurch eng begrenzter Öffnungswinkel ergibt. Bei entsprechender Anordnung der verzögerten und nicht verzögerten Lautsprecherchassis und/oder Gruppen lässt sich der Öffnungswinkel, ohne eine von außen sichtbare Veränderung des Gruppenstrahlers und ohne aufwändige und teure Ansteuerungsvorrichtung vergrößern.
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Unter Lautsprecherchassis, die im Wesentlichen in ihrer Abstrahlcharakteristik gleich sind, sind bevorzugt, aber nicht zwingend baugleiche Lautsprecherchassis gemeint. Allerdings kommt es maßgeblich nur darauf an, dass diese baulich so ausgestaltet sind, dass sie über denselben Frequenzbereich abstrahlen können (im Einzelvergleich bei identischer Ansteuerung). Dies wird in aller Regel mit gleichgroßen Lautsprecherchassis erzielt.
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Einzelne Lautsprecherchassis und/oder eine Gruppe oder mehrere Gruppen der Lautsprecherchassis sind mittels Vorschalten eines Tiefpassfilters nur in einem eingeschränkten Frequenzbereich der übrigen Lautsprecherchassis und/oder der übrigen Gruppe oder der übrigen Gruppen der Lautsprecherchassis zusammenwirkend. In Abhängigkeit von der Größe der Lautsprecherchassis und somit der Länge des Lautsprecherbandes kommt es bei tieferen Frequenzen zum Verlust der Richtcharakteristik. Für tiefere Frequenzen kann dies nur durch ein längeres Lautsprecherband ausgeglichen werden, was jedoch wieder nachteilig für höhere Frequenzen ist. Aus diesem Grunde wird gemäß einer Variante bevorzugt einem der Lautsprecherchassis oder einer Gruppe oder Gruppen von Lautsprecherchassis ein Tiefpassfilter vorgeschaltet, so dass diese nur unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz wirksam sind, und somit die Länge des Lautsprecherbandes bei tieferen Frequenzen verlängert. Um ein ausgewogenes Verhältnis zu schaffen, ist bevorzugt die Anzahl der Lautsprecherchassis, denen ein Tiefpassfilter vorgeschaltet ist, mindestens genauso hoch wie die Anzahl der Lautsprecherchassis, denen kein Tiefpassfilter vorgeschaltet ist.
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Insbesondere bei den gar nicht oder am wenigstens verzögerten Lautsprecherchassis und/oder Gruppen der Lautsprechchassis ergibt sich ein merkbarer Unterschied der abgestrahlten Leistung bei hohen und niedrigen Frequenzen. Hierzu ist vorgesehen, dass mindestens zwischen zwei Gruppen der Lautsprecherchassis eine Schaltung vorgesehen ist, mittels derer die entsprechenden Gruppen bei tiefen Frequenzen in Reihe geschaltet sind und bei hohen Frequenzen parallel geschaltet sind. Für eine derartige Schaltung können z. B. zwei Hochpassfilter erster Ordnung und ein Tiefpassfilter erster Ordnung zusammengeschaltet werden. Hierdurch erhöht sich der Schalldruck bei höheren Frequenzen, wodurch sich der Wirkungsgrad erhöht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Bevorzugt ist die Grenzfrequenz des Allpassfilters erster oder höherer Ordnung mindestens 1,5-mal, bevorzugt 2-mal, so hoch wie die höchste Nutzfrequenz. Jedes Allpassfilter weist eine Grenzfrequenz auf, bei der sich die Phase dreht. Je näher die Nutzfrequenz an diese Grenzfrequenz heranreicht, um so größer wird die Phasenverschiebung. Damit das Allpassfilter in einem Bereich arbeitet, bei dem die Verzögerungszeit möglichst wenig von der Frequenz abhängt, wird eine Grenzfrequenz gewählt, die weit oberhalb des bei akustischen Systemen verwendeten Nutzfrequenzbereichs liegt. Üblicherweise wird bei akustischen Systemen eine Höchstfrequenz von 20.000 Hz angenommen. Die verwendeten Allpassfilter weisen daher bevorzugt eine Grenzfrequenz von mindestens 40.000 Hz auf. Bei entsprechenden anderen Nutzfrequenzbereichen kann eine entsprechende Anpassung der Grenzfrequenz für die Allpassfilter herangezogen werden.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass das Allpassfilter, soweit möglich und technisch sinnvoll, als frequenzunabhängiges, passives, analoges Verzögerungsglied arbeiten soll.
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Gemäß einer Ausführungsform wird bevorzugt, wenn eine Unterteilung in möglichst viele Gruppen erfolgt. Insbesondere bei höheren Frequenzen und bei zunehmender Verzögerung ist die Aufteilung in mehrere Gruppen wünschenswert, um die Phasenverschiebung der einzelnen Gruppen untereinander klein zu halten. Bevorzugt soll die Phasenverschiebung nicht größer als 90° (3 dB) betragen, um zunehmende Auslöschung der Gruppen zueinander zu verhindern.
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Eine symmetrische Aufweitung des Öffnungswinkels im Vergleich zu einem nichtverzögerten Lautsprecher kann gemäß einer Ausführungsform dadurch erzielt werden, dass bestimmten mehreren Lautsprecherchassis und/oder bestimmten Gruppen der Lautsprecherchassis des Lautsprecherbandes jeweils ein passives, analoges Allpassfilter erster oder höherer Ordnung derart vorgeschaltet und hinsichtlich der zugehörigen Verzögerungszeit ausgewählt sind, dass der virtuelle Zurückversatz der entsprechenden Lautsprecherchassis und/oder der entsprechenden Gruppen der Lautsprecherchassis symmetrisch zu einer senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Mittenachse des Lautsprecherbandes erfolgt.
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Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass je weiter ein Lautsprecherchassis und/oder eine Gruppe der Lautsprecherchassis von der Mittenachse entfernt angeordnet ist, desto größer ist der durch das jeweilige zugeordnete passive, analoge Allpassfilter erste oder höherer Ordnung erzielbare virtuelle Zurückversatz. Mittels Allpassfilter lässt sich durchaus eine Aufweitung gegenüber der idealisierten Zylinderwelle (0°) bis zu 20° erzielen. Hierzu weist das Lautsprecherchassis oder die Gruppe der Lautsprecherchassis, das oder die am nächsten zur Mittenachse angeordnet sind, keine Verzögerung durch ein Allpassfilter auf.
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Bei einer weiteren Ausgestaltungsform besteht aber auch die Möglichkeit, den Öffnungswinkel asymmetrisch aufzuweiten, wodurch sich eine Abweichung der Hauptabstrahlrichtung von der Mittenachse erzielen lässt. Hierzu werden mehreren Lautsprecherchassis und/oder bestimmten Gruppen der Lautsprecherchassis des Lautsprecherbandes ein passives, analoges Allpassfilter erster oder höherer Ordnung derart vorgeschaltet und hinsichtlich der zugehörigen Verzögerungszeit ausgewählt, dass der virtuelle Zurückversatz der entsprechenden Lautsprecherchassis und/oder der entsprechenden Gruppen der Lautsprecherchassis von einem ersten Ende des Lautsprecherbandes bis zu dem anderen Ende zunimmt. Hierzu muss das Lautsprecherchassis oder die Gruppe der Lautsprecherchassis am ersten Ende des Lautsprecherbandes nicht notwendigerweise durch ein Allpassfilter verzögert sein.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Verzögerungszeit mittels einer vorbestimmten Zu- oder Wegschaltung der passiven, analogen Allpassfilter erster oder höherer Ordnung einstellbar ist. Hierdurch lassen sich mit ein- und demselben Gruppenstrahler unterschiedliche Öffnungswinkel erzielen. Möglich ist auch eine vollkommene Wegschaltung der Allpassfilter, so dass ein Öffnungswinkel von 0° (idealisierte Zylinderwelle) erzielt ist. Die Aufweitung kann dann z. B. in unterschiedlichem Schritten wie 0°, 10°, 20° erfolgen. Günstigerweise sind hierzu ein oder mehrere passive, analoge Allpassfilter erster oder höherer Ordnung in einer schaltbaren Parallelschaltung einem Lautsprecherchassis und/oder einer Gruppe der Lautsprecherchassis derart vorgeschaltet, dass unterschiedliche Verzögerungszeiten für das Nutzsignal für das zugehörige Lautsprecherchassis und/oder die zugehörige Gruppe der Lautsprecherchassis einstellbar sind.
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Gleiches kann auch für ein oder mehrere Tiefpassfilter gelten, die ebenfalls zu- oder wegschaltbar ausgestaltet sein können. Aufgrund der Zunder Wegschaltung der Filter lässt sich der Gruppenstrahler an die unterschiedlichsten Beschallungssituationen anpassen.
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Tiefpassfilter können auch mit zugehörigen Allpassfiltern erster oder höherer Ordnung zusammen zu- oder wegschaltbar ausgestaltet sein.
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Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Lautsprecher mit einem Mitteltongruppenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und mindestens einem Tieftoner. Dem Mitteltongruppenstrahler ist ein Hochpassfilter und dem Tieftöner ist ein Tiefpassfilter vorgeschaltet. Bevorzugt sind die Grenzfrequenzen des Hochpassfilters und des Tiefpassfilters aneinander angeglichen, so dass der Mitteltongruppenstrahler möglichst nicht im Frequenzbereich des Tieftöners wirkt.
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Gemäß einer Ausgestaltungsform kann der Mitteltongruppenstrahler vor dem mindestens einem Tieftoner in einem gemeinsamen Gehäuseangeordnet sein. Der mindestens eine Tieftoner wirkt dann seitlich an dem Mitteltongruppenstrahler vorbei und löst diesen bei tieferen Frequenzen ab. Ein solcher Lautsprecher kann hervorragend zur Beschallung einer bestimmten Beschallungszone, bei optimierter Basswiedergabe verwendet werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Zuhilfenahme von Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit symmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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2 eine Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels aus 1,
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit asymmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit symmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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5 die Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels aus 4,
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6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit asymmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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7 die Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels aus 6,
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8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit symmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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9 die Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels aus 8,
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10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit symmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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11 die Schaltungsanordnung der Ausführungsform aus 10,
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12 eine Draufsicht eines Lautsprechers gemäß der Ausführungsform aus 10,
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13 eine Frontansicht des Lautsprechers aus 12,
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14 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit schaltbarer symmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels,
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15 eine schematische Darstellung einer symmetrischen Aufweitung eines Gruppenstrahlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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16 eine schematische Darstellung des virtuellen Zurückversatzes anhand einer weiteren Ausführungsform mit asymmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels und
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17 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Gruppenstrahlers mit idealer Zylinderwelle.
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In 17 in ein Gruppenstrahler mit einer Lautsprechergruppe bestehend aus sechs Lautsprecherchassis dargestellt. In Abhängigkeit der Frequenz und bei idealisierter Betrachtungsweise wirkt ein solcher Gruppenstrahler stark bündelnd und die Schallausbreitung erfolgt in Form einer Zylinderwelle, so dass bei ein begrenzter Hörbereich sehr gut beschallt werden kann.
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Gemäß der Ausführungsform der 1 und 2 wird ausgehend von einem herkömmlichen Gruppenstrahler gemäß 17 eine andere Verschaltung vorgenommen. Die Lautsprecherchassis 2 sind bei dieser Anordnung in drei Gruppen unterteilt. Die mittleren Lautsprecherchassis 2.1 bilden die erste Gruppe, die daran anschließenden Lautsprecherchassis 2.2 die zweite Gruppe, und die außenliegenden Lautsprecherchassis 2.3 die dritte Gruppe. Die Lautsprecherchassis innerhalb einer Gruppe sind in Reihe geschaltet, während die Gruppen untereinander parallel geschaltet sind. Die erste Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.1 ist unverzögert ausgestaltet, d. h. sie erhält das Nutzsignal ohne Zwischenschaltung eines Verzögerungsgliedes. Den Lautsprecherchassis 2.2 der zweiten Gruppe ist ein erstes Verzögerungsglied 3.1 vorgeschaltet, das den Lautsprecherchassis 2.2 das Nutzsignal gegenüber den Lautsprecherchassis 2.1 der ersten Gruppe zeitlich etwas verzögert zuleitet. Die zeitliche Verzögerung findet im Millisekundenbereich statt. Der dritten Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.3 ist ein zweites Verzögerungsglied 3.2 vorgeschaltet, dass eine noch stärkere Verzögerung als das erste Verzögerungsglied 3.1 aufweist. Somit wird den Lautsprecherchassis 2.3 der dritten Gruppe das Nutzsignal sowohl gegenüber der ersten Gruppe als auch gegenüber der zweiten Gruppe verzögert zugeleitet. Hierdurch kommt es zu einer Aufweitung der Zylinderwelle, und zwar symmetrisch zu einer Mittenachse M. Die Lautsprecherchassis sind entsprechend symmetrisch zur Mittenachse M angeordnet, wobei ihre jeweiligen Hauptabstrahlachsen parallel zur Mittenachse M ausgerichtet sind.
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Anhand der 2 ist nunmehr die Schaltungsanordnung der Ausführungsform aus 1 dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, dass die Verzögerungen durch Verwendung gleichartiger Bauelemente erzielt wird. Als erstes Verzögerungsglied 3.1 mit der Verzögerungszeit ΔT1 ist ein passives, analoges Allpassfilter eingesetzt. Das Allpassfilter ist in Gitteranordnung ausgestaltet und umfasst sowohl in der Hin- als auch in der Rückleitung jeweils eine Spule und zwei überkreuz zwischen der Hin- und Rückleitung verschaltete Kondensatoren. Die Grenzfrequenz des Allpassfilters beträgt mindestens 40.000 Hz. Das zweite Verzögerungsglied 3.2 umfasst zwei hintereinander angeordnete identische Allpassfilter, so dass es zu einer Verdopplung der Verzögerungszeit kommt. Auch für den zweiten Allpassfilter werden demnach die gleichen Spulen und Kondensatoren verwendet. Hierin ist ein wesentlicher Aspekt der Einfachheit dieser Ausgestaltung und somit der niedrige Preis zu erklären. Durch diese Verschaltung kommt es zu einer Schallausbreitung mit symmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle in einem Öffnungswinkel von z. B. 20°.
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In 3 ist nunmehr ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt es zu einer Schallausbreitung mit asymmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle, z. B. mit einem Öffnungswinkel von 10°. Der Gruppenstrahler umfasst insgesamt sechs Lautsprecherchassis. Die zwei Lautsprecherchassis 2.1 einer ersten Gruppe befinden sich am ersten Ende eines Lautsprecherbandes. Diese Lautsprecherchassis 2.1 sind unverzögert. Anschließend folgen vier Einzellautsprecherchassis 2.2 bis 2.5. Jedes dieser Einzellautsprecherchassis 2.2 bis 2.5 erhält das Nutzsignal zeitlich verzögert. Hierfür sind die Verzögerungsglieder 3.1 bis 3.4 mit ihren jeweils zugeordneten Verzögerungszeiten ΔT1 bis ΔT4. Ausgehend vom Verzögerungsglied 3.1 nimmt die zeitliche Verzögerung zum letzten Verzögerungsglied 3.4 schrittweise zu. Demnach ist das Lautsprecherchassis 2.5 am anderen Ende des Lautsprecherbandes am meisten zeitverzögert.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das insgesamt vier Gruppen mit Lautsprecherchassis umfasst. Insgesamt umfasst der Gruppenstrahler 12 Lautsprecherchassis. Die Länge des Lautsprecherbandes gibt vor, bis zu welcher unteren Frequenz eine Bündelung stattfindet. Je länger ein Lautsprecherband ist, desto besser kann man eine Bündelung bei tieferen Frequenzen erzielen. Allerdings hat ein längeres Lautsprecherband unter Umständen eine Abschwächung bei höherer Frequenz zur Folge. Diese Ausführungsform trägt diesen Umständen Rechnung. Die ersten drei Lautsprechergruppen mit den Lautsprecherchassis 2.1, 2.2 und 2.3 und deren Verschaltung ist identisch zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2. Hier wird nunmehr eine vierte Gruppe mit Lautsprecherchassis 2.4 zugeschaltet. Diese Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.4 wird mittels eines dritten Verzögerungsgliedes 3.3 ebenfalls zeitlich verzögert. Die dritte Gruppe umfasst insgesamt sechs gleichartige Lautsprecherchassis 2.4, die symmetrisch zur Mittenachse M aufgeteilt sind. Hierdurch beteiligen sich diese Lautsprecherchassis 2.4 an der Schallausbreitung in Form einer symmetrisch aufgeweiteten Zylinderwelle, z. B. mit einem Öffnungswinkel von 20°. Damit die Verlängerung es Lautsprecherbandes jedoch nur bei tieferen Frequenzen erfolgt, ist dem Lautsprecherchassis 2.4 ein Tiefpassfilter vorgeschaltet. Das bedeutet, dass das Lautsprecherband zu tieferen Frequenzen hin eine zunehmend größere wirksame Länge aufweist. Gleichzeitig kommt es nicht zu Abschwächungen bei höheren Frequenzen.
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Die 5 gibt nunmehr das Schaltungsbild dieser Ausgestaltung wieder. Auch hier ist die Schaltungsanordnung für die Lautsprecherchassis 2.1, 2.2 und 2.3 identisch zu der in 2 gezeigten Anordnung. Ein Unterschied besteht noch darin, dass zwischen Hin- und Rückleitung bei jeder Gruppe noch ein Kondensator mit Widerstand in Reihe zwischengeschaltet ist.
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Das Verzögerungsglied 3.3 wird wiederum von einem Allpassfilter in Gitteranordnung gebildet.
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Die Zu- und Rückleitung der vierten Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.4 wird mittels des Kondensators (Tiefpassfilter 10) bei höheren Frequenzen kurzgeschlossen, wodurch die Lautsprecherchassis 2.4 ab einer bestimmten Grenzfrequenz zu höheren Frequenzen her nicht mehr wirksam sind. Die Zuleitung zur vierten Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.4 ist zusätzlich noch mit einer Spule (Tiefpassfilter 12) mit den Rückleitungen der drei anderen Gruppen gekoppelt.
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Die 6 zeigt eine Ausführungsform mit verlängertem Lautsprecherband zu tieferen Frequenzen hin, wobei die Schallausbreitung mit asymmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle, z. B. mit einem Öffnungswinkel von 20° erfolgt. Insgesamt sind zwölf Lautsprecherchassis in dem Lautsprecherband verbaut, die in vier Gruppen unterteilt sind. Die erste Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.1 ist nicht verzögert. Bei der zweiten Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.2.1 und 2.2.2 ist das erste Lautsprecherchassis 2.2.1 mittels des Verzögerungsglieds 3.1 um die Verzögerungszeit ΔT1 verzögert, wohingegen das zweite Lautsprecherchassis 2.2.2 mittels des Verzögerungsglieds 3.2 um die Verzögerungszeit ΔT2 verzögert ist. Dabei ist ΔT2 größer als ΔT1.
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Die dritte Gruppe umfasst die Lautsprecherchassis 2.3.1 und 2.3.2. Die beiden Lautsprecherchassis 23.1 sind mittels des Verzögerungsglied 3.3 um die Verzögerungszeit ΔT3 verzögert, wohingegen die beiden Lautsprecherchassis 2.3.2 mittels des Verzögerungsglieds 3.4 um die Verzögerungszeit ΔT4 verzögert sind. Sämtliche Lautsprecherchassis 2.3.1 und 2.3.2 der dritten Gruppe sind mittels des Tiefpassfilters 10.1 tiefpassgefiltert. Die Verzögerungszeit ΔT4 ist größer als die Verzögerungszeit ΔT3.
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Die Lautsprecherchassis 2.4 der vierten Gruppe sind mittels des Verzögerungsglieds 3.5 um die Verzögerungszeit ΔT5 verzögert. Sämtliche Lautsprecherchassis 2.4 der vierten Gruppe sind mittels des Tiefpassfilters 10.2 tiefpassgefiltert. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 10.2 ist niedriger als die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 10.1. Die Grenzfrequenzen hängen maßgeblich von der Länge des Lautsprecherbandes vom ersten Ende des Lautsprecherbandes bis zum Anfang der jeweils zu betrachtenden Gruppe ab. Die Länge wird demnach für den Tiefpassfilter 10.1 durch die Lautsprecherchassis 2.1, 2.2.1 und 2.2.2 bestimmt. Für den Tiefpassfilter 10.2 wird die Länge durch die Lautsprecherchassis 2.1, 2.2.1, 2.2.2, 2.3.1 und 2.3.2 bestimmt.
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Die 7 zeigt nunmehr das Schaltungsbild der Ausführungsform gemäß 6. Die erste Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.1 ist unverzögert. Die zweite Gruppe mit den Lautsprecherchassis 2.2.1 und 2.2.2 ist hinsichtlich ihrer Verzögerung aufgeteilt. Trotzdem sind die beiden Lautsprecherchassis 2.2.1 und 2.2.2 in Reihe geschaltet. Das Allpassfilter des Verzögerungsgliedes 3.1 hat bei einer derartigen Schaltung und dem hier zu übertragenden Frequenzbereich sowie seiner gewählten Grenzfrequenz keinen nennenswerten Einfluss auf die Verzögerung des Lautsprecherchassis 2.2.2. Gleiches gilt im Verhältnis zur Reihenschaltung der Lautsprecherchassis 2.3.1 und 2.3.2. Hier hat der Allpassfilter des Verzögerungsgliedes 3.3 auch keinen Einfluss auf die Verzögerung der Lautsprecherchassis 2.3.2.
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Als Besonderheit weist die Schaltung zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe zwei Hochpassfilter ersten Ordnung und einen Tiefpassfilter erster Ordnung auf. D. h. in Rückleitung der ersten Gruppe ist ein Kondensator angeordnet und in der Zuleitung der zweiten Gruppe ist ebenfalls ein Kondensator angeordnet. Des Weiteren sind die Rückleitung der ersten Gruppe und die Zuleitung der zweiten Gruppe jeweils durch eine Parallelschaltung einer Spule und eines Widerstandes miteinander verbunden. Hier wird erreicht, dass bei hohen Frequenzen die erste Gruppe und die zweite Gruppe parallel geschaltet sind, wohingegen bei tiefen Frequenzen die Lautsprecherchassis 2.1, 2.2.1 und 2.2.2 in Reihe geschaltet werden. Hierdurch wird eine Angleichung des Schalldrucks über den Nutzfrequenzbereich der ersten und zweiten Gruppe erzielt. Diese Schaltungsanordnung ist mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet.
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Die in 8 dargestellte Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform gemäß 1. Der Unterschied besteht darin, dass sowohl dem Lautsprecherchassis 2.2 als auch dem Lautsprecherchassis 2.3 jeweils zwei zuschaltbare Verzögerungsglieder vorgeschaltet sind. Für das Lautsprecherchassis 2.2 sind das die Verzögerungsglieder 3.1.1 und 3.1.2. Das Verzögerungsglied 3.1.2 weist die Verzögerungszeit ΔT1A und das Verzögerungsglied 3.1.1 die Verzögerungszeit ΔT1B auf. ΔT1B ist größer als ΔT1A. Die Schaltungsanordnung lässt auch zu, dass keines der beiden Verzögerungsglieder 3.1.1 und 3.1.2 dem Lautsprecherchassis 2.2 vorgeschaltet ist.
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In gleicher Weise ist dem Lautsprecherchassis 2.3 in Parallelschaltung sowohl das Verzögerungsglied 3.2.1 mit der Verzögerungszeit ΔT2B als auch das Verzögerungsglied 3.2.2 mit der Verzögerungszeit ΔT2A vorgeschaltet. Auch hier lässt die Schaltungsanordnung zu, dass keine Verwendung der Verzögerungsglieder 3.2.1 und 3.2.2 stattfindet. Die Schalter sind so ausgeführt, dass sämtliche Schalter gemeinsam in ihre zwei Schaltstellungen bewegt werden. Dies ist erforderlich, da die Verzögerungszeiten aufeinander abgestimmt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt durch die verschiedenen Schaltstellungen eine Schallausbreitung mit symmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle, je nach Schalterstellung mit den Öffnungswinkeln z. B. 0°, 10° und 20°. Die Schalter sind mit den Bezugsziffern 20 bezeichnet.
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Die 9 ist nunmehr das zugehörige Schaltungsbild zu der Ausführungsform gemäß 8. Es lassen sich demnach drei verschiedene Schaltstellungen einnehmen. In der ersten Schaltstellung erfolgt keine Verzögerung und somit die Schallausbreitung mit Zylinderwelle ohne Aufweitung. Bei der zweiten Schaltstellung erfolgt die Schallausbreitung mit symmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle mit einem Verschlusswinkel von z. B. 10° und in der dritten Schaltstellung erfolgt die Schallausbreitung mit symmetrisch aufgeweiteter Zylinderwelle mit einem Öffnungswinkel von z. B. 20°. Zusätzlich sind zwischen der Zuleitung und der Rückleitung der dritten Gruppe noch ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 10 dient die Ausgestaltung gemäß der 8 und 9 als Bestandteil. Im oberen Bereich der Darstellung sind die sechs Mitteltöner entsprechend der Anordnung der 8 und 9 miteinander verschaltet. Es werden demnach auch hierfür die gleichen Bezugsziffern verwendet. Dieses Mitteltonlautsprecherband ist nunmehr parallel geschaltet mit zwei Tieftönern 30. Damit die Tieftöner 30 möglichst nur in einem Frequenzbereich unterhalb des Frequenzwirkbereichs des Lautsprecherbandes wirksam sind, ist dem Gruppenstrahler mit den Lautsprecherchassis 2.1, 2.2 und 2.3 ein Hochpassfilter 31 vorgeschaltet, während dem Tieftöner 30 ein Tiefpassfilter 32 vorgeschaltet ist. Die Grenzfrequenzen beider Filter 31 und 32 sind so gewählt, dass sich die wirksamen Frequenzbereiche möglichst wenig überschneiden. Da insbesondere bei tieferen Frequenzen sich das menschliche Gehör sehr schwer tut, den Ort der Schallquelle zu lokalisieren, stellt dies eine gute Anordnung für einen Lautsprecher zur Beschallung einer Beschallungszone dar, wobei eine gute Basswiedergabe erzielt ist.
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Die 12 und 13 zeigen in schematischer Darstellung einen Lautsprecher, der eine Ausführungsform für eine derartige Anordnung, d. h. ein Zusammenspiel von einem Gruppenstrahler in Linienausführung und Tieftönern darstellt. Die Tieftöner 30 sind dabei im Lautsprechergehäuse hinter dem Gruppenstrahler angeordnet, der jedoch nicht die gesamte Frontfläche des Gehäuses verdeckt. Wie gesagt, wird hierdurch eine gute Richtwirkung mit einstellbarem symmetrischen Öffnungswinkel und guter Basswiedergabe erzielt.
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Die 11 zeigt das zugehörige Schaltbild, das neben der bereits aus 9 bekannten Verschaltung hinsichtlich der Mitteltoner noch die Zuschaltung der beiden Tieftöner 30 zeigt. Dem Mitteltonlautsprecherband ist ein Hochpass 31 und den beiden Tieftönern 30 ein Tiefpass 32 vorgeschaltet.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform der 14 ist im Wesentlichen eine Kombination der Ausführungsformen der 4 und der 8. Den Verzögerungsgliedern 3.3.1 und 3.3.2 sind jeweils geeignete Tiefpassfilter 10.1 und 10.2 vorgeschaltet. Diese Anordnung stellt demnach ein für tiefere Frequenzen verlängertes Lautsprecherband bereit, wobei die Schallabstrahlung hinsichtlich des Öffnungswinkels in drei Stufen einstellbar ist.
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In 15 ist schematisch die Richtwirkung eines Gruppenstrahlers gemäß der Ausführungsformen in den 8 und 9 dargestellt. In durchgestrichelter Linie ist vor dem Lautsprecher der nach vorne abgestrahlte Teil der Zylinderwelle in durchgezogener Linie dargestellt, d. h. die Aufweitung der Zylinderwelle beträgt 0°. Mittels gestrichelter Linie ist die Aufweitung der Zylinderwelle symmetrisch zur Mittenlinie um 10° dargestellt. Mittels der strichpunktierten Linie ist die Aufweitung der Zylinderwelle symmetrisch zur Mittenlinie um 20° dargestellt. Hieraus wird ersichtlich, dass das Anwendungsspektrum eines Gruppenstrahlers erweitert wird. Insbesondere war die Fachwelt bislang bei derartigen Gruppenstrahlern bestrebt, diese schräg aufzuhängen, um ein bestimmtes Auditorium zu beschallen. Durch die Aufweitung, insbesondere nach unten, ist dies nicht mehr zwingend erforderlich oder nur noch in einem geringeren Maß von Nöten.
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Anhand der 16 ist die Wirkung er verzögerten Weiterleitung des Nutzsignals an einzelnen Lautsprecherchassis bzw. Gruppen dargestellt. Das Beispiel verwendet einen Gruppenstrahler mit asymmetrischer Aufweitung des Öffnungswinkels. Im oberen Bereich sind vier Einzellautsprecherchassis 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 angeordnet. Darunter folgen drei Gruppen mit Lautsprecherchassis. Die erste Gruppe enthält die beiden Lautsprecherchassis 2.5, die zweite Gruppe enthält die sechs Lautsprecherchassis 2.6 und die dritte Gruppe enthält die vier Lautsprecherchassis 2.7. Das Lautsprecherchassis 2.1 ist nicht verzögert. Schrittweise werden nunmehr die Lautsprecherchassis 2.2, 2.3 und 2.4 verzögert. Eigentlich sind sämtliche Lautsprecherchassis mit dem Lautsprecherchassis 2.1 in einer Ebene A angeordnet. Durch die Verzögerungsschaltung erfolgt jedoch eine virtuelle Zurückversetzung, wie sie in 16 gezeigt ist. Sehr gut erkennt man die schrittweise Zurückversetzung der Lautsprecherchassis 2.2, 2.3 und 2.4 gegenüber 2.1. Gleiches gilt für die gruppenweise Zurückversetzung der Lautsprecherchassis 2.5, der Lautsprecherchassis 2.6 sowie der Lautsprecherchassis 2.7. Eine gleichartige Wirkung könnte tatsächlich mittels eines Lautsprechers erzielt werden, der eine gemäß der 16 gestaffelte Anordnung des Lautsprecherchassis aufweist. Diese Anordnung wird jedoch vorteilhafterweise durch die Verzögerungsschaltung mittels der passiven, analogen Allpassfilter erster oder höherer Ordnung simuliert. Hierdurch baut der Gruppenstrahler trotz erweiterten Einsatzbereiches relativ schlank, da die für diesen Zweck erforderliche Elektronik sehr leicht in dem Gehäuse des Lautsprechers unterbringbar ist.
