DE1086750B - Lautsprecheranordnung mit verzoegerter Abstrahlung des indirekten Schalles - Google Patents

Description

Auch gute, nahezu verzerrungsfrei arbeitende bisher bekannte Schallwiedergabeeinrichtungen können nur eine gewissermaßen rationale Information über Frequenzgang und Dynamik der Schallereignisse sowie die akustischen Verhältnisse des Aufnahmeraumes, z. B. dessen Größe und Nachhalleigenschaften, vermitteln. Es ist jedoch nicht möglich, die akustische Atmosphäre des Aufnahmeraumes in die kleinen Wiedergaberäume von Wohnungen so zu übertragen, daß für den Hörer der Eindruck entstehen kann, unmittelbar an den Darbietungen teilzunehmen. Es bestehen also noch wesentliche Unterschiede zwischen dem Schallfeld im Aufnahmeraum (Konzertsaal, Studio) und der Wiedergabe dieses Schallfeldes mit üblichen, wenn auch technisch einwandfreien Lautsprechern in Wohnräumen.

Es sind zahlreiche Versuche bekanntgeworden, diesen Mangel zu mildern. Ein Teil dieser Bemühungen hatte zum Ziel, den Lautsprechern gleiche Abstrahleigenschaften zu geben, wie sie die meisten natürlichen Schallquellen besitzen. Dies führte zu der sogenannten 3-D-Technik und zur Verwendung von Kugellautsprechern mit nahezu allseitiger Schallabstrahlung. Letztere ergibt jedoch eine unnatürliche Richtungs- und Entfernungsinformation und führt infolge der zu zahlreichen Schallrückwürfe an den zu nahen Raumbegrenzungen zu der mit »Klangkessel« bezeichneten Wirkung.

Andere Versuche erstreckten sich darauf, den Nachhall in Wiedergaberäumen zu vergrößern und zeitlich verzögert so abzustrahlen, daß annähernd akustische Verhältnisse wie in Aufnahmeräumen erreicht werden. In großen, jedoch akustisch stark gedämpften Räumen, insbesondere Kinotheatern, kann auf diese Weise eine wirksame Verbesserung der Lautsprecherwidergabe erreicht werden, da die Zusatzlautsprecher in Wände und Decke eingebaut werden können und ein relativ großer Aufwand tragbar ist. Es sind sowohl Anordnungen bekannt, bei welchen den Zusatzlautsprechern ein schon aufnahmeseitig getrennt aufgenommenes Signal mit hohem Nachhallanteil über einen zweiten Übertragungskanal zugeführt wird, wie auch solche, bei denen der Nachhall wiedergabeseitig aus dem einkanalig übertragenen Signal künstlich erzeugt wird. Für Wohnungen erfordern derartige Anlagen einen zu großen Aufwand; auch ist in kleinen Räumen die Erhöhung des Nachhalls nicht erforderlich, da die Schallreflexionen genügend stark sind und der Nachhallanteil der meisten übertragenen Darbietungen auch ohne besondere nachhallverlängernde Maßnahmen ausreicht.

Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, welche die den Lautsprechern zugeführten Signale in einem parallelen Kanal etwa 50 Millisekunden verzögern und die verzögerten Signale entweder über die gleichen Lautsprecheranordnung mit verzögerter
Abstrahlung des indirekten Schalles

Anmelder:

Dipl.-Ing. Ludwig Schindler,
Heilbronn/Neckar, Metzer Str. 43

Dipl.-Ing. Ludwig Schindler, Heilbronn/Neckar,
ist als Erfinder "genannt worden

Lautsprecher, die auch die unverzögerten Signale abstrahlen, wiedergeben oder über Zusatzlautsprecher, die in üblicher Weise neben Musiktruhen aufgestellt oder auch in diese mit «ingebaut sind. Die relativ große Verzögerung von 50 Millisekunden bewirkt durch einen echoahnlichen Effekt den Eindruck von Großräumigkeit, jedoch nicht das vom Studio oder Konzertsaal gewohnte Klangbild.

Die Erfindung geht davon aus, den kleinen Wiedergaberaum (Wohnraum) als räumlichen Ausschnitt des Aufnahmeraumes zu betrachten. Ziel der Erfindung ist, alle wesentlichen Schallfeldkriterien im Bereich akustisch guter Abhörplätze im Aufnahmeraum in dem als entsprechender räumlicher Ausschnitt betrachteten Wohnraum bestmöglich nachzubilden.

Zahlreiche Untersuchungen über die Hörsamkeit und die Schallausbreitung in Konzertsälen und Rundfunkstudios haben gezeigt, daß neben der Nachhalldauer die Richtung und die Laufzeit der dem Primärschall nach etwa 15 bis 30 Millisekunden folgenden ersten Schallrückwürfe sowie die Gleichmäßigkeit der nach etwa 50 Millisekunden sich ausbildenden diffusen Sehall verteilung für gute Hörsamkeit entscheidend sind. Diese drei zeitlichen Phasen des Ablaufs der Schall vorgänge werden durch bedeutsame Richtungskriterien weiter gegeneinander abgegrenzt.

Der Primärschall erreicht die Hörer wegen des relativ großen Abstandes zu den Schallquellen in nahezu ebener Wellenfront.

Die ersten, sehr energiereichen Schallrückwürfe gelangen aus Seitenwinkeln von etwa ± 45° und Erhebungswinkeln zwischen 30 und 60° zu den Hörern.

Die diffuse Schallverteilung soll möglichst gleichmäßig sein, doch ist bei den meisten gemessenen Räumen ein Minimum der Rückwurf energie, in dem Winkelbereich 9Obis 120° seitlich und von oben zu erkennen.

009 570/282

3 4

Eine Lautsprecheranordnung für aus großen Auf- sprechend herabgesetzt werden. Hierdurch werden die nahmeräumen in kleine Wiedergaberäume ein- oder unerwünschten Primärschallreflexionen mit kurzer mehrkanalig übertragene Schallereignisse mit einer Laufzeit zusätzlich geschwächt. Infolge der Schallauf die Zuhörer strahlenden Lautsprechergruppe zur verzögerung werden die Diffusor-Lautsprecher trotz Wiedergabe des aufgenommenen und übertragenen S ihrer relativ großen Lautstärke nicht als Schallstrahler Primärschalls und einer weiteren Lautsprechergruppe, lokalisiert (Haas-Effekt). Richtung und Entfernung die aus dem gleichen Übertragungskanal gespeist wird der einzelnen Schallquellen werden allein durch die und den Schall zeitlich verzögert abstrahlt, wird er- Primärschall-Lautsprecher vermittelt,
fmdungsgemäß derart ausgebildet, daß der Primär- Es sei erwähnt, daß mit der Verzögerungsleitung schall durch entsprechende Ausgestaltung der be- ίο keine Vergrößerung des Nachhalls beabsichtigt ist. treffenden Lautsprechergruppe als nahezu ebene Welle Verglichen mit den praktisch vorkommenden Nachabgestrahlt wird, die Laufzeitverzögerung für die hallzeiten von mindestens 0,5 Sekunden ist eine Verandere Lautsprechergruppe zur Nachbildung der aku- zögerung von 15 bis 30 Millisekunden bezüglich des stischen Eigenschaften des Aufnahmeraumes ent- Nachhalleindruckes bedeutungslos,
sprechend den in Aufnahmeräumen vorhandenen Weg- 15 Mit der erfindungsgemäßen Lautsprecheranordnung unterschieden von etwa 5 bis 10 m zwischen dem wird sowohl bei einkanaliger Wiedergabe von Klän-Primärschall und den ersten Schallrückwürfen gewählt gen aller Art eine weitgehende Annäherung an das ist und die verzögert strahlenden Lautsprecher dieser Klangbild im Aufnahmeraum erreicht wie auch bei Gruppe derart orientiert sind, daß der von ihnen ab- mehrkanaliger stereofoner Übertragung, sofern letztere gestrahlte Schall unter mehrfacher Reflexion an den 20 keinen besonderen schallverzögerten Nachhallkanal Raumbegrenzungen die Hörer aus Richtungen erreicht, enthält, sondern nur eine Information über die seitdie den Richtungen der ersten und folgenden Schall- liehe Verteilung der Schallquellen beabsichtigt wie rückwürfe in akustisch guten Aufnahmeräumen an- die übliche symmetrische Zweikanal-Stereofonie. Bei nähernd entsprechen. Die Leistungsaufteilung auf die der Übertragung mit mehreren Kanälen ist es zweck-Lautsprechergruppe für den Primärschall einerseits 25 mäßig, die Signale für die Lautsprecher mit ver- und die verzögert schallabstrahlenden Lautsprecher zögerter Schallabstrahlung von dem Mikrofon mit andererseits erfolgt dem zeitlich-räumlichen Verlauf dem größten Abstand vom Klangkörper abzuleiten der Energiedichte im Aufnahmeraum entsprechend bzw. bevorzugt von demjenigen Mikrofon, das auf zweckmäßig so, daß die verzögert abstrahlenden Laut- Grund seiner Richtcharakteristik einen größeren Ansprecher mehr Schalleistung abstrahlen als die Primär- 30 teil an Raumschall aufnimmt. Bei der zweikanaligen schallautsprecher. Intensitätsstereofonie wäre dies beispielsweise das

Die Primärschallabstrahlung von breiter Basis mit S-Mikrofon.

nahezu ebener Wellenfront hat den Vorteil, daß die An Hand der Fig. 1 bis 3 wird die erfindungs-

Lautsprechergruppe für die verschiedenen Abhörplätze gemäße Lautsprecheranordnung näher erläutert. Es

nicht zu einem schmalen Richtungsmittelpunkt wird, 35 zeigt

sondern die Schallereignisse nahezu unabhängig vom Fig. 1 eine Primärschall-Lautsprechergruppe; in

Abhörort an gleichbleibenden virtuellen Schallquellen- Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsformen für die

orten hinter der Primärschall-Lautsprecherbasis lo- verzögert abstrahlenden Lautsprecher dargestellt,

kalisiert werden. In Fig. 1 strahlt ein Exponentialtrichter 1 mit

Ein nahezu parallel gerichtete Schallabstrahlung 40 Reflektorkörper 2 in eine horizontale Kammer Z, deren

von breiter Basis hat weiterhin den Vorteil einer Ver- vorzugsweise parabelförmig gebogene Rückseite 4 den

ringerung der Primärschallreflexionen an den Raum- vom Trichter nach hinten abgestrahlten Schall zu der

begrenzungen. Diese Reflexionen sind unerwünscht, da offenen, eventuell zusätzlich mit als akustische Linse

sie infolge der geringen Abmessungen der Wohnräume wirkenden Leitflächen 5 versehenen Vorderseite reflek-

zu geringe Laufzeit haben und die erwähnte aufdring- 45 tiert. Trichterachse und Brennachse des Parabelreflek-

liche Wirkung eines »Klangkessels« hervorrufen. tors laufen in geringem Abstand parallel oder decken

Die den ersten Schallrückwürfen und der an- sich. Die untere Grenzfrequenz des Exponentialtrich-

schließenden diffusen Schallverteilung entsprechende ters soll so tief gelegt werden, wie es die räumliche

Schallabstrahlung wird, etwa 15 bis 20 Millisekunden Unterbringung erlaubt. Für 300Hz ergeben sich Ge-

gegen den Primärschall verzögert, in der Weise in den 50 häuseabmessungen von etwa 100 cm Höhe, 80 cm

Wohnraum gestrahlt, daß sie die Hörer aus den er- Breite und 40 cm Tiefe. Der erfindungsgemäße Einbau

wähnten Winkelbereichen der Aufnahmeräume er- eines Exponentialtrichters in einen parabolischen

reicht. Hierfür eignen sich Exponentialtrichter, die Reflektor bewirkt eine gleichmäßige Schallabstrahlung

vorzugsweise gegen die Decke strahlen und über Rohr- in den benötigten Raumwinkel über die ganze Breite

leitungen von etwa 5 bis 10 m Länge mit den sie 55 der Kammer 3, jedoch nicht wie bei den bisherigen

erregenden Druckkammersystemen verbunden sind. Trichterformen als Ausschnitt einer Kugelwelle mit

Die Anordnung dieser Diffusor-Lautsprecher ist nicht stark gekrümmter Wellenfront, sondern infolge der

an einen genau einzuhaltenden Aufstellungsort im parabolischen Reflexion.^bevorzugt parallel gerichtet

Wohnraum gebunden. in besserer Annäherung an eine ebene Wellenfront.

Die Abstrahlung sehr tiefer und sehr hoher Fre- 60 Bei der Anordnung nach Fig. 1 bildet die Brennquenzen wird durch die Trichterabmessungen einerseits achse des parabolischen Reflektors die Fortsetzung der und durch die Dämpfung in der Verzögerungsleitung Trichter achse, woraus sich hinsichtlich der Richtandererseits erschwert. Für die beabsichtigte Wirkung charakteristik wie hinsichtlich der Gehäusegestaltung genügt jedoch ein Frequenzbereich von 300 bis eine sehr gute Lösung für Wohnräume ergibt. Zum 5000 Hz. In Anlehnung an das Verhältnis zwischen 65 Zwecke der Umwandlung der den Trichter verlassengespeicherter diffuser Schallenergie und Primärschall- den gekrümmten Schallwellen in eine ebene Wellenenergie im Aufnahmeraum müssen die Diffusor-Laut- front können Trichter und parabolische Reflektoren Sprecher in diesem Frequenzbereich den größeren Teil jedoch auch unter anderen Winkeln kombiniert werder gesamten benötigten Schalleistung liefern. Die den. Die guten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lautstärke der Primärschall-Lautsprecher kann ent- 70 Anordnung bleiben von der unteren Grenzfrequenz

des Exponentialtrichters bis zur oberen Hörgrenze nahezu frequenzunabhängig erhalten. Eine unnatürliche scharfe Richtwirkung bei hohen Frequenzen wird vermieden.

Die Tieftonwiedergabe unter 200 bis 300 Hz erfolgt, da Exponential trichter für diesen Frequenzbereich in normalen Wohnräumen kaum unterzubringen sind, mit Konuslautsprechern, die in den freien Raum des Lautsprechergehäuses gemäß Fig. 1 unterhalb der Kammer 3 in folgender Weise eingebaut sind: Das Gehäuse ist auch auf der Vorderseite in der gleichen parabolischen Weise gewölbt wie auf der Rückseite. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, zwei Tiefton-Konuslautsprecher unter einem Winkel der beiden Lautsprecherachsen von etwa 60° einzubauen. Im Gegensatz zu dem durch die Reflektorkammer 3 parallelisierten Mittel- und Hochtonschall wird durch den Einbau der Tiefton-Konuslautsprecher in die konvexe Vorderseite des Lautsprechergehäuses eine diffuse, wenn auch nicht verzögerte Tieftonabstrahlung und dadurch eine Schwächung der bei tiefen Frequenzen in kleinen Räumen nicht zu vermeidenden stehenden Wellen bewirkt.

Das Gehäuse der Tieftonlautsprecher erhält in bekannter Weise Resonatoröffnungen zur Verbesserung der Abstrahlung der tiefsten Frequenzen, deren Abmessungen nach den Gesetzen für den Helmholtz-Resonator zu berechnen sind. Zur Dämpfung der Resonanz werden die öffnungen in eine größere Anzahl enge, nur wenige Millimeter breite Schlitze unterteilt. Diese Schlitze werden teils im Boden des Gehäuses, teils im Zwischenboden zwischen Tieftongehäuse und Kammer 3 angebracht (6 und 7 in Fig. 1). Auf diese Weise wird einerseits eine breite Verteilung der Abstrahlflächen für die tiefsten Frequenzen und andererseits eine gute Abführung der Wärme der zweckmäßigerweise in das Gehäuse eingebauten Endverstärkers erreicht.

Die erfindungsgemäßen Diffusor-Lautsprecher mit akustischer Verzögerungsleitung können in verschiedenster Weise ausgeführt sein. Als Verzögerungsleitung wird in einfachster, aber sehr zweckmäßiger Form ein Kunststoffschlauch mit innen glatter, relativ dicker schalltoter Wandung benutzt, der, zusammengerollt, relativ wenig Raum beansprucht. Mit noch kleineren Abmessungen kommt man aus, wenn die Verzögerungsleitung aus einer oder mehreren im Gießoder Spritzverfahren hergestellten Metall- oder Kunststoffscheiben mit Spiralrille gemäß Fig. 2 angefertigt wird. An die Scheibe 8 mit Spiralrille 9 wird tangential oder über geeignete Rohrkrümmer das Druckkammersystem 10 angeschlossen. Mittels der Deckscheibe 11 werden die einzelnen Gänge der Spirale gegeneinander abgeschlossen. Über ein im Mittelpunkt der Spirale eingesetztes Rohrzwischenstück 12 wird der Exponentialtrichter 13 angeschlossen. Diese Anordnung kann als Stehleuchte gestaltet werden.

Fig. 3 zeigt einen an der Zimmerdecke anzubringenden Exponential-Ringtrichter. Es bedeuten 14 das Druckkammersystem, 15 die spiralig aufgerollte Verzögerungsleitung, 16 den Exponentialtrichter mit einer Umlenkung zur Verkürzung des Trichterhalses. Auch diese Anordnung läßt sich als Deckenleuchte gestalten. Bedenken ästhetischer Art gegenüber der Verbindung von Leuchte und Lautsprecher bestehen nicht, da diese Strahler infolge der Schall Verkürzung vom Ohr nicht als Schallquelle lokalisiert werden können. Andererseits sind Ausführungsbeispiele ähnlich Fig. 2 und 3 für die Durchflutung des Raumes mit Licht und diffusem Schall gleichermaßen günstig. Die untere Grenzfrequenz liegt für Abmessungen, die in Wohnräumen noch angewendet werden können, bei etwa bis 300 Hz,

Es erübrigt sich, die vielfältigen Möglichkeiten näher zu erläutern, die sich für den Einbau von Exponentialtrichtern mit Verzögerungsleitung in oben offene Eckschränke, Kaminnischen u. dgl. ergeben. Da hierbei größere Abmessungen zur Verfugung stehen, kann die untere Grenzfrequenz bis auf etwa 100 Hz erniedrigt werden,

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Lautsprecheranordnung für aus großen Aufnahmeräumen in kleine Wiedergaberäume ein- oder mehrkanalig übertragene Schallereignisse mit einer auf die Zuhörer strahlenden Lautsprechergruppe zur Wiedergabe des aufgenommenen und übertragenen Primärschalls und einer weiteren Lautsprechergruppe, die aus dem gleichen Übertragungskanal gespeist wird und den Schall zeitlich verzögert abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärschall durch entsprechende Aus-

- -gestaltung der betreffenden Lautsprechergruppe

als nahezu ebene Welle abgestrahlt wird, die Laufzeitverzögerung für die andere Lautsprechergruppe zur Nachbildung der akustischen Eigenschaften des Aufnahmeraumes entsprechend den in Aufnahmeräumen vorhandenen Wegunterschieden von etwa 5 bis 10 m zwischen dem Primärschall und den ersten Schallrückwürfen gewählt ist und die verzögert strahlenden Lautsprecher dieser Gruppe derart orientiert sind, daß der von ihnen abgestrahlte Schall unter mehrfacher Reflexion an den Raumbegrenzungen die Hörer aus Richtungen erreicht, die den Richtungen der ersten und folgenden Schallrückwürfe in akustisch guten Aufnahmeräumen annähernd entsprechen.

2. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufteilung auf die Lautsprechergruppe für den Primärschall einerseits und die verzögert schallabstrahlenden Lautsprecher andererseits dem zeitlich-räumlichen Verlauf der Energiedichte im Aufnahmeraum entsprechend so erfolgt, daß die verzögert abstrahlenden Lautsprecher mehr Schalleistung abstrahlen als die Primärschall-Lautsprecher.

3. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecher für mittlere und hohe Frequenzen der Gruppe für Primärschall zur Vergrößerung ihrer Strahlungsfläche auf eine breite, gleichmäßig mit nahezu ebener Wellenfront strahlende Basis gegen eine in Richtung auf die Hörer offene, vorzugsweise parabolische Reflektorfläche (4) strahlen (Fig. 1)·

4. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigeren Schallabstrahlung im Reflektor (4) als akustische Linse wirkende Leitflächen (5) eingebaut sind (Fig.l).

5. Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprechergruppe für den Primärschall für die diffuse Abstrahlung der Frequenzen unter etwa 200 bis 300 Hz auf verbreiterter Basis zwei Lautsprecher aufweist, die in einem horizontalen Abstand voneinander vorzugsweise in ein gedämpftes Baßreflexgehäuse eingebaut sind (Fig. 1).

6. Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

Lautsprecher für die verzögerte Schallabstrahlung Exponentialtrichter (13 bzw. 16) mit an sich bekannter rohrartiger akustischer Verzögerungsleitung (9 bzw. .15) von etwa 5. bis 10 m Länge zwischen Druckkammersystem (10 bzw. 14) und Trichter aufweisen (Fig. 2 und 3).

7. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz der Exponentialtrichter in den Bereich zwischen 200 und 300 Hz gelegt ist. '

8. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung in Form einer oder mehrerer scheibenförmiger Körper (8) mit spiraligen Kanälen (9) als Metalloder Kunststoff-Formteil hergestellt wird, bei dem die einzelnen Spiralgänge durch eine aufgesetzte Abdeckscheibe (11) luftdicht voneinander getrennt sind (Fig. 2).

9. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzöge-

rungseinheit als Fuß eines einer Stehleuchte ähnlichen, gegebenenfalls als solche selbst gestalteten Exponentialtrichters (13) dient (Fig. 2).

10. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Exponentialtrichter die Form eines an der Raumdecke anzubringenden Exponential-Ringtrichters (16) hat, der gegebenenfalls zugleich als Deckenleuchte gestaltet ist (Fig. 3). -

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 939 452;

Patentschrift Nr. 5780 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschriften Nr. 1 546 920, 2 017 153;

»Funk-Technik«, 1957, Nr. 16, S. 586;

»Radio & Television News«, Juni 1957, S. 56, 57 und 97. ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©009 570/282 8.60