DE102020203659A1

DE102020203659A1 - Schallwandler-Anordnung und Verfahren zum Betrieb einer Schallwandler-Anordnung

Info

Publication number: DE102020203659A1
Application number: DE102020203659.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Hlatky; Philippe Robineau
Original assignee: Holoplot GmbH
Current assignee: Holoplot GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Also published as: WO2021186065A1; EP4122223A1; US20230135696A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Schallwandler-Anordnung (1) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Schallwandler (11) mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer zweidimensionalen Schallwandler-Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schallwandler-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Schallwandler-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 25.
Für die Wiedergabe von Audiosignalen ist das Prinzip der Wellenfeldsynthese bekannt (siehe z.B. Berkhout, A.J. (1988): A holographie approach to acoustic control. Journal of the Audio Engineering Society, Vol.36, No.12, December 1988, pp.977-995.).
Entsprechend dem Huygens-Prinzip werden dabei Schallwellenfronten aus einer Vielzahl von Elementarwellen rekonstruiert. Jede Elementarwelle geht vom akustischen Zentrum eines Schallwandlers aus, der von seinem zugeordneten Verstärker angesteuert wird.
Prinzipiell sollen diese Elementarwellen die Wellenfronten im gesamten hörbaren Übertragungsbereich synthetisieren. Damit die aus den Elementarwellen synthetisierten Schallwellenfronten mit gleicher Amplitude in jede Richtung abgestrahlt werden kann, verlangt das Funktionsprinzip eine ungerichtete Halbraumabstrahlung der einzelnen Schallwandler. Damit im Wiedergabebereich keine unerwünschten Interferenzen entstehen, die sich in Aliasing Effekten manifestieren, sollten die einzelnen Schallwandler theoretisch - auch für den oberen Übertragungsbereich (z.B. mehr als 4 kHz) zueinander in einem Abstand von weniger als einer halben Wellenlänge des abgestrahlten Signals angeordnet sein.
Für den Wiedergabebereich, d.h. einem Innen- und / oder Außenbereich, wird bei der Wellenfeldsynthese ein quellfreies Volumen gefordert, d.h. alle Reflexionen sollen vermieden werden. Weil aber eine völlige akustische Bedämpfung des Wiedergaberaumes in der Praxis kaum zu realisieren ist, müssen die Wellenfronten sowohl in der Azimut- wie auch in der Elevationsebene ausgerichtet werden. So kann die Entstehung von Reflexionen dadurch weitgehend vermieden werden, dass die Reflexionsflächen des Wiedergaberaumes nicht ungewollt von den synthetisierten Wellenfronten getroffen werden.
Mit horizontalen Schallwandler Reihen rings um das Publikum, wie sie zum Beispiel in einer Anlage der TU-Berlin realisiert sind (http://www.fouraudio.com/de/referenzen/wellenfeldsynthese-an-der-tu-berlin.html), ist das nicht möglich. In der Elevationsebene entstehen ungerichtete Zylinderwellen.
Aus der WO 2015 / 036845 A1 ist es bekannt, größere, zweidimensionale Schallwandlerflächen in Modulen nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese aufzubauen. Mit einer zweidimensionalen Schallwandler-Anordnung (z.B. DE 2005 10001395 A2 ) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese, führt aber die Forderung nach einer aliasingfreien Wiedergabe im gesamten Übertragungsbereich zu einem unverhältnismäßig hohen Aufwand, weil sich die Gesamtzahl der Schallwandler mit Halbierung ihres Abstandes zueinander vervierfacht. In der Praxis werden solche Strahlerflächen deshalb so aufgebaut, dass eine weitgehend geschlossene Wellenfront bis in den Formant Bereich der Sprachwiedergabe, also etwa bis 4 kHz, erzeugt werden kann. Die darüber liegenden Audiofrequenzen sind für die Lokalisation der Schallquelle von geringerer Bedeutung, so dass hier richtungsabhängige Aliasingeffekte zugelassen werden.
Als Schallwandler sind dabei dynamische Lautsprecher üblich. Ihre Eigenresonanzen liegen aber bei dem entsprechenden Membrandurchmesser mehrere Oktaven über der, für eine hochwertige Wiedergabe geforderten unteren Grenzfrequenz des zu reproduzierenden Audiobereiches. Auch Kennempfindlichkeit und Belastbarkeit von dynamischen Lautsprechern liegen weit unter den Werten, die für größere Schallwandler Standard sind.
Zwar verbessert sich in einer solchen zweidimensionalen Anordnung der Wirkungsgrad der einzelnen Schallwandler mit zunehmender Wellenlänge des Signals, weil sie mit sinkender Frequenz zunehmend synchron arbeiten. Die vorgelagerte Luft kann deshalb der Membranbewegung nicht mehr ungehindert nach allen Seiten ausweichen, weshalb der Membran nun eine größere Luftmasse vorgelagert ist. Verglichen mit einem einzelnen Schallwandler bewirkt die Last der nun zu bewegenden Luftsäule eine deutlich verbesserte Anpassung an den Strahlungswiderstand der Luft, weil die Membran nun nicht mehr nahezu ins Leere arbeitet, sondern einen Arbeitswiderstand findet. Das führt zu einem signifikanten Pegelanstieg hin zu niederen Frequenzen. Der kann aber den steileren Schalldruckabfall des Treibers unterhalb seiner Eigenresonanz nicht ausgleichen. Deshalb ist der Einsatz verschiedener Schallwandler mit der entsprechenden Aufteilung der abzustrahlenden Frequenzbereiche eine vorteilhafte Lösung.
Eine solche Aufteilung des Wiedergabebereiches in einzelne Frequenzbereiche führt in den horizontalen WFS Schallwandler Reihen, wie beispielsweise im Hörsaal TU Berlin, nur zu geringen Unregelmäßigkeiten in der vertikalen Richtcharakteristik des Systems (siehe Anselm Goertz, Michael Makarski, Christoph Moldrzyk , Stefan Weinzierl: Zur Entzerrung von Lautsprechersignalen für die Wellenfeldsynthese (Equalization of loudspeaker signals for wave field synthesis systems), 25. TONMEISTERTAGUNG - VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2008).
In einer flächigen oder räumlichen Schallwandler-Anordnung nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese entstehen komplexe Herausforderungen. Die Montage der verschiedenen Schallwandler ist nicht in einer Ebene möglich, weil die Wellenfront in allen drei Raumdimensionen ohne größere Lücken im Abstand der Hochton-Schallwandler rekonstruiert werden muss. Deshalb liegen die akustischen Zentren der Elementarwellen, aus denen sich die zu synthetisierende Wellenfront zusammensetzt, nicht in einer gemeinsamen Ebene.
1 stellt schematisch eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung dar. Hier sind drei erste Schallwandler 11 dargestellt, die hier beispielhaft als Konus-Schallwandler ausgebildet sind. Zwischen den ersten Schallwandlern 11 ist eine Mehrzahl von zweiten Schallwandlern 12 angeordnet. Diese sind in der dargestellten Ausführungsform als Kalotten-Schallwandler ausgebildet, die oft für den Hochton-Frequenzbereich verwendet werden. Von den ersten Schallwandlern 11 und den zweiten Schallwandlern 12 gehen jeweils Elementarwellen 311, 312 aus, die ihren Ursprungspunkt in jeweils den akustischen Zentren 211, 212 der ersten Schallwandler 11 und zweiten Schallwandler 12 haben.
Die akustischen Zentren 212 liegen bei Kalotten-Schallwandlern, wie die hier dargestellten zweiten Schallwandler 12, in etwa auf der Frontseite des Doms. Bei Konus-Schallwandlern, wie die hier dargestellten ersten Schallwandler 11, liegen die akustischen Zentren 211 der Elementarwellen 311 im hinteren Teil des Konus, etwa an der Front der Staubschutzkalotte. Wie aus 1 ersichtlich, ergibt sich durch die Anordnung und Bauweise der ersten und zweiten Schallwandler ein geometrischer Versatz der zugehörigen akustischen Zentren. Insbesondere liegen die akustischen Zentren der ersten und zweiten Schallwandler nicht auf einer Ebene. Mit Bezug auf die Hauptausbreitungsrichtung der jeweiligen Schallwandler 11, 12 liegen die ersten Schallwandler 11 hinter den zweiten Schallwandlern 12.
Dieser geometrische Versatz kann bei eine Wellenfeldsynthese nicht einfach zeitlich ausgeglichen werden.
In der Darstellung der 1 wird deutlich, dass Elementarwellen 311 der nach hinten versetzten Konus-Schallwandler 11 zwar zeitlich so angepasst werden können, dass sich eine gemeinsame Frontlinie 4 mit den Elementarwellen 312 der Kalotten-Schallwandler 12 ausbilden. Dann ist aber der Radius der Elementarwellen 311 der Konus-Schallwandler 311 größer als der Radius der Elementarwellen 312 der Kalotten-Schallwandler 12. Daraus ergibt sich eine inhomogene Verteilung der Wellenfronten.
Die Überlagerung inhomogener Wellenfronten führt vor allem im Crossover-Bereich zwangsläufig zu richtungsabhängigen Unregelmäßigkeiten im Frequenzgang und zu unerwünschten side loops. Gerade solche side loops sollen aber möglichst vermieden werden, wenn auf die Bedämpfung des Wiedergaberaumes verzichtet werden soll. Sie könnten unerwünschte Reflektionen erzeugen, welche die bei der Wellenfeldsynthese prinzipbedingte Quellfreiheit des Wiedergaberaumes konterkarieren würden. Gerade im Mitteltonbereich, in dem die Crossover-Frequenz üblicherweise liegen wird, sind solche Reflektionen gut zu lokalisieren, weshalb sie die räumliche Wiedergabe nachhaltig verfälschen würden.
Aufgabe ist es, die Abstrahlcharakteristik einer Schallwandler-Anordnung zu verbessern, insbesondere soll ein geometrischer Versatz von Schallwandlern in einer Schallwandler-Anordnung ausgleichbar sein.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist mindestens ein erster Schallwandler in der Schallwandler-Anordnung mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt. Damit kann z.B. das akustische Zentrum des jeweiligen ersten Schallwandlers so positioniert werden, dass eine bestimmte, insbesondere eine homogene Wellenfront erzeugbar ist.
Eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung kann z.B. die Federwirkung eines Luftvolumens in Reihe mit der Masse der Luft (1,293 g/ I) in einem Kanal nutzen. Als Volumen kann dann das Kammervolumen plus das Volumen des Membrankonus aufgefasst werden. Luft kann nur aus dem Kanal kommen, also liegt das akustische dann Zentrum dort. Dies bedingt u.a. eine geringe zeitliche Verzögerung (90 Grad Phase), die bei der Ansteuerung von Hochton-Lautsprechern berücksichtigt wird.
Die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung kann dabei vor, d.h. insbesondere in Hauptausbreitungsrichtung der durch den mindestens einen ersten Schallwandler erzeugbaren Elementarwelle, platziert sein. Die Filtervorrichtung kann aber auch eine andere Positionen relativ zu dem gekoppelten Schallwandler annehmen, z.B. versetzt oder seitlich positioniert sein.
Die akustische Tiefpass-Filtervorrichtung kann eine mechanische Vorrichtung sein oder eine solche aufweisen. Als solche kann sie ein federndes Luftvolumen in einer Luftkammer aufweisen. Die Luftkammer kann sich vor dem gekoppelten Schallwandler befinden.
Auch kann ein Hohlraum, insbesondere das Volumen des Membrankegels, des gekoppelten Schallwandlers Teil der Luftkammer der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung sein und/oder ein Teil des Schallwandlers kann Teil der Begrenzung der Luftkammer sein. Insbesondere kann ein Konus des Schallwandlers Teil der Luftkammer sein oder diese ganz ausmachen. Der Konus kann aber auch mit einer weiteren Luftkammer zur Luftkammer der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung luftleitend in Verbindung stehen. Ein Konusvolumen des mindestens einen ersten Schallwandlers kann Teil des federnden Luftvolumens sein oder diesem entsprechen.
Die akustische Tiefpass-Filtervorrichtung kann einen Hals aufweisen, der eine schwingende Luftmasse umfasst.
Der Hals der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung muss dabei nicht als Rohr ausgebildet sein. Vielmehr kann er von einer geraden Linie abweichen und einen in etwa kreisförmigen oder auch polygonalen Querschnitt oder eine beliebige Form aufweisen. Auch kann ein gerades Rohr einen Querschnitt aufweisen, der von einem Kreisquerschnitt abweicht.
Die Öffnung des Halses in die Umgebung kann in einer Platte vor dem jeweiligen mindestens einem ersten Schallwandler integriert sein; auch kann eine Öffnung in solch einer Platte als Öffnung des Halses in die Umgebung ausgebildet sein oder als der Hals selbst ausgebildet sein.
Dabei ist zu beachten, dass ein Teil der vorgelagerten Luft relativ starr mit der Luft im Kanal verbunden ist und deshalb der schwingenden Masse zugerechnet werden muss. Die entsprechenden Berechnungsgrundlagen dafür sind von der Mündungsöffnungskorrektur bei Bassreflex Rohren bekannt.
Der mindestens eine erste Schallwandler kann als Mittelton-Schallwandler, als Tiefmittelton-Schallwandler und / oder Tiefton-Schallwandler ausgebildet sein. Er kann ein dynamischer Lautsprecher, insbesondere ein Konus-Schallwandler sein, kann aber auch durch ein anderes Wandlerprinzip realisiert werden.
Eine Mehrzahl erster Schallwandler kann in einer Ausführungsform in einem Muster angeordnet sein. Dieses Muster kann insbesondere ein ein-, zwei- oder dreidimensionales Gittermuster sein, in dem die ersten Schallwandler regelmäßig angeordnet sind. Das Gittermuster muss dabei nicht zwingend in einer Ebene angeordnet sein, so dass auch Gitteranordnungen in einer Fläche mit Krümmungen denkbar sind. Dabei können beispielsweise Schallwandler eines ähnlichen Bautyps oder eines ähnlichen Übertragungsbereichs (z.B. Mittelton, Tiefmittelton, -oder Tiefton-Schallwandler) eine analoge Position einnehmen.
Weitere Schallwandler der Schallwandler-Anordnung können in einem zweiten Muster, insbesondere einem Gittermuster, relativ zueinander angeordnet sein. Weitere Schallwandler können beispielsweise Hochton-Schallwandler, insbesondere Kalotten-Schallwandler sein. Auch diese weiteren Schallwandler müssen nicht zwingend in einem ebenen Muster angeordnet sein.
Das erste und zweite Muster können sich zu einem gemeinsamen Muster überlagern oder eine Überlagerung zweier Gittermuster darstellen.
Die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung kann als Helmholtz-Resonator ausgebildet sein oder einen Helmholtz-Resonator aufweisen. Ein Helmholtz-Resonator weist dabei ein Luftvolumen beliebiger Form auf, das über einen vergleichsweise kleinvolumigen Hals mit der Umgebung verbunden ist. Die Luft im Hals kann dabei als träge Masse aufgefasst werden. Das gesamte Luftvolumen bildet ein elastisches Volumen, so dass ein Feder-Masse System vorliegt. Ein solches Feder-Masse System kann z.B. mit einem Schallwandler gekoppelt sein, indem es vor dem Schallwandler angeordnet ist. Damit dient der Helmholtz-Resonator als eine Tiefpass-Filtervorrichtung.
Die akustische Tiefpassvorrichtung kann in einer weiteren Ausführungsform so ausgebildet sein, dass der Zahlenwert des Verhältnisses der Fläche der Austrittsöffnung zum Produkt aus Volumen seiner Luftkammer und der Länge seines Halses $\frac{S}{V \cdot L}$
zwischen 100 bis 5000 liegt, wobei die Fläche und das Volumen in Quadrat- beziehungsweise Kubikmetern, und die Länge des Halses in Metern angegeben ist.
Sind eine Mehrzahl erster Schallwandler der Schallwandler-Anordnung mit akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen gekoppelt, können die akustischen Zentren der ersten Schallwandler mit gekoppelten Tiefpass-Filtervorrichtungen auf einer Fläche, insbesondere einer Ebene liegen.
Des Weiteren kann das akustische Zentrum des mindestens einen ersten Schallwandlers mit gekoppelten Tiefpass-Filtervorrichtung und eines zweiten Schallwandlers der Schallwandler Anordnung auf einer Fläche, insbesondere einer zwei-dimensionalen Ebene liegen.
Die Fläche kann insbesondere durch die akustischen Zentren der ersten und zweiten Schallwandler - unter Verwendung der Tiefpass-Filtervorrichtung - aufgespannt werden. Dementsprechend können die akustischen Zentren der ersten Schallwandler und damit gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen und die akustischen Zentren von zweiten Schallwandlern der Schallwandler-Anordnung in einer Fläche, insbesondere einer Ebene angeordnet sein.
Das akustische Zentrum des mindestens einen ersten Schallwandlers kann mittels der gekoppelten akustische Tiefpass-Filtervorrichtung positionierbar, insbesondere entlang der Richtung der Schallausbreitung verlagerbar sein. Dies kann zur Einstellung der räumlichen Abstrahlcharakteristik der Schallwandler-Anordnung nutzbar sein, insbesondere für eine homogene Struktur der Elementarwellen der Wellenfeldsynthese.
Die Richtung der Verlagerung des ersten akustischen Zentrums des mindestens einen ersten Schallwandlers kann kollinear zu der Ausbreitungsrichtung einer durch den mindestens einen ersten Schallwandler erzeugten Elementarwelle sein. Dabei ist die Ausbreitungsrichtung der Elementarwelle bestimmt durch den Vektor, der senkrecht auf der Ebene steht, die den Halbraum begrenzt, in den der Schallwandler ausstrahlt.
Insbesondere kann das akustische Zentrum des mindestens einen ersten Schallwandlers mittels der gekoppelten akustischen Tiefpassfiltervorrichtung so verschoben werden, dass es auf der Ebene eines zweiten Schallwandlers, dass das verschobene akustischen Zentrum auf der Ebene der Höhe des akustischen Zentrums eines zweiten Schallwandlers liegt, wobei die Ebene der Höhe des akustischen Zentrums eines Schallwandlers beschrieben ist durch die Ebene, die durch das akustische Zentrum des Schallwandlers verläuft und senkrecht auf dem Vektor der Ausbreitungsrichtung der von dem Schallwandler erzeugten Elementarwellen steht.
Umgekehrt, kann das akustische Zentrum der ersten Schallwandler mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung auch so verschoben werden, dass das akustische Zentrum eines zweiten Schallwandlers auf der Ebene der Höhe des verschobenen akustischen Zentrums liegt.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zusätzliche Phasendrehung eines Signals des mindestens einen ersten Schallwandlers, die durch Kopplung mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung entsteht, durch Anpassung der Ansteuerung, insbesondere mittels Verzögerung der Ansteuerung des mindestens einen zweiten Schallwandlers ausgeglichen werden, damit sich die Elementarwellen der Schallwandler in der Schallwandler-Anordnung zu einer gemeinsamen Wellenfront überlagern.
Die Grenzfrequenz der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung kann in einer Ausführungsform oberhalb, insbesondere ein bis zwei Oktaven oberhalb, einer Crossover Frequenz eines Übertragungsbereichs des jeweiligen mindestens einen ersten Schallwandlers abgestimmt sein. Dementsprechend muss der Übertragungsbereich des mindestens einen ersten Schallwandlers durch Kopplung mit einer der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung nicht wesentlich verändert werden.
Des Weiteren können zweite Schallwandler insbesondere für den Hochtonbereich, abweichend von der senkrecht zur zweidimensionalen Schallwandler Fläche stehenden Hauptachse der Schallwandler-Anordnung unterschiedlich ausgerichtet werden, mit dem Ziel, die Wiedergabe für entfernte Zuhörer, die sich weit abseits der Hauptachse in der Abstrahlrichtung der Schallwandler-Anordnung befinden, zu linearisieren. Die Hauptachse der Schallwandler-Anordnung kann sich bei gekrümmten Flächen auf einen lokalen Bereich beziehen.
Schallwandler-Anordnungen können zu einem modularen Schallwandlersystem kombiniert werden, welches beispielsweise mindestens zwei Schallwandler-Anordnungen umfasst, die so angeordnet sind, dass die Abstrahlflächen der jeweiligen Schallwandler-Anordnungen in einer Ebene angeordnet sind, Teil einer gekrümmten Fläche sind oder eine gekrümmte Fläche approximieren. Die Ausführungsformen beziehen sich auf ein einzelnes Modul im modularen Schallwandlersystem oder auch auf die Gesamtheit eines modularen Schallwandlersystem insgesamt.
Ein Modul oder ein Modul in einem Schallwandlersystem kann insbesondere als Drei-Wege-Modul ausgeführt sein oder ein solches aufweisen. Dieses kann erste Schallwandler, die beispielsweise als Konus-Schallwandler ausgeführt sind und für die Übertragung des mittleren Frequenzspektrums nutzbar sind, aufweisen. Diese sind mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt.
Des Weiteren kann das Modul Kalotten-Schallwandler aufweisen, die zur Audioübertragung des oberen Frequenzspektrums nutzbar sind. Diese können in Gruppen auf Leiterplatten so montiert sein, dass ihr Abstand zueinander geringer ist als der Abstand der Mitteltonlautsprecher zueinander.
Insbesondere so, dass ihr Abstand zueinander geringer ist als die kürzeste Wellenlänge des ohne wahrnehmbare Aliasing Effekte zu übertragenden Frequenzbereiches. In der Praxis reicht in der Regel ein Abstand von 4-12 cm, insbesondere 8 cm, zwischen Hochton-Schallwandlern aus, um eine Übertragung ohne wahrnehmbare Aliasing Effekte zu gewährleisten.
Ferner kann das Modul mindestens einen Bass-Schallwandler aufweisen, der hinter den Hochton-Schallwandlern und Mittelton-Schallwandlern angeordnet ist, und dessen erzeugter Schalldruck als doppelt ventilierter Bandpass ausführbar ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst.
Im Folgenden werden die Zusammenhäng und Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Diese zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine schematische Schnittansicht einer Schallwandler-Anordnung, in der erste Schallwandler mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt sind;
3 eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung in der erste Schallwandler mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt sind und sich die erzeugten Elementarwellen erster und zweiter Schallwandler zu einer gemeinsamen, homogenen Wellenfront überlagern;
4 einen ersten Schallwandler einer Schallwandler Anordnung, der mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt ist;
5 schematisch ein Gittermuster in dem erste und zweite Schallwandler einer Schallwandler Anordnung relativ zueinander angeordnet sind;
6 eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung in der erste Schallwandler mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt sind;
7 eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung in der erste Schallwandler mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung gekoppelt sind und mit zweiten Schallwandlern mit angepasster Ausrichtung;
8 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Ausführungsform eines Schallwandler Moduls.
9 einen beispielhaften Aufbau eines modularen Schallwandler-Systems.

2 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Schallwandler Anordnung 1 oder eines Schallwandler Moduls 7 (wie es beispielhaft in 8 dargestellt ist). Diese, und alle folgenden Ausführungsformen zeigen Ausführungsformen für Schallwandler-Anordnungen und Verfahren zum Betreiben von Schallwandler-Anordnungen.
Dargestellt sind erste Schallwandler 11 mit denen jeweils eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelt ist. Der Ausschnitt zeigt vier erste Schallwandler 11, die Anzahl ist aber lediglich beispielhaft zu verstehen.
Die akustische Tiefpass-Filtervorrichtung 5 ist hier jeweils direkt vor den ersten Schallwandlern 11 abgebildet, d.h. insbesondere in positiver Ausbreitungsrichtung 3111 der durch die jeweiligen ersten Schallwandler 11 erzeugten Elementarwelle 311. Diese Positionierung ist nur beispielhaft zu verstehen, auch eine andere, z.B. versetzte oder seitlich Positionierung der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 mit Bezug auf den gekoppelten ersten Schallwandler 11 ist möglich.
Die in 2 dargestellten ersten Schallwandler 11 sind äquidistant auf einer Geraden angeordnet. In weiteren Ausführungsformen sind erste Schallwandler 11 eines Bereiches einer Schallwandler-Anordnung 1, eines Schallwandler-Moduls 7 oder auch der gesamten Schallwandler Anordnung 1, in einem ersten Muster 611, insbesondere einem Gittermuster, relativ zueinander angeordnet. Dieses Muster kann ein ein-, zwei- , oder dreidimensionales Muster, insbesondere auch ein solches Gittermuster, sein (siehe z.B. 5).
Des Weiteren zeigt 2 zweite Schallwandler 12, deren Positionen sich mit denen der ersten Schallwandlern 11 entlang der Geraden abwechseln. Auch diese spezielle Anordnung ist nur beispielhaft zu versehen. Die zweiten Schallwandler 12 könnten in einem zweiten Muster 612 insbesondere einem Gittermuster angeordnet sein. Auch könnten weitere Schallwandler der auszugsweise dargestellten Schallwandler-Anordnung in einem zweiten Muster angeordnet sein. In einer Ausführungsform können sich erste Muster 611 und zweite Muster 612 zu einem gemeinsamen Muster 6 überlagern, wie beispielhaft in 5 dargestellt ist.
Zweite Schallwandler 12, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, können zweite Schallwandler 12 der dargestellten Schnittansicht sein, aber auch zweite Schallwandler 12 auf einer anderen Position der in 2 ausschnittsweise dargestellten Schallwandler Anordnung 1. Insbesondere müssen die zweiten Schallwandler 12 keine unmittelbare räumliche Nähe in der Schallwandler-Anordnung zu den ersten Schallwandlern 11 aufweisen.
Die durch die ersten Schallwandler 11 erzeugten Elementarwellen 311 haben ihren scheinbaren Ursprung in einem akustischen Zentrum 211, welches in 2 beispielhaft als Punkt dargestellt ist. Das akustische Zentrum 211 eines ersten Schallwandlers 11 kann beispielsweise durch die Bauart des ersten Schallwandlers 11 bestimmt sein. So liegt das akustische Zentrum eines Konus-Schallwandlers beispielsweise im hinteren Teil des Konus, in etwa an der Front der Staubschutzkalotte.
Die akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11 können mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 positionierbar sein, insbesondere entlang einer Achse. Dies wird mit Bezug auf 3 und 4 beispielhaft erläutert. Der Ort des verschobenen akustischen Zentrums 211 ist beispielsweise durch die Art oder Bauweise der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 und/oder durch die Platzierung der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 in Bezug auf den gekoppelten ersten Schallwandler 11 regulierbar und bestimmbar.
Insbesondere kann das akustische Zentrum 211 eines ersten Schallwandlers 11 mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 kollinear zu der Ausbreitungsrichtung 3111 der durch den ersten Schallwandler 11 erzeugten Elementarwelle 311 verschoben werden.
Durch Kopplung mit der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 kann das akustischen Zentrum 211 der ersten Schallwandler 11 so positioniert werden, dass die Krümmungsradien der von gekoppelten ersten Schallwandlern 11 und von zweiten Schallwandlern 12 erzeugten Elementarwellen 312, 311 angepasst sind oder sich entsprechen und somit die Erzeugung einer homogenen Wellenfront 4 durch die Schallwandler-Anordnung 1 oder des Schallwandler Moduls 7 ermöglicht wird.
Beispielsweise können die akustischen Zentren 212 von zweiten Schallwandlern 12 und die akustischen Zentren 211 von ersten Schallwandlern 11 mit gekoppelter akustischer Tiefpass-Filtervorrichtung 5 auf eine gemeinsame Fläche, insbesondere auf eine konvexe oder konkave Ebene positioniert werden.
Das akustische Zentrum 211 eines ersten Schallwandlers 11 kann mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 so verschoben werden, dass das verschobene akustischen Zentrum 211 auf der Ebene der Höhe des akustischen Zentrums 212 eines zweiten Schallwandlers 12 liegt, wobei die Ebene der Höhe des akustischen Zentrums eines Schallwandlers beschrieben ist durch die Ebene, die durch das akustische Zentrum des Schallwandlers verläuft und senkrecht auf dem Vektor der Ausbreitungsrichtung der von dem Schallwandler erzeugten Elementarwellen steht.
Umgekehrt, kann das akustische Zentrum 211 der ersten Schallwandler 11 mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 auch so verschoben werden, dass das akustische Zentrum 212 der zweiten Schallwandler 12 auf der Ebene der Höhe des verschobenen akustischen Zentrums 211 liegt.
Die Grenzfrequenz einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 bestimmt den Frequenzbereich, der von der Filtervorrichtung gedämpft wird, speziell wird der Schall oberhalb der Grenzfrequenz gedämpft und unterhalb der Grenzfrequenz nahezu ungedämpft durchgelassen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 oberhalb des Arbeitsbereiches oder oberhalb, insbesondere ein bis zwei Oktaven oberhalb, der Crossover Frequenz eines Übertragungsbereiches des mit der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelten ersten Schallwandlers 11 abgestimmt.
Die Grenzfrequenz kann insbesondere so abgestimmt werden, dass der Wiedergabefrequenzbereich des ersten Schallwandlers 11 durch Ankopplung mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 nicht wesentlich verändert wird, insbesondere hat die akustische Tiefpass-Filtervorrichtung 5 keine unerwünschte hörbare Auswirkung auf den Übertragungsbereich des gekoppelten ersten Schallwandlers 11.
Ist die Grenzfrequenz des akustischen Tiefpasses 5 nahe der oberen Grenze des Übertragungsbereiches des jeweiligen ersten Schallwandlers 11 für den tieferen Übertragungsbereich, können zudem Oberwellen des ersten Schallwandlers 11 die Zuhörer nicht erreichen, wodurch der Klirrfaktor des ersten Schallwandlers 11 gemindert werden kann.
Die ersten Schallwandler 11 können beispielsweise Mittelton-Schallwandler, Tiefmittelton-Schallwandler und/oder Tiefton-Schallwandler sein. Diese können beispielsweise als dynamische Lautsprecher, insbesondere als Konus-Schallwandler realisiert sein, wie in 3 und 4 dargestellt ist. Die zweiten Schallwandler 12 können Hochton- Schallwandler sein, die als Kalotten-Schallwandler realisiert sind (3). Die akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 können insbesondere Resonatoren aufweisen (d.h. ein Luftsystem aus einer Masse und einem federnden Luftvolumen), so wie es in den 3 und 4 dargestellt ist.
3 zeigt eine Schnittansicht einer Schallwandler-Anordnung 1 oder eines Schallwandler-Moduls 7, das als spezielle Ausführungsform des Gegenstands der 2 zu verstehen ist. Insbesondere lassen sich Beschreibungen der 2 auch auf 3 übertragen. 3 ist auch als Ausführungsform angewendet auf den Gegenstand der 1 zu verstehen.
Die ersten Schallwandler 11 sind in 3 beispielhaft als Konus-Lautsprecher dargestellt, die üblicherweise für den Mittelton- bis Tiefton-Frequenzbereich verwendet werden.
Mit den ersten Schallwandlern 11 ist jeweils eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelt. Diese ist in 3 jeweils unmittelbar vor den ersten Schallwandlern 11 platziert und als mechanische Vorrichtung, die mit Bezug auf 4 genauer beschrieben wird, dargestellt.
Die dargestellten mechanischen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 weisen jeweils ein federndes Luftvolumen 53 in einer Luftkammer 51 auf. In der in 3 beispielhaft abgebildeten Ausführungsform besteht die Luftkammer 51 jeweils aus dem Konus 511 des Konus-Schallwandlers 11 und einer weiteren Luftkammer 512. Daher besteht das federnde Luftvolumen 53 jeweils aus dem Konusvolumen 531 und einem weiteren Luftvolumen 532. Die Luftkammer 51 könnte aber auch dem Konus 511 entsprechen oder eine andere Luftkammer des ersten Schallwandlers 11 umfassen oder beinhalten. Ein Teil, insbesondere eine Wand, des ersten Schallwandlers 11 könnte Teil der Begrenzung der Luftkammer 51 sein. Die Luftkammer 51 könnte aber auch unabhängig von dem ersten Schallwandler 11 gebaut sein, insbesondere könnte die Luftkammer 51 keine gemeinsamen Begrenzungen mit dem ersten Schallwandler 11 aufweisen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform werden die Luftkammern 51 der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 teils durch eine Platte 55 begrenzt, die vor den ersten Schallwandlern 11 angebracht ist.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung weist des Weiteren einen Hals 52 auf, der ein schwingendes Luftvolumen 54 umfasst. In 3 sind die Hälse 52 der drei akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 so ausgerichtet, dass ihre Öffnungen 521 in die Umgebung in einer Ebene liegen. In der dargestellten Form sind Öffnungen 551 in der Platte 55, die die Luftkammern 51 teilweise begrenzt, Teil der Begrenzung der Hälse 52. Diese Bauweise ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
Durch Kopplung mit den akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 wird das akustische Zentrum der ersten Schallwandler 11 in etwa auf der Höhe der Öffnungen der Hälse 52 verschoben. Ein Vergleich der akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11 in 1 mit den akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11 mit den gekoppelten akustischer Tiefpass-Filtervorrichtung 5 in 3 zeigt, dass durch die Kopplung mit den akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 die akustischen Zentren der ersten Schallwandler 11 verschoben wurden. Insbesondere wurden die akustischen Zentren entlang der Ausbreitungsrichtungen der durch die jeweiligen ersten Schallwandler 11 erzeugten Elementarwellen 311 verschoben. Die verschobenen akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11 liegen auf einer Fläche.
3 zeigt des Weiteren zweite Schallwandler 12, die beispielhaft als Kalotten-Schallwandler dargestellt sind, welche üblicherweise für den Hochton-Frequenzbereich verwendet werden. Die Kalotten-Schallwandler sind hier beispielhaft auf der Platte 55, die die Begrenzung der Luftkammern 51 der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 darstellt, angebracht.
Die ersten Schallwandler 11 und zweiten Schallwandler 12 sind in einem gemeinsamen Gittermuster 6 angeordnet, insbesondere folgen in der in 3 dargestellten Anordnung auf einen ersten Schallwandler 11 drei zweite Schallwandler 12 in sich wiederholender Weise. Diese Anordnung ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform liegen die Öffnungen 521 der Hälse 52 der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 und die Dome 721 der Kalotten-Schallwandler in etwa auf einer Fläche. Da die verschobenen akustischen Zentren (verschoben durch die akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5) in etwa auf der Höhe der Öffnung der Hälse 52 liegen und die akustischen Zentren 212 der Kalotten-Schallwandler auf ihren Domen 721, liegen die akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11 mit gekoppelten Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 und die akustischen Zentren 212 der zweiten Schallwandler 12 in etwa auf einer Fläche.
Insbesondere wurden durch Kopplung mit den akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 die akustischen Zentren 211 der ersten Schallwandler 11, auf die Ebene verschoben, in der die zweiten Schallwandler 12 ihre akustischen Zentren 212 haben.
Die Krümmungsradien der Elementarwellen 311, 312 der ersten Schallwandler 11 und der zweiten Schallwandler 12 sind durch die Verschiebung der akustischen Zentren zueinander angeglichen, was ein Vergleich mit den Krümmungsradien der Elementarwellen 311, 312 in 1 zeigt.
Im Rahmen einer Kopplung mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 wird eine Phasenverschiebung der Signale der ersten Schallwandler 11 bewirkt. Diese zusätzliche Phasendrehung des Signals der ersten Schallwandler 11 kann durch eine angepasste Ansteuerung von zweiten Schallwandlern 12, insbesondere durch eine Verzögerung der Ansteuerung der zweiten Schallwandler 12 ausgeglichen werden, sodass sich die Elementarwellen 311, 312 zu einer gemeinsamen, homogenen synthetisierten Wellenfront 4 überlagern. Dies wird durch einen Vergleich der Wellenfront in 3 mit der Wellenfront in 1 verdeutlicht.
4 zeigt einen einzelnen ersten Schallwandler 11 aus einer Schallwandler-Anordnung 1, der mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelt ist. Der erste Schallwandler 11 ist hier beispielhaft als Konus-Schallwandler dargestellt.
Mit dem ersten Schallwandler 11 ist eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelt. Diese ist hier in der mechanischen Ausführungsform einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung dargestellt, die unmittelbar vor der dem ersten Schallwandler 11 platziert ist.
In der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 ist ein federndes Luftvolumen 53 mit einem schwingenden Luftvolumen 54 gekoppelt; ersteres entspricht einer Feder. Das federnde 53 und das schwingende Luftvolumen 54 bilden ein Masse-Feder System. Das federnde Luftvolumen 53 wird von einer Luftkammer 51 umfasst und das schwingende Luftvolumen 52 wird von einen kurzen Hals 52 umfasst. Dies entspricht einem Helmholtz-Resonator.
In 4 ist die Luftkammer 51, die das federnde Luftvolumen 53 umfasst, bestehend aus dem Konus 511 des Konus-Schallwandlers 11 und einer weiteren Luftkammer 512. Damit besteht das federnde Luftvolumen 53 aus dem Konusvolumen 531 und einem weiteren Luftvolumen 532.
Ein Teil der Begrenzung des Halses 52 der in 4 dargestellten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 ist eine Öffnung 551 in einer Platte 55 vor dem ersten Schallwandler 11, d.h. die Öffnung 551 in einer Platte 55 ist in den Hals 52 integriert. Die Öffnung 551 in der Platte 55 könnte auch der Öffnung 521 des Halses 52 in die Umgebung entsprechen. Die Öffnung in der Platte 551 könnte aber auch ganz dem Hals 52 entsprechen. Der Hals 52 könnte aber auch auf eine andere Art gebildet worden sein.
Sind mehrere, z.B. alle Mittelton-Schallwandler, alle Tiefmittelton-Schallwandler und/oder alle Tiefton-Schallwandler, in einer Schallwandler-Anordnung 1 mit einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 gekoppelt, kann eine Platte 55 vor der Schallwandler-Anordnung 1 mehrere Öffnungen 551 aufweisen, die jeweils als Öffnungen 521 der Hälse 52 der verschiedenen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 dienen oder in die Hälse 52 der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen 5 integriert sind.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Hals 52 als Rohr ausgebildet, insbesondere hat der Hals 52 einen kreisförmigen Querschnitt. Er könnte aber auch einen anderen, z.B. einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Die Öffnung des Halses kann aber auch eine andere Form aufweisen, die insbesondere durch die Bauart der Schallwandler-Anordnung insgesamt bestimmt sein kann oder sich aus der Bauart ergibt.
Das akustische Zentrum des ersten Schallwandlers 11 wandert durch Kopplung mit der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 zum Ende des Halses 52 der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5, in dem das schwingende Luftvolumen 54 die obere Grenzfrequenz der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 bestimmt.
In dem in 4 dargestellten Beispiel wird das akustische Zentrum des ersten Schallwandlers 11 mittels der gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung 5 in Ausbreitungsrichtung 3111 oder durch den ersten Schallwandler 11 erzeugten Elementarwelle 311 verschoben.
Die Berechnung der Grenzfrequenz des akustischen Tiefpasses kann analog zur Berechnung der Resonanzfrequenz eines Helmholz-Resonators erfolgen. Der Wert der Grenzfrequenz der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung soll wenigstens eine Terz bis eine Oktave höher liegen als die elektrische Trennfrequenz einer elektronischen Weiche des entsprechenden Schallwandlers. Die Resonanzfrequenz berechnet sich nach folgender Formel $ƒ = \frac{c}{2 π} \sqrt{\frac{S}{V \cdot L}},$
wobei c die Schallgeschwindigkeit, S den Querschnitts der Öffnung des Halses, L die Länge des Halses und V das durch das Volumen der federnden Luftmasse darstellen. Zusätzlich ist die Mündungsöffnungskorrektur zu beachten, weil ein Teil der vorgelagerten Luft zur schwingenden Masse gerechnet werden muss.
Die Berechnung der Grenzfrequenz dieser akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung kann analog zur Berechnung der Resonanzfrequenz eines Helmholtz Resonators erfolgen. Diese berechnet sich nach der Formel $ƒ = \frac{c}{2 π} \sqrt{\frac{S}{V \cdot L}},$
wobei c die Schallgeschwindigkeit in m/s, S die Fläche der Austrittsöffnung des Halses in m², L die Länge des Halses in m und V das Volumen der federnden Luftmasse in m³ darstellen.
Zusätzlich ist die Mündungsöffnungskorrektur zu beachten, weil ein Teil der vorgelagerten Luft zur schwingenden Masse gerechnet werden muss. Die Formel ändert sich dann in $ƒ = \frac{c}{2 π} \sqrt{\frac{S}{V \cdot (L + K)},}$
weil der Durchmesser der Öffnung des Halses mit einem Korrekturwert K versehen wird. Dadurch ergeben sich etwas tiefere Werte für die Grenzfrequenz. Die Mündungskorrektur kann erforderlich sein, da die schwingende Luftmasse nicht exakt dem Volumen der Halsöffnung entspricht, die etwas größer. Zusammen ergeben Länge und der Korrekturwert K eine effektive Länge.
Die effektive Länge ist die Summe aus der Halslänge L und einem Wert $2 * K_{m \ddot{u} dung} * {Radius}_{Hals}$
Die Mündungskorrektur K_mündung muss experimentell bestimmt werden. Man findet dafür Werte zwischen 0,6 und 1.6, insbesondere z.B. 0,85.
Das obere Ende des Arbeitsbereiches eines Mittelton-Schallwandlers liegt typischerweise zwischen 1 und 4 kHz. Mit der Grenzfrequenz des angekoppelten akustischen Tiefpasses oberhalb des Übertragungsbereiches des Mitteltonlautsprechers ergibt sich z.B. ein Verhältnis der Fläche der Austrittsöffnung zum Produkt aus Volumen und Länge des Halses $\frac{S}{V \cdot L}$
zwischen 100 und 5000.
5 zeigt schematisch ein Muster 6 in dem Schallwandler einer Schallwandler-Anordnung angeordnet sind. Dargestellt ist eine Mehrzahl erster Schallwandler 11, die in einem ersten Gittermuster 611 angeordnet sind, sowie weitere Schallwandler, die in einem zweiten Gittermuster 612 angeordnet sind.
In der dargestellten Form überlagen sich das erste Gittermuster 611 und das zweite Gittermuster 612 sich zu einem gemeinsamen Gittermuster 6.
Die ersten Schallwandler 11 können beispielsweise Mittelton-Schallwandler, Tiefmittelton-Schallwandler und/oder Tiefton-Schallwandler sein. Diese könnten beispielsweise als Konus-Schallwandler realisiert worden sein. Das erste Muster kann, wie in 5 dargestellt, ein Gittermuster sein, aber auch andere regelmäßige Anordnungen der Schallwandler sind möglich. Auch kann das Muster ein ein-, zwei- oder dreidimensionales Muster sein. Die Tiefpass-Filtervorrichtungen 5, die mit den ersten Schallwandlern 11 gekoppelt sind, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt.
In dem ersten Muster 611 können beispielsweise Schallwandler eines ähnlichen Bautyps oder eines ähnlichen Arbeitsbereiches analoge Positionen einnehmen.
Die weiteren Schallwandler können beispielsweise Hochton-Schallwandler, Tiefton-Schallwandler und/oder Mittelton-Schallwandler sein. Beispielsweise können weitere Schallwandler als Kalotten-Schallwandler realisiert worden sein.
In dem zweiten Muster 611 können weitere Schallwandler eines ähnlichen Bautyps oder eines ähnlichen Arbeitsbereiches ähnliche oder sich wiederholende Position einnehmen.
Das erste und das zweite Muster können eine Überlagerung zweier Gittermuster darstellen oder sich zu einem gemeinsamen Gittermuster vereinen. In diesem Gittermuster können Schallwandler eines ähnlichen Typs (z.B. Konus- bzw. Kalotten-Lautsprecher) oder eines ähnlichen designierten Übertragungsbereichs (z.B Hochton-Mittelton- und/oder Tieftonschallwandler) analoge Positionen einnehmen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels erläutert werden. Andere Ausführungen, auch mit einer anderen Aufteilung der Frequenzbereiche, sind möglich.
6 zeigt ähnlich zur Ausführungsform gemäß 3 eine Schnittansicht einer Schallwandler-Anordnung 1 oder eines Schallwandler-Moduls 7. Die Beschreibungen aus 3 lassen sich auf die hier gezeigte Darstellung übertragen.
Zusätzlich sind in 6 die Richtcharakteristiken 3121 der zweiten Schallwandler, die hier wie in 3 als Kalotten-Schallwandler dargestellt sind, eingezeichnet. Die Ausbreitungsrichtungen der durch die ersten und zweiten Schallwandler erzeugten Elementarwellen verlaufen parallel zueinander.
Hochton-Schallwandler können nur dann in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlen, wenn ihr Membrandurchmesser kleiner als die Wellenlänge des zu erzeugenden Schalls ist. Bei 16 kHz sind das nur 2,15 cm. Mit einer so geringen Membranfläche lässt sich aber am unteren Ende ihres Wiedergabebereiches nur wenig Schalldruck erzeugen. Hier muss immer ein Kompromiss zwischen gleichmäßiger räumlicher Abstrahlung, maximalem Schalldruck und unterer Grenzfrequenz des Übertragungsbereiches gefunden werden. Eine möglichst tiefe Crossover Frequenz zu den Mittelton-Schallwandlern ermöglicht wiederum einen größeren Abstand zwischen den einzelnen Mittelton-Schallwandlern, weil hier Aliasing Effekte im Crossover Bereich vermieden werden müssen. Dieser größere Abstand ermöglicht dann auch größere Membrandurchmesser, was dann eine effizientere Wiedergabe am unteren Ende des Wiedergabefrequenzbereiches der Mittelton-Schallwandler ermöglicht.
Die Abstrahlcharakteristik von Hochton-Schallwandlern ist nicht in alle Richtungen konstant, bei bestimmten Frequenzen sind richtungsabhängig deutliche Einbrüche in der Abstrahlung unvermeidlich. Dies ist in 6 durch die unregelmäßige Form der Richtcharakteristiken 3121 dargestellt. Diese Probleme nehmen mit dem Membrandurchmesser prinzipbedingt zu. Für weit von der Schallwandler Anordnung entfernte Zuhörer ist der Raumwinkel benachbarter Schallwandler nahezu gleich. Das führt bei den betreffenden Frequenzen zu einer, von der jeweiligen Position des Zuhörers im Wiedergabebereich abhängigen Nichtlinearität im Frequenzgang der Wiedergabe.
Diese Nichtlinearität kann nicht durch Entzerrung des Gesamtsignals ausgeglichen werden, weil dies mit einer Überbetonung der betreffenden Frequenz auf anderen Plätzen verbunden wäre. Mit Bezug auf 7 wird erläutert, wie der beschriebene Effekt reduziert werden kann.
7 zeigt eine Schnittansicht eines zu 6 vergleichbaren Aufbaus. Im Gegensatz zu dem Aufbau in 6 sind die Montagerichtungen der zweiten Schallwandler 12 verändert.
Insbesondere sind zweite Schallwandler 12, die im beispielhaften Aufbau für den Hochtonbereich genutzt werden können, abweichend von der Hauptachse 81 des Systems unterschiedlich ausgerichtet. Dies hat zum Ziel, die Wiedergabe für entfernte Zuhörer, die sich weit abseits der Hauptachse in der Abstrahlrichtung des Schallwandler-Anordnung 1 befinden, zu linearisieren.
In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform sind die Hochton-Schallwandler 12 nicht parallel auf einer Platte sondern leicht geneigt aufgebracht, dadurch sind die Neigungswinkel der Hochton-Schallwandler leicht unterschiedlich und weichen insbesondere von der Hauptachse 81 des Systems ab.
Diese zufällig verteilte, leichte Abweichung der Montagerichtung der Hochton-schallwandler 12 kann den mit Bezug auf 6 beschriebenen Effekt reduzieren. Obwohl wie in dem durch 6 dargestelltem Szenario die Abstrahlcharakteristik von Hochton-Schallwandlern 12 nicht in alle Richtungen konstant ist, wie durch die unregelmäßige Form der Richtcharakteristiken 3121 dargestellt, sind nun von einem bestimmten Zuhörerplatz aus gesehen nicht mehr alle Hochtonlautsprecher gleich ausgerichtet. So kann vermieden werden, dass ein ausgedehnter Bereich der Schallwandler Anordnung mechanisch genau in der Richtung zum Zuhörer steht, in der die Abstrahlung einer bestimmten Frequenz deutlich reduziert ist.
8 zeigt beispielhaft den Aufbau Schallwandler-Moduls, das hier als drei Wege Modul dargestellt ist, nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese
Das obere Frequenzspektrum des Audioübertragungsbereiches wird im beispielhaften Aufbau mit Kalotten-Schallwandlern 72 realisiert. Für das mittlere Frequenzspektrum werden Konus-Schallwandler 71 verwendet und der Bassbereich wird als doppelt ventilierter Bandpass 731, 732 ausgeführt.
Die in 8 gezeigten Kalotten-Schallwandler haben eine sehr geringe Gesamttiefe. Sie sind in Gruppen auf Leiterplatten montiert, die sie über Steckverbinder mit den Verstärkern an der Rückseite der Module verbinden. Ihr Abstand zueinander ist so gewählt, dass bis in den Formant Bereich der Vokale eine von Aliasingeffekten weitgehend freie Wiedergabe gewährleistet ist. Sie gewährleisten in ihrem Arbeitsbereich eine Halbraumabstrahlung ohne tiefe Einbrüche in der direktionalen Richtcharakteristik. Prinzipiell ist die Erfindungsgemäße Lösung aber nicht auf die Verwendung dynamischer Schallwandler begrenzt.
An der oberen Frequenzgrenze ihres Arbeitsbereiches liegt der Membrandurchmesser von Hochton-Schallwandlern im Bereich der abgestrahlten Wellenlänge. Hier sind sie deshalb relativ gut an den Arbeitswiderstand der Luft angepasst und die Phasenlage des Signals kann sich zwischen benachbarten Schallwandlern deutlich unterscheiden. Deshalb ist hier nicht mit einer Verbesserung des Wirkungsgrades aufgrund verbesserter Anpassung im Vergleich zu jedem einzelnen Schallwandlern zu rechnen.
Dagegen sind die Phasenunterschiede zwischen benachbarten Schallwandlern an der unteren Frequenzgrenze ihres Arbeitsbereiches gering. Die Wellenlänge des Signals ist um ein Mehrfaches größer als ihr Membrandurchmesser. Hier kommt deshalb der Vorteil der besseren Anpassung der Gruppe an den Lastwiderstand des Übertragungsmediums im Vergleich zum einzelnen Schallwandler zum Tragen. Der Wirkungsgrad steigt deutlich gegenüber dem eines gleichen Einzelstrahlers und das Gewicht der nun auf der Kalotte lastenden Luftsäule verschiebt ihre Eigenresonanz deutlich nach unten. Die sonst notwendige Ankoppelung des Schallwandlers etwa eine Oktave oberhalb seiner Eigenresonanz kann in den Bereich nahe seiner Freiluftresonanz nach unten verschoben werden.
Der verbesserte Wirkungsgrad trägt dann dazu bei, dass die Schallwandler-Anordnung 1 höhere maximale Schalldruckpegel erzeugen kann, als dies bei konventionellen PA Lautsprechern möglich ist. Wegen der verteilten Anordnung der Schallwandler entsteht nicht das Problem, dass die Luft vor der kleinen Membranfläche eines Hochton-Schallwandlers bis in den Bereich der Nichtlinearität komprimiert werden muss, um auch in einem großen Publikumsbereich noch den bei Live Events oft üblichen hohen Schalldruck zu erzeugen. Das begrenzt den theoretisch möglichen maximalen Schalldruckpegel konventioneller Lautsprecheranlagen.
Vor der größeren Gesamtfläche der erzeugenden Treiber in der flächigen Schallwandler-Anordnung 1 nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese bleibt der Schalldruck vor jedem einzelnen Schallwandler viel geringer, so dass bei entsprechender Auslegung der Verstärker und Treiber im Publikumsbereich ein deutlich höherer Schalldruck erzeugt werden kann, ohne das die Nichtlinearität der Kompressionskurve der Luft zu Nichtlinearitäten im wahrgenommenen Audiosignal führt.
Zudem erleichtert der verbesserte Wirkungsgrad in der flächigen Schallwandler-Anordnung 1 die Auswahl der Schallwandler für den angrenzenden Frequenzbereich deutlich. Ihr Abstand zueinander soll wiederum geringer sein, als die Wellenlänge an der Obergrenze ihres Übertragungsbereiches. Das lässt sich wegen der relativ tiefen Ankoppelung der Hochton-Schallwandler 72 auch praktisch realisieren.
Dabei bleibt der Membrandurchmesser der verwendeten Konus-Lautsprecher in ihrem gesamten Frequenzbereich unterhalb der abgestrahlten Wellenlänge. Am unteren Bandende ist die Wellenlänge des Signals um mehr als eine Zehnerpotenz größer als jede einzelne Membran, so dass sie hier völlig fehlangepasst wäre, wenn sie nicht in der Gruppe mit den benachbarten Schallwandlernarbeiten würde. Im Bassbereich hat die verbesserte Anpassung der Gruppe deshalb eine sehr deutliche Steigerung des Wirkungsgrades, vergleichbar mit der besseren Anpassung der Treiber in Hornlautsprechern, zur Folge.
Jedoch reichen Treiber mit dem Membrandurchmesser, der sich aus ihrem relativ geringen Abstand zueinander ergibt, nicht aus, um im Tiefbassbereich den extremen Schalldruck zu erzeugen, wie er heute im PA Bereich als unverzichtbar betrachtet wird. Die Eigenresonanz dynamischer Lautsprecher mit entsprechendem Durchmesser liegt meist deutlich über 100 Hz, wenn sie die im PA Bereich geforderte hohe Kennempfindlichkeit haben. Unterhalb der Eigenresonanz fällt die Schalldruckkurve deutlich steiler, als es der Anstieg durch den Wirkungsgrad der Gruppe kompensieren kann.
Die zwei-Wege Module könnten zwar wie üblich externe Subwoofer ergänzt werden. Jedoch hat eine Integration des Subbassbereiches in die Wellenfeldsynthese-Schallwandler Fläche signifikante Vorteile, wenn eine größere Anzahl von Modulen zu einer Schallwandler Fläche kombiniert wird. Neben der besseren Anpassung lässt sich mit einer ausreichend großen Wandfläche auch eine deutliche Richtwirkung bis in den Tiefbassbereiches erzielen.
Die Wellenlängen des Signals sind im tiefen Bass Bereich so groß, das die Membranauslenkungen bei der Wellenfeldsynthese selbst über mehrere Module weitgehend synchron erfolgen. Trotz ihres großen Durchmessers ist jede einzelne Membran in ihrem gesamten Arbeitsbereich viel kleiner als die Wellenlänge des erzeugten Signals. Deshalb profitiert auch der Wirkungsgrad im Bassbereich von der Anordnung der einzelnen Schallwandler im Modulverband einer zweidimensionalen Strahler Fläche.
Deshalb ist der beispielhafte Aufbau als drei-Wege Modul 7 ausgeführt. Das für den Bass-Schallwandler 73 notwendige Volumen kann dabei nur hinter den Schallwandlern für den Mittel- und Hochtonbereich 71, 72 angeordnet werden. Dabei entsteht das Problem, das der erzeugte Schalldruck seinen Weg zur Front der flächigen Schallwandler-Anordnung 1 finden muss. Die Kontinuität der vorgelagerten Strahler Fläche darf dabei nur so gering wie möglich gestört werden, weil dadurch Beugungseffekte mit entsprechenden Nebenkeulen in der Richtcharakteristik entstehen.
Wie in der 8 ersichtlich wird, ist die beispielhafte Lösung deshalb als doppelt ventilierte akustische Bandpass-Filtervorrichtung 731, 732 ausgeführt. Die beiden nach vorn geführten Kanäle unterbrechen die Struktur der Hochton-Schallwandler 72 und Mittelton-Schallwandler 71 dabei nur in einem noch tolerierbaren Ausmaß, das Funktionsprinzip der doppelt ventilierten ermöglicht aber einen Wirkungsgrad, mit dem der Bassbereich nicht gegen den hohen Schalldruck der vorgelagerten Schallwandler-Anordnung 1 für den Mittel- und Hochtonbereich abfällt.
Der hohe Wirkungsgrad des doppelt ventilierten Bandpass 731, 732 Bass-Schallwandlers ist prinzipbedingt mit der eingeschränkten Bandbreite und einer Nichtlinearität des Phasenganges verbunden.
Bei der abgestrahlten Wellenlänge von mehreren Metern können beide Öffnungen in der Front aber nahezu als gemeinsames akustisches Zentrum betrachtet werden. Damit ist eine zeitliche Korrektur möglich, ohne dass im Übergangsbereich ein inhomogenes Feld entsteht. Jedoch erhöht eine zeitliche Korrektur bei den großen Wellenlängen in dem Bereich die Latenz des Systems deutlich. Das wird bei jeder Live Performance zum Problem. Hier muss abgewogen werden, ob eine geringe Latenz des Systems oder ein linearer Phasengang Vorrang hat. Hier sind Kompromisse oder verschiedene Setups möglich.
Die Wellenlängen des Signals sind im tiefen Bass Bereich so groß, das die Membranauslenkungen bei der Wellenfeldsynthese selbst über mehrere Module weitgehend synchron erfolgen. Trotz ihres großen Durchmessers ist jede einzelne Membran in ihrem gesamten Arbeitsbereich viel kleiner als die Wellenlänge des erzeugten Signals. Deshalb profitiert auch der Wirkungsgrad im Bassbereich von der Anordnung der einzelnen Schallwandler im Modulverband einer zweidimensionalen Strah lerfläche.
Grundsätzlich kann man von einer zweidimensionalen Schallwandler-Anordnung sprechen, wenn die einzelnen Schallwandler nicht nur in einer Reihe (linear) angeordnet sind. Dabei kann z.B. ein leichter Versatz einzelner Schallwandler senkrecht zur linearen Erstreckung in der Regel vernachlässigt werden.
Wenn von einer dreidimensionalen Schallwandler-Anordnung gesprochen wird, kommt es neben der flächigen Anordnung auch auf die Anordnung einzelner Schallwandler senkrecht zu der Fläche an.
In diesem Sinne können die oben beschriebenen Ausführungsformen z.B. gemäß 8 als dreidimensionale Schallwandler-Anordnungen bezeichnet werden. Bei diesen Ausführungsformen kommt es auf den relativen Abstand der einzelnen Schallwandler zueinander durchaus an.
9 zeigt einen beispielhaften Aufbau mit einer Vielzahl von Schallwandlern, der auch hier in Form eines modularen Schallwandlersystem verwirklicht wurde.
Die Schallwandler-Module können dabei sowohl in horizontale als auch in vertikale Richtungen aneinander gereiht und/oder aufeinander gestapelt sind. Die Schallwandler-Module können so aufgestellt werden, dass ihre Abstrahlflächen auf einer Höhe liegen.
Die Schallwandler-Module können so aufgestellt sein, dass die Abstrahlflächen der Schallwandler-Module eine Fläche bilden oder Teil einer Fläche sind. In 9 bilden die Abstrahlflächen der Schallwandler-Module eine zweidimensionale Ebene. In einer anderen Ausführungsform könnte diese Fläche aber eine gekrümmte Fläche darstellen oder eine gekrümmte Fläche approximieren. Insbesondere könnte diese Fläche eine konvexe Fläche sein.
Die Schallwandler-Module können dabei den beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, beispielsweise denen die in Bezug auf 8 beschrieben wurden. Insbesondere können die Module als Drei -Wege Module realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schallwandler - Anordnung
11: erster Schallwandler
12: zweiter Schallwandler
211: akustisches Zentrum des ersten Schallwandlers
212: akustisches Zentrum des zweiten Schallwandlers
311: Elementarwelle des ersten Schallwandlers
312: Elementarwelle des zweiten Schallwandlers
3111: Ausbreitungsrichtung der Elementarwelle des ersten Schallwandlers
3121: Richtcharakteristik des zweiten Schallwandlers
4: synthetisierte Wellenfront
5: akustische Tiefpass-Filtervorrichtung
51: Luftkammer der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung
52: Hals des akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung
521: Öffnung des Halses
53: federndes Luftvolumen
54: schwingende Luftmasse
511: Konus
512: weitere Luftkammer
531: Konusvolumen
532: weiteres Luftvolumen
55: Platte
551: Öffnung in der Platte
6: Muster
611: erstes Muster
612: zweites Muster
7: Drei Wege Modul
71: Mittelton-Schallwandler
711: Kammervolumen des Mittelton-Schallwandlers
72: Kalotten--Schallwandler
721: Dom des Kalotten-Schallwandlers
73: Bass-Schallwandler
731: vorderer Kanal des Bandpasses
7311: vorderes Volumen des Bandpasses
732: hinterer Kanal des Bandpasses
7321: hinteres Volumen des Bandpasses
8: Richtung zu einem weit entfernten Zuhörer
81: Hauptachse der Schallwandler Anordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/036845 A1 [0007]
DE 200510001395 A2 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Berkhout, A.J. (1988): A holographie approach to acoustic control. Journal of the Audio Engineering Society, Vol.36, No.12, December 1988 [0002]

Claims

Schallwandler-Anordnung (1) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Schallwandler (11) mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) gekoppelt ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) eine mechanische Vorrichtung aufweist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung (5), ein federndes Luftvolumen (52) in einer Luftkammer (51) vor dem jeweiligen ersten Schallwandler (11) aufweist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konusvolumen (511) des mindestens einen ersten Schallwandlers (11) Teil der Luftkammer (51) ist oder dieser entspricht.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung (5), eine schwingende Luftmasse (54) in einem Hals (52) aufweist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (551) in einer Platte (55) vor dem jeweiligen mindestens einem ersten Schallwandler (11) als Öffnung (54) des Halses (52) der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) oder als der Hals (52) selbst ausgebildet ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der Patentansprüche 5 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass der Hals (53) der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hals (53) der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) einen polygonalen Querschnitt aufweist oder einer Öffnung in der Schallwandler-Anordnung (1) entspricht, die vor dem mindestens einem ersten Schallwandler (11) angeordnet ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Schallwandler (11) als Mittelton-Schallwandler, als Tiefmittelton-Schallwandler und / oder Tiefton-Schallwandler ausgebildet ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von ersten Schallwandlern (11) gleicher oder unterschiedlicher Bauart in einem ersten Muster (611) relativ zueinander, insbesondere in einem Gittermuster angeordnet sind.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Schallwandler (12), insbesondere Hochton-Schallwandler in einem zweiten Muster (612) relativ zueinander, insbesondere in einem Gittermuster angeordnet sind.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (611) und das zweite Muster (612) eine Überlagerung zweier Gittermuster (6) darstellt.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung (5) einen Helmholtz-Resonator (5) aufweist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Helmholtz-Resonator (5) die Eigenschaft hat, dass der Zahlenwert des Verhältnisses der Fläche der Austrittsöffnung (54) zum Produkt aus Volumen seiner Luftkammer (51) und der Länge seines Halses (53) $\frac{S}{V \cdot L}$
zwischen 100 bis 5000 liegt, wobei die Fläche und das Volumen in Quadrat- beziehungsweise Kubikmetern, und die Länge des Halses in Metern angegeben ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Zentren (211) der ersten Schallwandler (11) und der jeweils damit gekoppelten akustischen Tiefpass-Filtervorrichtungen (5) und die akustischen Zentren (212) von zweiten Schallwandlern (12) der Schallwandler-Anordnung (1) in einer Fläche, insbesondere einer Ebene angeordnet sind.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung (5) das erste akustische Zentrum (211) des jeweiligen ersten Schallwandlers (11) verlagerbar ist, insbesondere zur Einstellung der räumliche Abstrahlcharakteristik der Schallwandler-Anordnung (1) für eine homogene Struktur der Elementarwellen (312, 311) der Wellenfeldsynthese.
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Verlagerung des ersten akustischen Zentrums (211) des mindestens einen ersten Schallwandlers (11) kollinear ist zu der Ausbreitungsrichtung einer durch den mindestens einen ersten Schallwandler (11) erzeugten Elementarwelle (311).
Schallwandler-Anordnung (1) nach Patentanspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die das verlagerte akustische Zentrum (211) des mindestens einen ersten Schallwandlers (11) auf der Ebene der Höhe eines zweiten Schallwandlers (12) der Schallwandler-Anordnung (1) liegt und/oder dass das akustische Zentrum (212) eines zweiten Schallwandlers (12) der Schallwandler-Anordnung (1) auf der Ebene der Höhe des verlagerten akustischen Zentrums (211) liegt.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung mindestens eines zweiten Schallwandlers (12), insbesondere eines Hochton-Schallwandlers der Schallwandler-Anordnung (1) eingerichtet ist, um eine zusätzliche Phasendrehung eines Signals des mindestens einen ersten Schallwandlers (11), die durch Koppelung mit der akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) entsteht, auszugleichen, damit sich die Elementarwellen (311, 312) zu einer gemeinsamen Wellenfront (4) überlagern.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) oberhalb einer Crossover Frequenz eines Übertragungsbereichs des jeweiligen mindestens einen ersten Schallwandlers (11) abstimmbar ist.
Schallwandler-Anordnung (1) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Schallwandler (12), insbesondere für den Hochtonbereich, abweichend von der Hauptachse des Systems unterschiedlich ausgerichtet werden können, mit dem Ziel, die Wiedergabe für entfernte Zuhörer (8), die sich weit abseits der Hauptachse (81) in der Abstrahlrichtung des Arrays befinden, zu linearisieren.
Schallwandler-Anordnung (1) nach mindestens einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwandler-Anordnung (1) mindestens ein Drei-Wege Modul (7) aufweist, - welches Kalotten Hochton-Schallwandler (72) aufweist, die zur Audioübertragung des oberen Frequenzspektrum nutzbar sind, und die in Gruppen auf Leiterplatten so montiert sind, dass ihr Abstand zueinander geringer ist als der Abstand der Mitteltonlautsprecher zueinander, um eine von Aliassing Effekten weitgehend freie Widergabe zu gewährleisteten und - welches mindestens einen Bass-Schallwandler (73) aufweist, der hinter den Hochton-Schallwandlern (72) und Mittelton-Schallwandlern (71) angeordnet ist, und dessen erzeugter Schalldruck als doppelt ventilierter Bandpass (731, 732) ausführbar ist.
Modulares Schallwandlersystem, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schallwandler-Anordnungen (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22 als Module.
Modulares Schallwandlersystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schallwandler-Anordnungen (1) so angeordnet sind, dass die Abstrahlflächen der jeweiligen Schallwandler-Anordnungen in einer Ebene angeordnet sind, Teil einer gekrümmten Fläche sind oder eine gekrümmte Fläche approximieren.
Verfahren zum Betreiben einer Schallwandler-Anordnung (1) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des mindestens einen ersten Schallwandlers (11), der Schallwandler-Anordnung (1) mit jeweils einer akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) gefiltert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine akustische Tiefpass-Filtervorrichtung (5) das akustische Zentrum (211) des jeweiligen mindestens einen ersten Schallwandlers (11) verlagert.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung mindestens zweiten Schallwandlers (12), insbesondere Hochton-Schallwandlers, der Schallwandler-Anordnung (1) angepasst, insbesondere verzögert wird, um eine zusätzliche Phasendrehung eines Signals des mindestens einen ersten Schallwandlers (11) die durch Koppelung des mindestens einen ersten Schallwandlers (11) mit der mindestens einen akustischen Tiefpass-Filtervorrichtung (5) entsteht, auszugleichen, damit sich die Elementarwellen (311, 312) zu einer gemeinsamen Wellenfront (4) überlagern.
Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Schallwandler (12), insbesondere Hochton-Schallwandler, der Schallwandler-Anordnung (1) im Bereich seiner Freiluftresonanz angekoppelt wird, und nicht wie üblich eine Oktave über seiner Eigenresonanz, wobei die verbesserte Anpassung der Schallwandler in der Schallwandler-Anordnung (1) an den Lastwiderstand der Luft in einer Schallwandler-Anordnung (1) nach dem Prinzip der Wellenfeldsynthese genutzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass im Tiefbassbereich eine zeitliche Korrektur zwischen Tiefton-Bereich zum Tiefmittelton-Bereich vorgenommen wird, um den Phasengang zu verbessern, wobei verschiedene Setups entweder den einen möglichst linearen Phasengang oder eine möglichst geringe Latenz des Systems oder einen Kompromiss zwischen beiden bevorzugen können.