DE102016124084B4

DE102016124084B4 - Lautsprechersystem mit Richtwirkung

Info

Publication number: DE102016124084B4
Application number: DE102016124084.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Christner; Nico Paul
Original assignee: D&B Audiotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: D&B Audiotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: CN108235175B; CN108235175A; US10477299B2; DE102016124084A1; US20180167722A1

Abstract

Lautsprechersystem, aufweisend:ein Lautsprechergehäuse (110) mit Frontseite (110_3) und Rückseite (110_4);mindestens eine in dem Lautsprechergehäuse (110) angeordnete erste Tiefton-Schallquelle (LF1) mit frontseitiger Hauptabstrahlrichtung;mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) ;mindestens eine erste Kammer (120) des Lautsprechergehäuses (110) mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen ersten Schallaustrittsöffnung;mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1), die in der ersten Kammer (120) unter Abstand rückseitig zu der ersten Tiefton-Schallquelle (LF1) angeordnet ist;einen ersten Übertragungsweg, der mit der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) und der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) gekoppelt ist; undeinen zweiten Übertragungsweg, der mit der ersten Tiefton-Schallquelle (LF1) gekoppelt ist,wobei die mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung auf etwa derselben Höhe wie die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) angeordnet ist, undwobei die mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) zur Erhöhung der Direktivität der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung vorgesehen ist und zu diesem Zweck im Betrieb eine seitliche Tiefton-Abstrahlung mit einem Zeitversatz gegenüber der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung durchführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit Richtwirkung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Lautsprechersystems.
Lautsprechersysteme mit einer Tiefton-Schallquelle weisen typischerweise nur eine geringe Direktivität (Richtwirkung) auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass tiefere Frequenzen im Audio-Frequenzbereich Wellenlängen aufweisen, die vergleichbar oder größer als die üblichen Gehäusemaße der Lautsprecherboxen sind. Schall mit einer Frequenz von 100 Hz hat beispielsweise eine Wellenlänge von 3,43 m. Liegt die Abmessung einer Lautsprecherbox deutlich darunter, wird diese Frequenz mehr oder weniger omnidirektional abgestrahlt. Wird z.B. ein Abstrahlbereich von 90° (mit -6 dB Pegel gegenüber der Hauptachse) gefordert, kann eine Lautsprecherbox mit beispielsweise 1 m Breite unter etwa 300 Hz diese Richtwirkung in der horizontalen Ebene nicht mehr liefern.
In der Beschallungstechnik, speziell beispielsweise bei der Beschallung von Großraum- oder Freiluftveranstaltungen, ist es jedoch wünschenswert, mit einem Lautsprecher einen definierten Zuhörerbereich möglichst gleichmäßig mit Schalldruck versorgen zu können, und zwar möglichst gleichmäßig über den definierten Zuhörerbereich und über möglichst alle für die Übertragung relevanten Frequenzbänder (z.B. 40 Hz bis 16 kHz). Dazu sollte idealerweise die Richtwirkung des Lautsprechersystems über den gesamten Frequenzbereich konstant sein. Das bedeutet, dass besonders im tiefen Frequenzbereich Maßnahmen wünschenswert sind, die die Direktivität eines Lautsprechersystems (bei gegebenen Gehäusemaßen) erhöhen.
Neben der möglichst gleichmäßigen Beschallung eines definierten Zuhörerbereichs kann eine erhöhte Direktivität auch im Hinblick auf den Lärmschutz von Bedeutung sein, da sie die Schallemission in unerwünschte Richtungen reduziert. Außerdem lässt sich durch eine erhöhte Direktivität die rückseitige Schallabstrahlung reduzieren, wodurch beispielsweise eine geringere Beschallung einer Bühne und dadurch eine höhere maximale Verstärkung vor dem Einsetzen einer Rückkopplung erreicht werden kann.
Bei Subwoofern (d.h. reinen Tiefton-Schallquellen) ist es bereits bekannt, sogenannte kardioide Lautsprecheranordnungen einzusetzen. Kardioide Lautsprecheranordnungen verwenden einen an der Rückseite des Lautsprechergehäuses angeordneten Tiefton-Lautsprecher, der einen Gegenschall zu dem von der Frontseite abgestrahlten Schall erzeugt, welcher eine Auslöschung des von dem frontseitigen Tiefton-Lautsprecher nach hinten abgestrahlten Schallanteils und eine Verstärkung des von dem frontseitigen Tiefton-Lautsprecher nach vorne abgestrahlten Schallanteils bewirkt.
CN 203 399 269 U beschreibt ein Fullrange-Lautsprechersystem mit einem nach vorne abstrahlenden Bass-Lautsprecher und einem weiteren Bass-Lautsprecher, der seitlich abstrahlt.
US 2005 / 0 047 622 A1 beschreibt eine zeitversetzte Ansteuerung von Tiefton-Treibern, die in dieselbe Richtung abstrahlen.
JP 2005 - 295 455 A beschreibt eine Lautsprecherbox, die mit Hochfrequenz-Lautsprechern, Mittelfrequenz-Lautsprechern und Tiefton-Lautsprechern ausgerüstet ist, die in dieselbe Richtung abstrahlen.
CN 201 995 113 U beschreibt einen koaxialen Lautsprecher, der mit Doppelhörnern ausgerüstet ist.
US 5 887 068 A offenbart ein Lautsprechersystem mit einem Front-Lautsprecher, einem Rück-Lautsprecher und einem in einer abgetrennten Kammer untergebrachten Seiten-Lautsprecher.
US 2006 / 0 182 298 A1 beschreibt eine Lautsprecherbox, welche Front-Lautsprecher, Rück-Lautsprecher sowie Seiten-Lautsprecher in abgetrennten Kammern aufweist.
Nexo Geo D Series User Manual, V1.06. Nexo S.A., Plailly ( Frankreich), 2010 - Firmenschrift beschreibt einen Lautsprecher vom Typ Geo D des Herstellers Nexo. Dieser umfasst seitliche Tiefton-Schallquellen, die eine Erhöhung der Direktivität ermöglichen.
Line Array Geo D de Nexo, URL:

http://www.doctorproaudio.com/content.php?976-nexo-geod-line -array, und Nexo launches Geo D array system at prolight and sound, URL: http://pro-light-news.com/html/16/e60419ne.htm beschreiben ebenfalls den Lautsprecher vom Typ Geo D des Herstellers Nexo.

US 2005 / 0 178 611 A1 beschreibt ein Tiefton-LautsprecherGehäuse, welches zwei phasenverschoben angesteuerte Tiefton-Schallquellen enthält.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein sogenanntes Fullrange-Lautsprechersystem mit mindestens einer Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und mindestens einer Tiefton-Schallquelle mit verbesserter Richtwirkung zu schaffen Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lautsprechersystems anzugeben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach weist eine Ausführungsform eines Lautsprechersystems ein Lautsprechergehäuse mit Frontseite und Rückseite sowie mindestens eine in dem Lautsprechergehäuse angeordnete erste Tiefton-Schallquelle mit frontseitiger Hauptabstrahlrichtung aufweisen. Ferner weist das Lautsprechersystem mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle auf. Mindestens eine erste Kammer des Lautsprechergehäuses ist mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen ersten Schallaustrittsöffnung versehen. In der ersten Kammer ist mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle angeordnet.
Durch die Integration der ersten Kammer mit seitlicher erster Schallaustrittsöffnung in das Lautsprechergehäuse und die Anordnung der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle in dieser Kammer kann erreicht werden, dass der aus der Schallaustrittsöffnung abgestrahlte Seitenschall in Phase und Amplitude so ausgelegt ist, dass er die Richtwirkung des Lautsprechersystems erhöht.
Die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle ist in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung unter Abstand rückseitig zu der ersten Tiefton-Schallquelle angeordnet, und die mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle ist in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung auf etwa derselben Höhe wie die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass die Laufwege des Schalls der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und des Schalls der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle in Hauptabstrahlrichtung vergleichbar lang sind, wodurch eine besonders einfache Audiosignal-Ansteuerung des Lautsprechersystems ermöglicht wird.
Das Lautsprechersystem weist einen ersten Übertragungsweg auf, der mit der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle gekoppelt ist, und einen zweiten Übertragungsweg, der mit der ersten Tiefton-Schallquelle gekoppelt ist. So ist es möglich, dass mittels einer z.B. passiven Frequenzweiche, deren Eingang mit dem ersten Übertragungsweg und deren Ausgänge mit Eingängen der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle gekoppelt sind, mittels beispielsweise eines einzigen Audiosignal-Kanals für die Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle eine Erhöhung der Richtwirkung des Lautsprechersystems erreicht wird.
Dabei kann der zweite Übertragungsweg des Lautsprechersystems vorgesehen sein, ein Audiosignal entgegenzunehmen, das zeitlich verzögert zu einem Audiosignal ist, welches für den ersten Übertragungsweg vorgesehen ist. Dieses zeitlich verzögerte Audiosignal für den zweiten Übertragungsweg kann durch einen zweiten Audiosignal-Kanal bereitgestellt werden.
Das Lautsprechersystem kann ferner ein HF-Horn und/oder ein MF-Horn aufweisen, welche(s) mit einer Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle gekoppelt sind (ist). Das HF-Horn und/oder das MF-Horn kann eine Länge gleich oder größer als 0,3 oder 0,4 oder 0,5 Mal der Tiefe des Lautsprechergehäuses aufweisen. Dies ermöglicht es, ein HF-Horn und/oder ein MF-Horn mit einer vergleichsweise großen Länge und damit einer guten Richtwirkung und hohem Wirkungsgrad für den Schall der Hochton- und/oder Mitteltonschallquelle einzusetzen.
Das Lautsprechersystem kann eine weitere Kammer mit einer Schallaustrittsöffnung zu der Frontseite des Lautsprechergehäuses aufweisen, wobei eine Mittelton-Schallquelle der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle in der weiteren Kammer untergebracht ist.
Es ist möglich, dass eine Hochton-Schallquelle der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle koaxial in Hauptabstrahlrichtung zu der Mittelton-Schallquelle angeordnet ist. In diesem Fall kann die Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle ein maximal symmetrisches Abstrahlverhalten aufweisen.
Ausführungsformen eines Lautsprechersystems weisen ferner mindestens eine in dem Lautsprechergehäuse angeordnete zweite Tiefton-Schallquelle mit frontseitiger Hauptabstrahlrichtung, mindestens eine zweite Kammer des Lautsprechergehäuses mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen zweiten Schallaustrittsöffnung und eine zweite Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle, die in der zweiten Kammer angeordnet ist, auf. Es kann ein symmetrischer Aufbau des Lautsprechersystems erreicht werden, dessen Richtwirkung aufgrund der Symmetrie nochmals erhöht bzw. maximal ist. Insbesondere können hierfür die erste und zweite Tiefton-Schallquelle und/oder die erste und zweite Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle und/oder die erste und zweite Kammer und/oder die mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle symmetrisch zu einer in der Hauptabstrahlrichtung verlaufenden Ebene des Lautsprecher ausgeführt sein.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems umfasst das Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle und eines Ansteuersignals für eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle aus einem gemeinsamen ersten Audioverstärker-Ausgangssignal unter Verwendung einer z.B. passiven Frequenzweiche, wobei die Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle in einer Hauptabstrahlrichtung abstrahlt und die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle seitlich zur Hauptabstrahlrichtung abstrahlt. Ferner umfasst das Verfahren das Koppeln einer ersten Tiefton-Schallquelle mit einem zweiten Audioverstärker-Ausgangssignal umfassen, welches gegenüber dem ersten Audioverstärker-Ausgangssignal zeitverzögert ist, wobei die erste Tiefton-Schallquelle in der Hauptabstrahlrichtung abstrahlt und in Hauptabstrahlrichtung unter Abstand zu der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle angeordnet ist.
Die Zeitverzögerung kann frequenzunabhängig, aber auch frequenzabhängig eingestellt sein und/oder einstellbar sein, wobei im letzteren Fall eine Verbesserung der Richtwirkung über den gesamten Frequenzbereich erreichbar ist.
Eine erste Möglichkeit der Einstellung der Zeitverzögerung besteht darin, diese so zu wählen, dass der Schall der ersten Tiefton-Schallquelle und der Schall der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle in der Hauptabstrahlrichtung kohärent überlagern. Auf diese Weise wird ein maximaler Schalldruck in Hauptabstrahlrichtung (d.h. eine maximale Verstärkung) des Schalls in Hauptabstrahlrichtung, d.h. nach vorne, erzeugt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Zeitverzögerung so zu wählen, dass der Schall der ersten Tiefton-Schallquelle und der Schall der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle in Gegenhauptabstrahlrichtung inkohärent überlagern. In diesem Fall wird ein minimaler Schalldruck (d.h. eine maximale Auslöschung) des Schalls in Gegenhauptabstrahlrichtung, d.h. nach hinten, erreichbar. Die Zeitverzögerung kann auch so eingestellt werden, dass eine speziell gewünschte, beispielsweise möglichst konstante Richtwirkung über alle Frequenzen erreicht wird.
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder einander ähnliche Teile. Die in den Zeichnungen dargestellten Lagebeziehungen und Größenverhältnisse sind als Offenbarungsgrundlage für beispielshafte Dimensionsangaben verwendbar. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Horizontalschnittdarstellung einer Lautsprecherbox eines Lautsprechersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Horizontalschnittdarstellung einer Lautsprecherbox eines Lautsprechersystems gemäß einer symmetrischen Variante der ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Horizontalschnittdarstellung einer Lautsprecherbox eines Lautsprechersystems gemäß einer nicht von der Erfindung umfassten zweiten Ausführungsform;
4 eine schematische Horizontalschnittdarstellung einer Lautsprecherbox eines Lautsprechersystems gemäß einer nicht von der Erfindung umfassten symmetrischen Variante der zweiten Ausführungsform;
5 eine schematische Perspektivansicht eines Line-Arrays bestehend aus einer Mehrzahl untereinander hängender Lautsprecherboxen;
6 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der ersten Ausführungsform;
7 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der ersten Ausführungsform;
8 eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der ersten Ausführungsform;
9 eine schematische Darstellung einer ersten eispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der nicht von der Erfindung umfassten zweiten Ausführungsform;
10 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der nicht von der Erfindung umfassten zweiten Ausführungsform;
11 eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften Anordnung elektronischer Komponenten eines Lautsprechersystems in und außerhalb einer Lautsprecherbox nach der nicht von der Erfindung umfassten zweiten Ausführungsform;
12 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines Lautsprechersystems nach der ersten Ausführungsform; und
13 ein Ablaufdiagramm eines nicht von der Erfindung umfassten beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines Lautsprechersystems.

Im Folgenden werden Ausführungsformen von Lautsprechersystemen in beispielhafter Weise beschrieben. Dabei bezeichnet der Begriff „Lautsprechersystem“ in seiner allgemeinsten Bedeutung die Kombination aus Lautsprecherbox und Elektronik unabhängig davon, ob Komponenten der Elektronik innerhalb oder außerhalb der Lautsprecherbox angeordnet sind. Als Lautsprecherbox wird in üblicher Weise die Einheit von Lautsprechern und Gehäuse sowie der weiteren in oder an dem Gehäuse vorhandenen Komponenten, wie beispielsweise Verkabelung, Frequenzweiche, Dämpfstoffe, Anschlussbuchsen, Leistungsverstärker (bei sogenannten Self-Powered Systemen), usw. bezeichnet. Insofern kann mit dem Begriff Lautsprechersystem in der hier verwendeten Bedeutung allein die Lautsprecherbox (mit den in oder an der Lautsprecherbox enthaltenen Komponenten) oder auch die Lautsprecherbox (mit den oder an in der Lautsprecherbox enthaltenen Komponenten) in Kombination mit gegebenenfalls vorhandenen externen elektronischen Komponenten gemeint sein.
Lautsprecher und/oder elektronische Komponenten, die im Folgenden als „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ bezeichnet werden, müssen nicht direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sein, sondern es können Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Komponenten vorhanden sein. Jedoch sollen die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ nicht auf diese Bedeutung beschränkt sein, sondern optional auch die Bedeutung haben können, dass die Komponenten direkt, d.h. ohne Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Komponenten miteinander gekoppelt oder verbunden sind.
Gemäß 1 weist eine erste Ausführungsform eines Lautsprechersystems 100 eine Lautsprecherbox auf, die ein Lautsprechergehäuse 110 und mehrere Schallquellen (Lautsprecher) enthält. Genauer sind in dem Lautsprechergehäuse 110 mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle angeordnet, die im Folgenden als HF/MF bezeichnet wird. Ferner ist in dem Lautsprechergehäuse mindestens eine erste Tiefton-Schallquelle (Tiefton-Lautsprecher) LF1 und mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (Richtwirkungs-Tiefton-Lautsprecher) R-LF1 vorhanden.
Mit HF/MF ist im Folgenden eine Lautsprecherbaugruppe bezeichnet, die Frequenzen im Hoch- und Mittelfrequenzbereich abstrahlt. Sie besteht üblicherweise aus (mindestens) einer Hochton-Schallquelle (Hochton-Lautsprecher) HF und mindestens einer Mittelton-Schallquelle (Mittelton-Lautsprecher) MF, kann jedoch auch aus (mindestens) einer Breitband-Schallquelle (Breitband-Lautsprecher) bestehen, die den gesamten Hoch- und Mittelfrequenzbereich abdeckt.
Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann HF mit einem HF-Horn 130 gekoppelt sein. MF und HF können koaxial zueinander orientiert sein, d.h. die Hauptabstrahlrichtungen von HF und MF können koaxial sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass HF zentral in Schallabstrahlrichtung vor MF angeordnet ist, siehe 1. Eine andere Möglichkeit besteht darin, HF baulich koaxial in den Treiber von MF zu integrieren, wodurch das HF-Horn 130 z.B. aus einem Zentralloch im Treiber von MF herausgeführt wird (nicht dargestellt). Ferner kann wie im Folgenden noch näher erläutert ein MF-Horn vorhanden sein, beispielsweise in Form einer „HF-Horn in MF-Horn“ Anordnung, bei welcher das MF-Horn das HF-Horn seitlich umgibt.
LF1 befindet sich bei dem Lautsprechersystem 100 im vorderen Bereich des Lautsprechergehäuses 110. LF1 strahlt in einer Hauptabstrahlrichtung ab. Die Hauptabstrahlrichtung von HF/MF verläuft vorzugsweise parallel zu der Hauptabstrahlrichtung von LF1.
Das Lautsprechergehäuse 110 umfasst ferner mindestens eine erste Kammer 120, in welcher eine Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (Richtwirkungs-Tiefton-Lautsprecher) R-LF1 angeordnet ist. Die erste Kammer 120 weist eine Schallaustrittsöffnung 120_1 auf, die einen seitlichen Schallaustritt ermöglicht und beispielsweise in einer ersten Seitenwand 110_1 des Lautsprechergehäuses 110 vorgesehen sein kann. Die Schallaustrittsöffnung 120_1 kann beispielsweise senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung von LF1 orientiert sein und ferner kann die Hauptabstrahlrichtung von R-LF1 parallel bzw. koaxial zu der Orientierung der Schallaustrittsöffnung 120_1 (d.h. beispielsweise zu einer Zentralachse der Schallaustrittsöffnung 120_1) verlaufen.
In 1 ist ein Horizontalschnitt durch die Lautsprecherbox dargestellt, d.h. 110_1 und 110_2 bezeichnen gegenüberliegende Seitenwände des Lautsprechergehäuses 110, das Bezugszeichen 110_3 bezeichnet die Frontseite des Lautsprechergehäuses 110 und das Bezugszeichen 110_4 bezeichnet die Rückseite des Lautsprechergehäuses 110. Die erste Kammer 120 trennt ein innerhalb der ersten Kammer 120 vorhandenes Luftvolumen durch Kammerwände von einem Luftvolumen in dem Lautsprechergehäuse 110 ab, d.h. die Kammerwände enthalten keine in das Lautsprechergehäuse (Tieftongehäuse) 110 mündende Öffnungen.
Das Lautsprechergehäuse 110 kann ferner eine weitere Kammer 140 aufweisen, in welcher MF (siehe 1) oder HF/MF angeordnet sind. Die weitere Kammer 140 enthält ebenfalls ein Luftvolumen, welches von dem Luftvolumen im Lautsprechergehäuse 110 durch Kammerwände getrennt ist.
R-LF1 ist in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung unter einem Abstand D von LF1 rückseitig zu LF1 angeordnet. Der Abstand D zwischen R-LF1 und LF1 bewirkt, dass Schall, der von R-LF1 abgestrahlt wird, einen längeren akustischen Weg (Laufweg) benötigt, um zu einem bestimmten Punkt frontseitig des Lautsprechergehäuses 110 zu gelangen als Schall, der von LF1 abgestrahlt wird (Schall von R-LF1 in Vorwärtsrichtung in ist in 1 mit RS1 bezeichnet, während Schall von LF1 in Vorwärtsrichtung mit S1 bezeichnet ist).
Der Schall RS1 von R-LF1 soll dazu dienen, das Abstrahlverhalten des Lautsprechersystems 100 zu kontrollieren und beispielsweise eine über den Frequenzbereich möglichst konstante Richtwirkung zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird die Schallerzeugung in der vorderen Tiefton-Schallquelle LF1 so um eine Zeitdauer Δt verzögert, dass sich der Schall S1 in Richtung nach vorne (d.h. in Hauptabstrahlrichtung von LF1) mit dem Richtwirkungs-Schall RS1 von R-LF1 verstärkt und/oder dass sich der Schall S1' von LF1 nach hinten (d.h. entgegen der Hauptabstrahlrichtung von LF1) mit dem Schall RS1' von R-LF1 nach hinten maximal auslöscht.
Während eine maximale Verstärkung (d.h. ein maximaler Schalldruck) nach vorne durch eine maximal kohärente Überlagerung von S1 und RS1 erreicht wird, wird eine maximale Auslöschung (d.h. ein minimaler Schalldruck) nach hinten durch eine maximal inkohärente Überlagerung von S1' mit RS1' erreicht. Die kohärente Schallüberlagerung nach vorne und die inkohärente Schallüberlagerung nach hinten sind in 1 schematisch durch Überlagerung von jeweiligen Wellenzügen veranschaulicht. Beide Bedingungen oder ein Kompromiss zwischen diesen beiden Bedingungen kann durch eine geeignete Wahl von Δt, d.h. der Zeitverzögerung der Ansteuerung von LF1 gegenüber der Ansteuerung von R-LF1, eingestellt werden.
Entlang der Hauptabstrahlrichtung von LF1 arbeiten daher die beiden Tiefton-Schallquellen LF1 und R-LF1 mit hoher bzw. maximaler Kohärenz und erhöhen dort den Schalldruck. Die abnehmende Kohärenz abseits der Hauptabstrahlrichtung führt dabei zu der gewünschten Richtwirkung in der Horizontalebene im Frequenzbereich von z.B. unter etwa 300 Hz. Durch Δt lässt sich somit die Richtwirkung des Lautsprechersystems 100 einstellen, wobei auch eine frequenzabhängige Einstellung Δt(f), d.h. Zeitverzögerung Δt als Funktion der Frequenz f, möglich ist.
Bei dem in 1 dargestellten Lautsprechersystem 100 befindet sich HF/MF ebenfalls im hinteren Teil des Lautsprechergehäuses 110, d.h. beispielsweise etwa auf derselben Höhe wie R-LF1 bezogen auf die Hauptabstrahlrichtung von LF1 (d.h. ebenfalls um etwa den Abstand D hinter LF1). Wie im Folgenden noch näher erläutert wird ermöglicht dies, dass das Lautsprechersystem 100 mit insgesamt nur zwei Verstärkerkanälen betrieben werden kann und der eine Verstärkerkanal beispielsweise über eine z.B. passive Frequenzweiche gemeinsam HF/MF und R-LF1 ansteuert, während der andere Verstärkerkanal LF1 ansteuert.
2 zeigt beispielhaft ein Lautsprechersystem 200 gemäß einer Variante der oben beschriebenen Ausführungsform. Das Lautsprechersystem 200 entspricht weitgehend dem Lautsprechersystem 100, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird. Der wesentliche Unterschied des Lautsprechersystems 200 von dem Lautsprechersystem 100 besteht darin, dass das Lautsprechersystem 200 eine in der Horizontalebene insgesamt symmetrische Schallabstrahlung aufweist, was dadurch erreicht wird, dass anstelle eines einzelnen Paares aus Tiefton-Schallquelle LF1 und Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle R-LF1 ein weiteres Paar aus Tiefton-Schallquelle LF2 und Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle R-LF2 in dem Lautsprechergehäuse 110 vorhanden ist. Dabei können LF1 und LF2 sowie R-LF1 und R-LF2 symmetrisch zu einer Vertikalebene des Lautsprechergehäuses 110 angeordnet sein, in welcher auch die Hauptabstrahlrichtung von HF/MF verlaufen kann. Hierdurch wird erreicht, dass in Bezug auf das Gesamtabstrahlverhalten des Lautsprechersystems 200 Symmetrie über den gesamten Frequenzbereich in der Horizontalebene erhalten werden kann.
Das Lautsprechergehäuse 110 des Lautsprechersystems 200 weist somit zusätzlich zu den in 1 beschriebenen Bauteilen eine zweite Kammer 220 mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen zweiten Schallaustrittsöffnung 220_1 auf. Eine zweite Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (Richtwirkungs-Tiefton-Lautsprecher) R-LF2 ist in der zweiten Kammer 220 angeordnet, wobei die Hauptabstrahlrichtung von R-LF2 beispielsweise entgegengesetzt zu der Hauptabstrahlrichtung von R-LF1 verlaufen kann. Ferner ist in dem Lautsprechergehäuse 110 des Lautsprechersystems 200 eine zweite Tiefton-Schallquelle (Tiefton-Lautsprecher) LF2 angeordnet, deren Hauptabstrahlrichtung nach vorne und z.B. parallel zu der Hauptabstrahlrichtung von LF1 verlaufen kann.
Die zweite Kammer 220 enthält ebenfalls ein vom Innenraum des Lautsprechergehäuses 110 abgeschlossenes Luftvolumen und kann beispielsweise eine identische Größe wie die erste Kammer 120 aufweisen. Insbesondere kann bezüglich einer in der Hauptabstrahlrichtung liegenden vertikalen Gehäuseebene LF2 symmetrisch zu LF1 und/oder R-LF2 symmetrisch zu R-LF1 und/oder die zweite Kammer 220 symmetrisch zu der ersten Kammer 120 angeordnet sein. Die Kammern 120, 220 können mit oder ohne seitliche Bassreflexöffnungen ausgeführt sein. Beispielsweise können Bassreflexöffnungen (nicht dargestellt) an den Seitenwänden 110_1 bzw. 110_2 z.B. im Bereich der hinteren Ecken der Kammern 120, 220 benachbart der Rückwand 110_4 vorgesehen sein.
LF1 und LF2 nutzen die gesamte verfügbare Breite des Lautsprechergehäuses 110, um eine in Bezug auf die Gehäusedimension größtmögliche Richtwirkung in der horizontalen Ebene zu erzielen (LF1 und LF2 können ein gemeinsames Luftvolumen im Innenraum des Lautsprechergehäuses 110 nutzen). Dennoch wäre ohne R-LF1 und/oder R-LF2 der Abstrahlwinkel gemäß den eingangs beschriebenen Gesetzmäßigkeiten bei tiefen Frequenzen (z.B. unter etwa 300 Hz) nicht mehr ausreichend kontrolliert. Zur Erhöhung der Richtwirkung des Lautsprechersystems 200 werden R-LF2 und R-LF1 eingesetzt, wobei die Ansteuerung von R-LF2 identisch zu der Ansteuerung von R-LF1 erfolgen kann und die Ansteuerung von LF2 identisch mit der Ansteuerung von LF1 sein kann. In der bereits beschriebenen Weise kann dadurch eine weitgehend oder maximal kohärente Überlagerung des Vorwärtsschalls S1 und RS1 von LF1 bzw. R-LF1 sowie eine weitgehend bzw. maximal kohärente Überlagerung des Vorwärtsschalls S2 und RS2 von LF2 bzw. R-LF2 erreicht werden. Gleichfalls oder alternativ ist es möglich, eine weitgehend oder maximal inkohärente Überlagerung des Rückwärtsschalls S1' und RS1' von LF1 bzw. R-LF1 und eine weitgehend oder maximal inkohärente Überlagerung des Rückwärtsschalls S2' und RS2' von LF2 bzw. R-LF2 zu erhalten. Kompromisslösungen zwischen diesen beiden Bedingungen sind selbstverständlich ebenfalls möglich, wobei in sämtlichen Fällen eine Erhöhung der Richtwirkung des Lautsprechersystems 200 erreicht wird, die durch Einstellung einer geeigneten Zeitverzögerung Δt zwischen den Ansteuersignalen von LF1 und R-LF1 und durch Einstellung einer geeigneten Zeitverzögerung Δt zwischen der Ansteuerung von LF2 und R-LF2 beeinflusst werden kann. Die Zeitverzögerung Δt bezüglich LF1 und R-LF1 kann identisch mit der Zeitverzögerung Δt bezüglich LF2 und R-LF2 sein.
Bei der ersten Ausführungsform, d.h. beispielsweise sowohl bei dem Lautsprechersystem 100 als auch bei dem Lautsprechersystem 200, kann aufgrund der tiefen Einbaulage von HF/MF nahe der Rückwand 110_4 des Lautsprechergehäuses 110 das HF-Horn 130 eine relativ große Länge H aufweisen, beispielsweise eine Länge, die gleich oder größer als 0,3 oder 0,4 oder 0,5 Mal der Tiefe des Lautsprechergehäuses 110 (die etwa der Länge der Seitenwände 110_1 bzw. 110_2 entspricht). Dies ermöglicht eine hohe Richtwirkung und einen Gewinn an Wirkungsgrad für den Schall im Hochfrequenzbereich. Ferner kann die weitere Kammer 140 und die darin angeordnete MF ebenfalls in der Nähe der Rückwand 110_4 des Lautsprechergehäuses 110 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich die weitere Kammer 140 vollständig im hinteren hälftigen Bereich des Lautsprechergehäuses 110 befinden. Durch die Rückwand-nahe Platzierung der weiteren Kammer 140 kann auch für den Schall im Mittelfrequenzbereich eine gute Richtwirkung, z.B. durch Schallleitwände 110_5 einer trichterförmigen Vertiefung im Lautsprechergehäuse 110, erreicht werden.
Ein MF-Horn kann beispielsweise durch diese Schallleitwände 110_5 der trichterförmigen Vertiefung gebildet sein. Es ist auch möglich, ein MF-Horn durch z.B. mehrere (hier zwei) separate Hornkanäle 135 zu realisieren, die z.B. als Kunststoff-Spritzgussteile gebildet sein können und beispielsweise seitlich neben dem zentralen HF-Horn 130 von MF zur Frontseite 110_3 des Lautsprechergehäuses 110 geführt sind. Der oder die Hornkanäle 135 des MF-Horns sind - ebenso wie das HF-Horn 130 - bis auf die frontseitige Schallöffnung volumenmäßig abgeschlossene Bauteile, die Schallleitwände 110_5 können in diesem Fall (optional) entfallen, siehe 2. Das MF-Horn ermöglicht stets eine hohe Richtwirkung und einen Gewinn an Wirkungsgrad für den Schall im Mitteltonbereich.
Hinzu kommt bei dem in 2 dargestellten Lautsprechersystem 200 die Erhöhung der Richtwirkung durch die symmetrische Anordnung von LF1/R-LF1 und LF2/R-LF2. Auf diese Weise kann ein Fullrange-Lautsprechersystem 200 geschaffen werden, das eine hohe und über den gesamten Frequenzbereich gleichmäßige (d.h. weitgehend konstante) Richtwirkung aufweisen kann. Insbesondere kann ein Lautsprechersystem 200 geschaffen werden, das vier (sechs) akustische Ausbreitungswege (HF, MF, LF1, R-LF1, (LF2, R-LF2)) aufweist, die über lediglich zwei Verstärkerkanäle betrieben werden. Die Ansteuerung der Schallquellen HF/MF, LF1, R-LF1, LF2, R-LF2 über nur zwei Verstärkerkanäle kann folgendermaßen erfolgen: Da sich R-LF1 und R-LF2 in Bezug zu der Hauptachse des Lautsprechersystems 200 näherungsweise auf einer akustischen Ebene mit HF/MF befinden, können R-LF1, R-LF2 und HF/MF über eine z.B. passive Frequenzweiche an einem (einzigen) Verstärkerkanal betrieben werden. Die vorderen Tiefton-Schallquellen LF1, LF2 können mit einem eigenen zweiten Verstärkerkanal und eigener Signalverarbeitung angesteuert und gegenüber dem System aus Hoch-, Mittel- und seitlichen Tieftönen (d.h. HF/MF, R-LF1, R-LF2) entsprechend ihrem Abstand zu letzterem bezüglich der Hauptabstrahlachse um Δt verzögert werden. Das heißt mit anderen Worten, die die Richtwirkung im Tieffrequenzbereich bewirkenden seitlich abstrahlenden R-LF1, R-LF2 können passiv mit auf das Ansteuersignal für den Hochton- und Mittelton-Frequenzbereich HF/MF gelegt werden, da zwischen diesen Quellen aufgrund ihrer Anordnung auf (in etwa) der gleichen Laufzeitebene kein Laufzeitproblem besteht.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Leitsprechersystems 200 besteht darin, dass eine sehr ausgeglichene Leistungsbilanz zwischen den beiden Verstärkerkanälen erreicht werden kann. Denn LF1 und LF2 sind vorzugsweise größer (d.h. leistungsstärker) als die R-LF1 bzw. R-LF2 auszulegen, da die Abstrahlung von LF1 bzw. LF2 nach vorne größer als nach hinten ist.
Somit können die leistungsschwächeren Tiefton-Schallquellen R-LF1, R-LF2 zusammen mit HF/MF von einem Verstärkerkanal betrieben werden, während die leistungsstärkeren Tiefton-Schallquellen LF1, LF2 ohne von dem anderen Verstärkerkanal betrieben werden. Dies ermöglicht es, die beiden Verstärkerkanäle leistungsmäßig etwa gleich stark zu belasten.
Mit anderen Worten wird bei einem 2- oder 3-Wege System mit Frontlautsprechern HF/MF (passiv getrennt) und LF1 und LF2 (aktiv betrieben) jeweils seitlich ein zusätzlicher akustischer Ausbreitungsweg R-LF1 bzw. R-LF2 zur Kontrolle des Abstrahlverhaltens hinzugefügt, der aufgrund seiner Geometrie und Laufzeiten passiv an die HF/MF-Frontlautsprecher gekoppelt werden kann.
Nach einer anderen Sichtweise der ersten Ausführungsform wird bei einem passiven 2- oder 3-Wege System mit seitlich ausgerichteten Tieftönern R-LF1 bzw. R-LF2 ein zusätzlicher aktiver akustischer Weg LF1 bzw. LF2 zur Kontrolle des Abstrahlverhaltens hinzugefügt, der aber nicht auf der akustischen Ebene der passiv betriebenen Lautsprechern oder dahinter, sondern in Hauptabstrahlrichtung davor liegt.
Wie in der Technik üblich wird hier mit einem 2-Wege System ein Lautsprechersystem bezeichnet, das eine (passive) Trennung in zwei Ansteuersignale (Breitband und LF) verwendet, während mit 3-Wege System ein Lautsprechersystem bezeichnet wird, das eine (passive) Trennung in drei Ansteuersignale (HF und MF und LF) vornimmt.
Für das in 1 gezeigte Lautsprechersystem 100 gelten die meisten obigen Ausführungen analog, insbesondere die Ausführungen zu der baulichen Ausführung von HF/MF und guten Kontrolle der Richtwirkung des HF/MF-Schalls aufgrund der tiefen Einbaulage in dem Lautsprechergehäuse 110, den zwei Verstärkerkanälen sowie zu deren ausgeglichener Leistungsbilanz.
Die 3 und 4 zeigen Lautsprechersysteme 300 bzw. 400 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Die Lautsprechersysteme 300 und 400 unterscheiden sich von den Lautsprechersystemen 100 bzw. 200 im Wesentlichen durch die folgenden Merkmale:

- In den Lautsprechersystemen 300, 400 ist HF/MF in einer gemeinsamen akustischen Ebene mit LF1 (und beim Lautsprechersystem 400 auch mit LF2) angeordnet. Mit anderen Worten ist HF/MF nicht mehr in der Nähe der Rückwand 110_4 auf der akustischen Ebene von R-LF1 (und beim Lautsprechersystem 400 von R-LF2) angeordnet, sondern in der Nähe der Frontseite 110_3 des Lautsprechergehäuses 110.
- Die weitere Kammer 140, in welcher MF oder HF/MF angeordnet ist, befindet sich dadurch im vorderen Bereich des Lautsprechergehäuses 110, d.h. nicht mehr auf der (akustischen) Höhe der ersten und/oder zweiten Kammern 120, 220, wie dies bei den Lautsprechersystemen 100 und 200 der Fall ist.
- Das HF-Horn 130 sowie gegebenenfalls das MF-Horn, z.B. gebildet durch die trichterförmige(n) Vertiefung(en) (Schallleitwände 110_5 für MF, siehe 4), weisen somit eine wesentlich geringere Länge in Hauptabstrahlrichtung als bei dem Lautsprechersystem 100 bzw. 200 auf.
- Auch die Lautsprechersysteme 300, 400 können durch eine Signalverarbeitung mit (nur) zwei Verstärkerkanälen angesteuert werden. Im Unterschied zu den Lautsprechersystemen 100, 200 können hier HF/MF passiv mit LF1 (und LF2 beim Lautsprechersystem 400) von einem Verstärkerkanal betrieben werden, während die seitlich abstrahlenden R-LF1 (und R-LF2 beim Lautsprechersystem 400) an einem eigenen Verstärkerkanal betrieben werden. Somit ermöglichen die in den 3 und 4 gezeigten Lautsprechersysteme 300 und 400 ebenfalls eine Kontrolle der Richtwirkung über den gesamten Frequenzbereich sowie eine Erhöhung der Richtwirkung im Tieffrequenzbereich durch die seitlich abstrahlenden R-LF1 (und R-LF2 beim Lautsprechersystem 400). Allerdings ist aufgrund der geringeren Einbautiefe von HF/MF (und der damit verbundenen geringeren HF/MF-Hornlänge(n) bzw. geringeren Tiefe der trichterförmigen Vertiefung 110_5 für MF) das Abstrahlverhalten im Hoch- und Mittelfrequenzbereich nicht so exakt kontrollierbar und der Wirkungsgrad geringer als bei den Lautsprechersystemen 100, 200. Außerdem ist die Leistungsbilanz der beiden Verstärkerkanäle nicht so ausgeglichen wie bei den Lautsprechersystemen 100, 200, da der Verstärkerkanal, der die leistungsstärkeren Tiefton-Schallquellen LF1, LF2 betreibt, zusätzlich die Leistung im Hoch- und Mittelfrequenzbereich für HF/MF bereitstellen muss.

Ansonsten gelten die Ausführungen zu den Lautsprechersystemen 100 und 200 analog für die Lautsprechersysteme 300 und 400, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Offenbarung zu den 1 und 2 Bezug genommen wird. Insbesondere weist auch das Lautsprechersystem 400 der 4 einen vollständig symmetrischen Aufbau in Bezug auf eine Mittenvertikalebene in Richtung der Hauptabstrahlrichtung auf.
Die Tiefe des Lautsprechergehäuses 110 (d.h. die Gehäusedimension in Hauptabstrahlrichtung) sämtlicher Ausführungsformen kann beispielsweise kleiner oder gleich oder größer als 40, 50, 60 oder 70 cm sein. Der Abstand von LF1 zu R-LF1 (bzw. LF2 zu R-LF2) in Hauptabstrahlrichtung gemessen zwischen den Zentren der jeweiligen Treiber kann beispielsweise kleiner oder gleich oder größer als 20, 30, 40, 50 oder 60 cm sein. Die Breite des Lautsprechergehäuses 110 (d.h. die Länge der Rückwand 110_4) kann beispielsweise kleiner oder gleich oder größer als 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 oder 160 cm sein. Die Höhe des Lautsprechergehäuses 110 (Dimension senkrecht zur Papierebene) kann beispielsweise kleiner oder gleich oder größer als 30, 40 oder 50 cm sein. Andere Werte sind ebenfalls möglich. Die Lautsprechergehäuse 110 können mit oder ohne Bassreflexöffnungen ausgeführt sein. Beispielsweise können Bassreflexöffnungen (nicht dargestellt) an der Frontseite 110_3 z.B. im Bereich der Ecken des Gehäuses 110 vorgesehen sein.
5 zeigt ein sogenanntes Line-Array 500, in welchem Lautsprechersysteme mit seitlichen Schallaustrittsöffnungen 120_1, wie sie beispielsweise in den 1 bis 4 dargestellt sind, untereinander hängend angeordnet sind. Das Lautsprechergehäuse 110 eines für ein Line-Array 500 bestimmten Lautsprechersystems weist eine sich zur Rückwand hin verjüngende Formgebung der Seitenwände 110_1, 110_2 auf, um die in 5 erkennbare (zunehmende) Krümmung des Line-Arrays 500 zu ermöglichen.
Bei den Lautsprechersystemen 100, 200, 300, 400 kann es sich jedoch auch um Stand-Alone-Systeme oder andere Lautsprechersysteme handeln, die nicht dafür vorgesehen sind, mit anderen Lautsprecherboxen zusammengeschlossen und in einem Array angeordnet zu werden. Beispielsweise kann es sich bei den hier beschriebenen Fullrange-Lautsprechersystemen auch um Standlautsprecher, beispielsweise Säulenlautsprecher handeln.
Die 6, 7 und 8 zeigen Beispiele für die Anordnung elektronischer Komponenten eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems gemäß der ersten Ausführungsform, also beispielsweise der in den 1 und 2 dargestellten Lautsprechersysteme 100, 200. Dargestellt ist in 6 ein dem Lautsprechergehäuse 110 externer Audiosignal-Schaltkreis 610, der zwei Verstärkerkanäle aufweist. Mit dem Bezugszeichen 620 ist ein Leistungsverstärker des ersten Verstärkerkanals bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 650 ist ein Leistungsverstärker des zweiten Verstärkerkanals bezeichnet.
Ein Ausgang 630 des ersten Verstärkerkanals des Audiosignal-Schaltkreises 610 ist beispielsweise über eine Kabelverbindung und einen Eingang 640 der Lautsprecherbox mit einem ersten Übertragungsweg der Lautsprecherbox verbunden. Der Eingang 640 kann sich beispielsweise an einer der Wände des Lautsprechergehäuses 110 (beispielsweise an der Rückwand 110_4) befinden.
In analoger Weise ist ein Ausgang 660 des zweiten Verstärkerkanals des Audiosignal-Schaltkreises 610 z.B. eine weitere Kabelverbindung über einen Eingang 670 der Lautsprecherbox mit einem zweiten Übertragungsweg der Lautsprecherbox verbunden, wobei der Eingang 670 ebenfalls am Lautsprechergehäuse 110 (z.B. Rückwand 110_4) angeordnet sein kann. An den Eingängen 640, 670 werden analoge Audiosignale entgegengenommen.
Der erste Übertragungsweg umfasst eine im oder am Lautsprechergehäuse 110 angeordnete (passive) Frequenzweiche 680, deren Eingang 681 mit dem ersten Eingang 640 der Lautsprecherbox verbunden ist. Die Frequenzweiche 680 umfasst einen ersten Ausgang 682, der mit einem Eingang von HF verbunden ist, einen zweiten Ausgang 683, der mit einem Eingang von MF verbunden ist, und einen dritten Ausgang 684, der mit einem Eingang von R-LF1 und, sofern vorhanden, mit einem Eingang von R-LF2 verbunden ist (3-Wege-System). Sofern HF und MF durch einen einzigen Breitband-Lautsprecher realisiert sind, fallen die Ausgänge 682 und 683 zusammen (2-Wege-System).
Der zweite Übertragungsweg umfasst in dem hier dargestellten Beispiel den zweite Eingang 670 der Lautsprecherbox, welcher mit einem Eingang von LF1 und, sofern vorhanden, mit einem Eingang von LF2 verbunden ist.
Die Zeitverzögerung für LF1 und gegebenenfalls LF2 findet beispielsweise in einer Signalverarbeitung vor dem zweiten Verstärkerkanal, d.h. vor dem zweiten Leistungsverstärker 650, statt. Dargestellt ist ein Zeitverzögerungsglied 690 im Audiosignalweg vor dem Leistungsverstärker 650 des zweiten Verstärkerkanals. Das Zeitverzögerungsglied 690 kann beispielsweise in einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung, insbesondere einem DSP (digitaler Signalprozessor) 691 realisiert sein, dort beispielsweise durch Nutzung des internen Speichers im DSP 691. Es ist auch möglich, dass das Zeitverzögerungsglied 690 Speicherbausteine (nicht dargestellt) außerhalb des DSP nutzt, um die gewünschte Zeitverzögerung im zweiten Audiosignalkanal zu realisieren.
Im Signalweg vor dem ersten Verstärkerkanal (d.h. vor dem ersten Leistungsverstärker 620) kann ebenfalls eine digitale Signalverarbeitung, z.B. in Form eines DSP 692, angeordnet sein. Der erste Audiosignalkanal, der den DSP 692 und den Leistungsverstärker 620 umfasst, und der zweite Audiosignalkanal, der das Zeitverzögerungsglied 690, den DSP 691 und den Leistungsverstärker 650 umfasst, können von einem gemeinsamen Audiosignal 605 angesteuert werden, das von einer Audiosignalquelle (nicht dargestellt), beispielsweise einem Mikrofon, bereitgestellt wird.
Eine andere Möglichkeit der Anordnung der genannten elektronischen Komponenten ist in 7 veranschaulicht. Dort sind das Zeitverzögerungsglied 690, die beiden digitalen Signalverarbeitungen (z.B. DSPs 691, 692), die Leistungsverstärker 620, 650 und die z.B. passive Frequenzweiche 680 innerhalb der Lautsprecherbox, d.h. in oder an dem Lautsprechergehäuse 110, angeordnet. Derartige Lautsprechersysteme mit integrierten Leistungsverstärkern 620, 650 werden auch als Self-Powered-Systeme bezeichnet. Die Lautsprecherbox kann mit einem einzigen Eingang 645 auskommen. Beiden Übertragungswege in der Lautsprecherbox sind mit diesem Eingang 645 gekoppelt und umfassen bei diesem Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitung, die Verstärkerkanäle sowie die bereits im Beispiel der 6 enthaltenen Komponenten.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der in 7 dargestellten Komponenten wird auf die Beschreibung zur 6 Bezug genommen.
8 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung der genannten Komponenten innerhalb bzw. außerhalb der Lautsprecherbox eines Self-Powered-Systems, bei welchem die Leistungsverstärker 620, 650 innerhalb der Lautsprecherbox (d.h. innerhalb oder an dem Lautsprechergehäuse 110) angeordnet sind. Die Lautsprecherbox weist wie in 6 wiederum zwei Eingänge 840, 870 für die beiden Audiosignalkanäle auf. Das Zeitverzögerungsglied 690 ist extern und kann beispielweise in einem DSP 691 realisiert sein. In der 8 ist der DSP 692 des ersten Audiosignalkanals ebenfalls extern. Beispielsweise kann ein externer Audiosignal-Schaltkreises 810 die digitalen Signalverarbeitungen z.B. in Form von DSPs 691, 692 enthalten und Ausgänge 860 bzw. 830 aufweisen, an denen beispielsweise digitale Audiosignale ausgegeben und zu den Eingängen 870 bzw. 840 an der Lautsprecherbox übertragen werden.
Es sind vielfältige Varianten der in den 6 bis 8 dargestellten Anordnungen möglich. Beispielsweise kann in 8 lediglich das Zeitverzögerungsglied 690 in beispielsweise einem „Systemprozessor“ (nicht dargestellt) der Lautsprecherbox (oder einem Array von Lautsprecherboxen) vorgeschaltet sein und die übrige kanalbezogene Signalverarbeitung in Form z.B. der DSPs 691, 692 kann ähnlich wie in 7 dargestellt innerhalb der Lautsprecherbox angeordnet sein.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das Zeitverzögerungsglied 690 bei allen Beispielen prinzipiell auch im Signalweg hinter dem Leistungsverstärker 650 angeordnet sein kann und dort beispielsweise mit einem passiven Allpass realisiert werden könnte. Allerdings erscheint diese Lösung aufgrund hoher Leistungsverluste im Zeitverzögerungsglied 690 für die meisten Anwendungen nicht sinnvoll.
Die in dem externen Audiosignal-Schaltkreis 610 enthaltenen elektronischen Komponenten können beispielsweise in einem gemeinsamen (externen) Gerät oder räumlich verteilt angeordnet sein. „Externe“ elektronische Komponenten können beispielsweise über größere Distanzen (beispielsweise mehrere 10 oder 100 m) entfernt von der Lautsprecherbox (oder dem Array aus Lautsprecherboxen) angeordnet sein. Bei Self-Powered Systemen mit integrierten Leistungsverstärkern (siehe beispielsweise die Anordnungen der 7 und 8) kann das Audiosignal bzw. die Audiosignale auch drahtlos zu den Lautsprecherboxen übertragen werden, d.h. die Eingänge 605 bzw. 840 und 870 können in diesem Fall durch Antennen und Funkempfänger realisiert sein. Die Signalverarbeitung in der Lautsprecherbox oder dem Array von Lautsprecherboxen, beispielsweise auch die Einstellung der Zeitverzögerung Δt, kann beispielsweise über eine Fernsteuerung (z.B. über Funk) von einer externen zentralen Steuereinheit (nicht dargestellt) vorgegeben werden.
Bei sämtlichen der in den 6, 7 und 8 dargestellten Anordnungen werden die seitlich abstrahlenden R-LF1 und gegebenenfalls R-LF2 passiv zusammen mit HF/MF (d.h. dem restlichen Fullrange-Frequenzband) angesteuert, während die „eigentlichen“ Tiefton-Schallquellen LF1 und gegebenenfalls LF2 über einen separaten Audiokanal betrieben werden.
Die 9 bis 11 illustrieren Anordnungen und Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten, wie sie für Lautsprechersysteme der zweiten Ausführungsform, d.h. beispielsweise den in den 3 und 4 dargestellten Lautsprechersystemen 300, 400 eingesetzt werden können. Die in den 9, 10 und 11 dargestellten Anordnungen unterscheiden sich von den in den 6, 7 bzw. 8 dargestellten Anordnungen im Wesentlichen dadurch, dass

- anstelle von R-LF1 und gegebenenfalls R-LF2 nunmehr LF1 und gegebenenfalls LF2 an die z.B. passive Frequenzweiche 680 angeschlossen sind, während nun die seitlich abstrahlenden Richtwirkungs-Tiefton-Schallquellen R-LF1 und gegebenenfalls R-LF2 von einem eigenen Audiosignalkanal betrieben werden; und
- die Frequenzweiche 680 nunmehr im zweiten Übertragungsweg (der mit der Zeitverzögerung arbeitet) enthalten ist, während der erste Übertragungsweg allein die Richtwirkungs-Schallquellen R-LF1 und gegebenenfalls R-LF2 versorgt.

Ansonsten gelten sämtliche zu den 6 bis 8 beschriebenen Merkmale und Eigenschaften analog für die in den 9 bis 11 dargestellten Anordnungen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Offenbarung zu den 6 bis 8 Bezug genommen werden kann.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines Lautsprechersystems gemäß der ersten Ausführungsform. Bei S1_1 wird ein Ansteuersignal für HF/MF und ein Ansteuersignal für R-LF1 aus einem gemeinsamen ersten Audioverstärker-Ausgangssignal unter Verwendung einer beispielsweise passiven Frequenzweiche erzeugt.
Bei S1_2 wird LF1 mit einem zweiten Audioverstärker-Ausgangssignal, welches gegenüber dem ersten Audioverstärker-Ausgangssignal zeitverzögert ist, gekoppelt, wobei LF1 in einer Hauptabstrahlrichtung abstrahlt und in Hauptabstrahlrichtung frontseitig unter Abstand zu R-LF1 angeordnet ist, und wobei R-LF1 seitlich zur Hauptabstrahlrichtung abstrahlt. Dabei kann HF/MF ebenfalls in der Hauptabstrahlrichtung abstrahlen.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems gemäß der zweiten Ausführungsform ist in 13 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Dabei wird bei S2_1 ein Ansteuersignal für HF/MF und ein Ansteuersignal für LF1 aus einem gemeinsamen zweiten Audioverstärker-Ausgangssignal unter Verwendung einer beispielsweise passiven Frequenzweiche erzeugt, wobei LF1 in einer Hauptabstrahlrichtung abstrahlt.
Bei S2_2 wird R-LF1 mit einem ersten Audioverstärker-Ausgangssignal gekoppelt, wobei R-LF1 seitlich zur Hauptabstrahlrichtung abstrahlt und in Hauptabstrahlrichtung rückseitig unter Abstand zu HF/MF und LF1 angeordnet ist. Dabei ist das gemeinsame zweite Audioverstärker-Ausgangssignal gegenüber dem ersten Audioverstärker-Ausgangssignal zeitverzögert. Dabei kann HF/MF ebenfalls in der Hauptabstrahlrichtung abstrahlen.
Sämtlichen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass ein Fullrange-Lautsprechersystem, welches beispielsweise über den gesamten Audiofrequenzbereich (z.B. 40 Hz bis 16 kHz) überträgt, mit einer über den gesamten Frequenzbereich kontrollierbaren und gegebenenfalls beispielsweise konstanten Richtwirkung ausgeführt werden kann, wobei die im tiefen Frequenzbereich aufgrund limitierter Gehäusedimensionen unzureichende Direktivität durch eine seitliche Tiefton-Abstrahlung mit einem gegenüber der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung gegebenenfalls frequenzabhängigen Zeitversatz gezielt erhöht wird. Sämtliche Lautsprechersysteme können dabei mit lediglich zwei Audiosignalkanälen und einer geeigneten, vorzugsweise passiven Trennung im Frequenzbereich auskommen, wobei insbesondere bei der ersten Ausführungsform eine besonders gute Kontrolle der Schallführung im HF/MF-Bereich und eine ausgeglichene Leistungsbilanz der Verstärkerkanäle erreichbar sind.

Claims

Lautsprechersystem, aufweisend: ein Lautsprechergehäuse (110) mit Frontseite (110_3) und Rückseite (110_4); mindestens eine in dem Lautsprechergehäuse (110) angeordnete erste Tiefton-Schallquelle (LF1) mit frontseitiger Hauptabstrahlrichtung; mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) ; mindestens eine erste Kammer (120) des Lautsprechergehäuses (110) mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen ersten Schallaustrittsöffnung; mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1), die in der ersten Kammer (120) unter Abstand rückseitig zu der ersten Tiefton-Schallquelle (LF1) angeordnet ist; einen ersten Übertragungsweg, der mit der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) und der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) gekoppelt ist; und einen zweiten Übertragungsweg, der mit der ersten Tiefton-Schallquelle (LF1) gekoppelt ist, wobei die mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung auf etwa derselben Höhe wie die erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) zur Erhöhung der Direktivität der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung vorgesehen ist und zu diesem Zweck im Betrieb eine seitliche Tiefton-Abstrahlung mit einem Zeitversatz gegenüber der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung durchführt.
Lautsprechersystem nach Anspruch 1, aufweisend: eine Frequenzweiche (680) im ersten Übertragungsweg deren Ausgänge mit Eingängen der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) und der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) gekoppelt sind.
Lautsprechersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Übertragungsweg vorgesehen ist, ein Audiosignal zu übertragen, das zeitlich verzögert zu einem Audiosignal ist, welches für den ersten Übertragungsweg vorgesehen ist.
Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: ein HF-Horn und/oder ein MF-Horn (130), welches mit der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) gekoppelt ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 4, wobei das HF-Horn und/oder das MF-Horn (130) eine Länge gleich oder größer als 0,3 oder 0,4, oder 0,5 Mal der Tiefe des Lautsprechergehäuses (110) aufweist.
Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine weitere Kammer (140) mit einer Schallaustrittsöffnung zu der Frontseite (110_3) des Lautsprechergehäuses (110), wobei eine Mittelton-Schallquelle der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) in der weiteren Kammer (140) untergebracht ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 6, aufweisend: eine Hochton-Schallquelle der Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF), die mit einem HF-Horn (130) gekoppelt und koaxial in Hauptabstrahlrichtung zu der Mittelton-Schallquelle angeordnet ist.
Lautsprechersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: mindestens eine in dem Lautsprechergehäuse (110) angeordnete zweite Tiefton-Schallquelle (LF2) mit frontseitiger Hauptabstrahlrichtung; mindestens eine zweite Kammer (220) des Lautsprechergehäuses (110) mit einer in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung seitlichen zweiten Schallaustrittsöffnung; und eine zweite Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF2), die in der zweiten Kammer (220) angeordnet ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Tiefton-Schallquelle (LF1, LF2) und/oder die erste und die zweite Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1, R-LF2) und/oder die erste und die zweite Kammer (120, 220) und/oder die mindestens eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) symmetrisch zu einer in der Hauptabstrahlrichtung verlaufenden Ebene ausgeführt sind.
Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems, das umfasst: Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Hochton- und/oder Mittelton-Schallquelle (HF/MF) und eines Ansteuersignals für eine erste Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R_LF1) aus einem gemeinsamen ersten Audioverstärker-Ausgangssignal unter Verwendung einer Frequenzweiche (680); und Koppeln einer ersten Tiefton-Schallquelle (LF1) mit einem zweiten Audioverstärker-Ausgangssignal, welches gegenüber dem ersten Audioverstärker-Ausgangssignal zeitverzögert ist, wobei die erste Tiefton-Schallquelle (LF1) in einer Hauptabstrahlrichtung abstrahlt und in Hauptabstrahlrichtung frontseitig unter Abstand zu der ersten Richtwirkungs-Tiefton-Schallquelle (R-LF1) angeordnet ist, die zur Erhöhung der Direktivität der Tiefton-Abstrahlung in Hauptabstrahlrichtung seitlich zur Hauptabstrahlrichtung abstrahlt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Zeitverzögerung frequenzabhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Zeitverzögerung so gewählt wird, dass das Lautsprechersystem über seinen gesamten Frequenzbereich eine weitgehend konstante Richtwirkung aufweist.