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Lautsprecheranordnung hoher Präsenz für geschlossene Räume Benutzt
man zur Schallübertragung oder zur Wiedergabe von Schallaufzeichnungen einen Lautsprecher
mit gerichteter Strahlung, z. B. ein einzelnes Breitbandsystem oder eine konzentrische
Lautsprecherkombination, so ist die Klangfarbe sehr abhängig vom Ort des Zuhörers
relativ zur Achse des oder der Lautsprecher. Wegen der mit der Frequenz ansteigenden
Bündelung der Abstrahlung sinkt der Pegel der mittleren und vor allem der hohen
Frequenzen mit der Entfernung von der Achse stark ab. Der Klang wird daher matt
oder sogar dumpf. Bei hohen Ansprüchen an die Güte der Wiedergabe, z. B. in Regieräumen,
ist das unzulässig.
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Es ist bekannt, daß man diese Erscheinung dadurch vermeiden kann,
daß man einen Lautsprecher oder eine Kombination benutzt, der bzw. die eine über
einen großen Winkelbereich konstante oder fast konstante Abstrahlung hat. Das kann
ein Trichterlautsprecher mit einem Trichter sehr großer Öffnung sein oder eine bogenförmig
aufgestellte -Kombination von stärker gerichteten Systemen. Bei einem elektrostatisehen
Lautsprecher beispielsweise kann für diesen Zweck auch eine Membran in Form eines
Kreisabschnittes verwendet werden.
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Die genannten Einzellautsprecher oder konzentrischen Kombinationen
haben alle mehr oder weniger den weiteren Nachteil, daß der Schall aus einem Loch
zu kommen scheint. Es ist bekannt, wie man das Gegenteil davon, nämlich ein breites
pseudostereophones Klangbild erzielen kann. Dazu muß der Höhrer außer von dem direkt
vom Lautsprecher kommenden Schall auch von verzögertem Schall getroffen werden,
der möglichst aus anderen Richtungen als der direkte Schall kommt. Die Klangfarbe
ist nicht ausschließlich, aber überwiegend durch den direkten Schall, das breite,
räumliche Klangbild durch den diffusen Schall bestimmt. Ein Mittel zur praktischen
Realisierung einer solchen Wiedergabe ist beispielsweise der sogenannte Kugellautsprecher.
Bei ihm sind viele kleine Systeme in Form eines Polyeders oder auf der Oberfläche
einer Kugel angeordnet.
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Der Kugellautsprecher hat folgende Nachteile: Die wahrgenommene Breite
des Klangbildes hängt von der Entfernung des Zuhörers vom Lautsprecher ab. In geringer
Entfernung scheint die Schallquelle sich im Lautsprecher zu befinden, bei großer
Entfernung ist das Klangbild breit. Die Orte des Lautsprechers und des Zuhörers
sind aber in vielen Fällen unveränderlich gegeben. Eine Wahl der Entfernung und
damit der optimalen Breite des Klangbildes ist dann nicht möglich. Für die Wiedergabe
räumlich begrenzter Schallquellen, wie Sprecher, Sänger oder einzelner Instrumente,
ist das Klangbild in der für -ausgedehnte Schallquellen, wie Orchester oder Chöre,
günstigen Entfernung des Zuhörers vom Lautsprecher zu breit, bzw. der scheinbare
Ort der Schallquelle ist zu unbestimmt. Es fehlt die geforderte sogenannte »Präsenz«.
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Die Schallquelle scheint irgendwo weit hinter dem Lautsprecher zu
sein und außerdem in größerer Höhe über dem Boden als der Lautsprecher, da das menschliche
Gehör bei hohen Frequenzen für schräg von oben kommenden Schall empfindlicher ist
als für direkt von vorn kommenden Schall.
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Ein zu breites Raumklangbild erschwert in vielen Fällen dem Dirigenten
die Beurteilung eines über Lautsprecher wiedergegebenen Klangbildes; weil das Raumklangbild
nicht mit dem am Dirigentenpult vorhandenen Originalklangbild übereinstimmt. Auch
für den Tonmeister und Toningenieur ist ein solcher Lautsprecher als Arbeitslautsprecher
nicht gut geeignet, um die für eine optimale Aufnahme zu treffenden Maßnahmen beurteilen
zu können.
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Cutterarbeiten, bei denen es bekanntlich darauf ankommt, eine bestimmte
Stelle der Schallaufzeichnung genau zu bestimmen, werden durch diesen Raumklang
erschwert. Diese Erschwerung hat ihre Ursache darin, daß die Klangeinsätze durch
die verschiedenen Reflexionen an den Begrenzungswänden des Abhörraumes im zeitlichen
Ablauf nicht mehr mit dem Original übereinstimmen; der Klangeinsatz wird verwaschen.
Mit dem Klangeinsatz des Originals stimmt nur der beim Hörer zuerst eintreffende
direkte Schallanteil überein.
Wenn der direkte Schallanteil genügend
stark ist, sollte der diffuse verzögerte Schallanteil zur Erhöhung der empfundenen
Lautstärke und zur Verbreiterung des wiedergegebenen Klangbildes beitragen, aber
keine oder fast keine Verfärbung des Klangbildes bewirken. Bei dem bekannten Kugellautsprecher
-ist diese Forderung nicht erfüllt.
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Die meisten natürlichen Schallquellen strahlen den Schall bei hohen
Frequenzen gerichtet ab. Der Kugellautsprecher in der bisher bekannten Form tut
das nicht. Deshalb ist der Pegel im diffusen Schallfeld bei hohen Frequenzen unnatürlich
hoch, und manche Schallquellen klingen auch bei richtigem Frequenzgang für den direkten
Schall zu scharf. Da das übertragungsmaß für diffuse Schallabstrahlung der Einzel-Systeme
bei hohen Frequenzen an sich abfällt, ist eine
starke Höhenanhebung und damit
eine große Leistung des Verstärkers in diesem Frequenzbereich erforderlich, verbunden
mit der Gefahr erhöhter nichtlinearer Verzerrungen. Durch die vielen notwendigen
Systeme, die elektrischen Schaltmittel zur Entzerrung und den überdimensionierten
Verstärker entstehen hohe Kosten.
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Ein weiterer Nachteil des hohen Anteils an Schall hoher Frequenz,
der den Zuhörer schräg von vorn bzw. diffus trifft, d. h. aus Richtungen, für die
das Gehör eine erhöhte Empfindlichkeit hat, ist der, daß die Entfernung der reflektierenden
Wand- und Dekkenfläche vom Lautsprecher und ihr Reflexionsgrad von großem Einfluß
sind; dadurch wird das Klangbild ortsabhängig.
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Andere Wiedergabeeinrichtungen zur Erzielung eines breiten Klangbildes
sind die sogenannten Raumklang- oder 3-D-Geräte. Dabei strahlt nur ein Breitbandsystem
oder je ein System für verschiedene Frequenzbereiche den direkten Schall nach vorn
ab. Die räumlichen Schwankungen des Übertragungsmaßes sind für hohe Ansprüche zu
groß. 7e ein schräg nach vorn strahlender Lautsprecher auf beiden Seiten oder ein
schräg nach vorn oben strahlender Lautsprecher, was übrigens für die Klangwirkung
ungünstiger ist, liefern über die Reflexion an den Wänden bzw. der Decke den verzögerten
Schall. Da dessen Pegel zur Erzielung des breiten Klangbildes höher als der des
direkten Schalls sein muß, und wegen der starken Richtwirkung der wenigen schräg
strahlenden Systeme ist die Ortsabhängigkeit für diesen Schallanteil ebenfalls sehr
groß. Für einen Zuhörer an der Seite des Wiedergaberaumes übernimmt außerdem der
nach dieser Seite strahlende Lautsprecher die Rolle des direkten Schallstrahlers,
und die gewünschte Breitenwirkung tritt gar nicht ein.
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Abgesehen von elektrostatischen Lautsprechern, sind die Schwankungen
der Frequenzkurve des Übertragungsmaßes entweder so groß, daß sie hörbar sind, wie
es bei einfachen Wiedergabeeinrichtungen (Raumklanggeräten) der Fall ist, die damit
hohen Ansprüchen nicht genügen, oder man muß ein kompliziertes und aufwendiges elektrisches
Netzwerk zur Entzerrung verwenden, wie es von Kugellautsprechern in Regieräumen
bekannt ist. Das sind weitere Nachteile der bekannten Lautsprecheranordnungen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einer Lautsprecheranordnung
für geschlossene Räume aus einem Tiefton- und einem Mittel-Hochtonteil, bei welcher
der Tieftonteil aus einem oder mehreren Tieftonsystemen und der Mittel-Hochtonteil
aus mindestens zwei Gruppen kleinerer Lautsprechersysteme besteht, von denen die
eine Gruppe eine direkt auf die Zuhörer gerichtete, in einem Winkelbereich von etwa
90° in der Waagerechten und weniger in der Senkrechten gleichmäßige, richtungsunabhängige
Schallabstrahlung hat, während die Schallabstrahlung der anderen Gruppe möglichst
diffus zu den Seitenwänden und der Decke des Raumes hin erfolgt, erfindungsgemäß
das Übertragungsmaß der direkt strahlenden Gruppe des Mittel-Hochtonteiles praktisch
frequenzunabhängig oder fällt von etwa 5 kHz ab bis zu den höchsten Tonfrequenzen
nur um wenige db ab,während das Übertragungsmaß der diffus strahlenden Gruppe bereits
ab etwa 2 kHz beginnend nach hohen Frequenzen stark abfällt, wobei diese Frequenzgänge
durch Verwendung entsprechender Lautsprechersysteme und/oder durch eine elektrische
Entzerrung erzielt sind.
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Der Abfall des Übertragungsmaßes der diffus strahlenden Lautsprechergruppe
bei hohen Frequenzen wird durch elektrische Schaltmittel kontinuierlich oder in
Stufen bewirkt. Die elektrischen Schaltmittel, die zur Beeinflussung des Frequenzganges
dienen, können ein Teil einer zwischen einen Verstärker einerseits und den Tiefton-
bzw. Mittel-Hochtonteil der Anordnung andererseits geschalteten Frequenzweiche sein.
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Um die größte Breite des Klangbildes in einer vorgegebenen Entfernung
des Hörers vom Lautsprecher einstellen zu können, wird das Pegelverhältnis zwischen
direktem und indirektem Schallanteil, beispielsweise durch Potentiometer und/oder
verschiedene Abgriffe an einem Übertrager, kontinuierlich oder in Stufen verändert.
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Wie neuere Untersuchungen gezeigt haben, tragen nämlich die hohen
Frequenzen zur Verbreiterung des Klangbildes praktisch nichts bei. Wenn die diffus
strahlenden Systeme bei der neuen Lautsprecheranordnung nur bei mittleren Frequenzen
den gleichen Frequenzgang wie die direkt strahlenden Systeme, d. h. wie diese ein
möglichst frequenzunabhängiges Übertragungsmaß haben, während ihr übertragungsmaß
bei hohen Frequenzen gegenüber dem der direkt strahlenden Systeme kontinuierlich
abfällt, so tritt die gewünschte Verbreiterung des Klangbildes wie beim Kugellautsprecher
und Raumklanggerät nach wie vor sein. Es wird aber die dem Kugellautsprecher fehlende
Bestimmtheit des Ortes der scheinbaren Schallquelle, die sogenannte »Präsenz«,.
erreicht und die beim Kugellautsprecher störende Schärfe der Klangfarbe vermieden.
Der Klang ist hinsichtlich Klangfarbe und Lokalisierbarkeit gleich dem der natürlichen
Klangerzeuger (Sprecher, Sänger, Instrumente). Ein Vorteil der neuen Lautsprecherkombination
gegenüber den sogenannten Raumklanggeräten ist der, daß die Klangfarbe und die räumliche
Struktur des Klangbildes an allen Punkten des Wiedergaberaumes, an denen sich stehende
oder sitzende Zuhörer aufhalten können, innerhalb der Unterscheidungsgrenzen des
menschlichen Gehörs gleich sind.
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Da die beim Kugellautsprecher bisher bei hohen Frequenzen notwendige
große elektrische Leistung für die Speisung der diffus strahlenden Systeme stark
herabgesetzt ist, kann man einen kleineren und billigeren Leistungsverstärker benutzen
oder aber bei gleichem Verstärker die Wiedergabelautstärke erhöhen.
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Ob die direkt und die diffus strahlenden Lautsprechersysteme auf der
Oberfläche einer Kugel oder
auf den Flächen eines zylinderförmigen
oder quaderförmigen, frei im Raum stehenden oder eines zum Teil in einer Wandverkleidung
eingelassenen Lautsprechergehäuses angebracht sind, spielt für die Wirkung der gemäß
der Erfindung gestalteten Lautsprecherkombination nur eine geringe Rolle.
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'°7s ist für die Wirkung auch gleichgültig, ob eine einzige Membran
gekrümmt oder gewölbt ist, wie man es bei elektrostatischen Lautsprechern realisieren
kann, oder ob mehrere, stärker bündelnde, beliebige Einzelstrahler auf einer gekrümmten
Fläche angebracht werden. Die Einzelstrahler können auch auf einer geraden Linie
bzw. einer ebenen Fläche angeordnet und so ausgerichtet sein, daß die Normalen der
Membranen in dem angegebenen Winkelbereich liegen. Auf jeden Fall wird so erreicht,
daß die räumlichen Schwankungen des übertragungsmaßes in dem interessierenden Winkelbereich
höchstens einige db betragen, der Hörer also beim Wechsel des Ortes keine Änderung
der Klangfarbe wahrnehmen kann.
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Die Schwankungen der Frequenzkurve des übertragungsmaßes sind für
hohe Ansprüche wohl nur bei elektrostatischen Lautsprechern ohne zusätzliche Maßnahmen
klein genug. Bei anderen, z. B. elektrodynamischen Systemen werden die Schwankungen
durch an sich bekannte Maßnahmen akustischer Art verkleinert oder beseitigt. Dazu
gehören poröse Schallschluckstoffe hinter der Membran innerhalb bzw. außerhalb des
Lautsprecherkorbes und/oder konzentrische Ringe aus gleichem Material, die rings
um das System auf der Schallwand angebracht sind. Außerdem können Maßnahmen zur
Dämpfung von Membran- oder Sicken-Teilschwingungen angewandt werden, beispielsweise
eine Tränkung der Membran mittels einer plastisch bleibenden Substanz, oder das
Einkleben dämpfender Rippen aus einem weichen Stoff, wie z. B. Schaumkunststoff.
Schließlich können konkave oder konvexe dünne Kalotten, die in die Membran in der
Mitte eingeklebt werden, die Höhenabstrahlung verbessern.
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Die Schallabstrahlung des ein oder mehrere Systeme enthaltenden Tieftonteils
nach hinten wird, falls die Kombination nicht in eine Wand eingebaut ist, sondern
frei im Raum steht, zweckmäßig durch eine an sich bekannte Maßnahme verringert.
In einer öffnung auf der Rückseite des im übrigen geschlossenen Tieftonlautsprechergehäuses
wird poröser phasendrehender Schallschluckstoff in geeigneter Dicke und mit geeignetem
Strömungswiderstand angebracht. Der Tieftonteil bekommt dadurch eine etwa nierenförmige
Richtcharakteristik. Durch die Verringerung der für die Breite des Klangbildes nicht
notwendigen diffusen Abstrahlung bei tiefen Frequenzen erhält man eine oft erwünschte
vergrößerte »Präsenz« der Tieftonwiedergabe und verringerte Interferenzen im Wiedergaberaum
durch Reflexionen an den Wänden, insbesondere der Wand hinter dem Lautsprecher.
Das Klangbild wird dadurch zusätzlich unabhängiger vom Aufstellungsort des Lautsprechers
und den akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaumes.
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In Fig: 1 ist beispielsweise eine Ausführungsform der neuen Lautsprecheranordnung
dargestellt. In dem Tieftonteil 1 ist ein oder mehrere Tieftonsystem(e) 2 angeordnet.
Es ist zweckmäßig, das oder die Tieftonsysteme) möglichst nahe an den Hoch-Mitteltontei13,
in dem neun Systeme 4 und 5 angegeben sind, anzuordnen, um eine getrennte
Ortung der Lautsprecher beider Teile durch den Hörer zu vermeiden. Zur Erzielung
einer nierenförmigen Richtcharakteristik sind in bekannter Weise in den Seitenwänden
des Tieftongehäuses Schallöffnungen 2' vorgesehen, die mit Materialien2" mit geeignetem
Strömungswiderstand ausgelegt sind. In anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsformen
kann auch anstatt der Öffnungen in den Seitenwänden eine oder mehrere Öffnungen
in der Rückwand des Gehäuses vorgesehen werden.
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Für die Abstrahlung des direkten Schallanteiles im Bereich der mittleren
und hohen Frequenzen dienen die Systeme 4 und 5. Um eine gegenseitige Beeinflussung
der Tieftonsysteme einerseits und der Mittel-und Hochtonsysteme andererseits auszuschließen,
sind zweckmäßigerweise beide Teile durch eine dichtschließende Trennwand 6 oder
durch Verwendung besonderer Gehäuse getrennt. Die Systeme 4 wirken nur im hohen
Frequenzbereich, die Systeme 5 im mittleren und hohen Frequenzbereich. Durch die
besondere Anordnung der Lautsprechersysteme erreicht man, daß die räumlichen Schwankungen
des Übertragungsmaßes gering sind.
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Zur Erzeugung eines zusätzlichen diffusen Schallanteiles dienen die
Systeme 7, die in Richtungen abstrahlen, in denen sich normalerweise keine Zuhörer
aufhalten.
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In Fig. 2 ist eine andere mögliche Ausführungsform des Mittel-Hochtonteiles
in Teilansicht dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 1 strahlen zur Erzeugung des Diffusanteiles
nach den beiden Seiten je ein System8 und links und rechts je ein System 9 nach
hinten schräg oben. Auf diese Weise kann eine hinter der Anordnung befindliche Wand
bevorzugt zur Erzielung des Diffusschaltanteiles herangezogen werden.
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In Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform im Grundriß (Fig. 3 a) und
in Seitenansicht (Fig. 3 b) dargestellt, die es ermöglicht, die Anordnung mit in
die akustische Verkleidung 1® eines Raumes einzubeziehen, so daß die Lautsprecheranordnung
nicht so vielPlatz imAbhörraum beansprucht, als es bei freier Aufstellung im Raum
der Fall wäre. Die Lautsprechersysteme 11, il' und 11" sind so angeordnet, daß sie
vor der akustischen Auskleidung liegen. Die Austrittsöffnungen 12 zur Erzielung
der nierenförmigen Richtcharakteristik bei tiefen Frequenzen können innerhalb der
akustischen Verkleidung liegen, da diese für tiefe Frequenzen im allgemeinen durchlässig
ist. Anderenfalls ist durch eine entsprechende Anordnung von Lautsprecher und raumakustischer
Auskleidung dafür zu sorgen, daß eine Behinderung der Ausstrahlung tiefer Frequenzen
nicht eintritt.
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In Fig. 3 a ist außerdem eine andere Anordnung der direkt strahlenden
Systeme 11' gezeichnet. Bei dieser Anordnung sind die Systeme 11' nicht wie die
Systeme 4 und 5 in Fig. 1 auf einem Kreisbogen, sondern auf einer Geraden, aber
gegeneinander verwinkelt angeordnet.
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Kugellautsprecher können nach der in Fig. 4 dargestellten Weise auf
größere Präsenz eingestellt werden. Die schraffiert eingezeichneten Systeme 13 bilden
die Gruppe zur Erzeugung des Direktschallanteiles, die übrigen Systeme 14 dagegen
bilden die Gruppe für den Diffusschall.
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In Fig. 5 ist ein Schaltungsbeispiel für die Speisung der verschiedenen
Lautsprechersysteme angegeben. Das oder die Tieftonsysteme 15 erhalten über die
gegebenenfalls mit An7apfungen versehene Drossel 16
und den Kondensator 17
nur tiefe Frequenzen zugeführt. Die Drossel16 und der Kondensator17 können
so
bemessen sein, daß sich außerdem die für die gute Abstrahlung der tiefen Töne notwendige
Tiefenanhebung ergibt. Die Lautsprecher 18 und 19 bilden die Gruppe für die Abstrahlung
des Direktschalles. Die Unterteilung bezweckt, daß sich bei geeigneter Anordnung
und Anzahl der Systeme eine für alle Frequenzen des Mittel-Hochtonteiles praktisch
gleichbleibende Richtwirkung ergibt. Mit Hilfe der Kondensatoren 20 und
21 kann der Bereich, in dem die genannten Systeme wirksam sind, hinsichtlich
der unteren Grenzfrequenz beeinflußt werden.
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Die Lautsprechersysteme 22 bilden die Gruppe für den Diffusschallanteil.
Der gewünschte Abfall im Bereich der hohen Frequenzen kann durch die mit Anzapfungen
versehene Drossel 23, der Abfall bei tiefen Frequenzen durch den Kondensator 24
eingestellt werden. Die zur gewünschten Klangwirkung erforderliche elektrische Leistung
für die Systeme 22 kann mit Hilfe eines Reglers 25 oder Wahl geeigneter Anzapfungen
des Übertragers 26 mit Hilfe eines Stufenschalters 27 eingestellt werden.
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Das in Fig. 6 dargestellte Schaltungsbeispiel unterscheidet sich von
der Schaltung nach Fig. 5 dadurch, daß die Lautsprechergruppe 28 für den Direktschallanteil
nicht mehr unterteilt ist und die gleichmäßige Abstrahlung der in diesen Bereich
fallenden Töne durch die Widerstands-Kondensator-Kombination 29, 30 und 31 erzielt
wird. Weiterhin besteht ein Unterschied darin, daß die dem Lautsprecherteil 28 für
den direkten Schall und den Lautsprecherteil 32 für den diffusen Schall zugeführten
elektrischen Leistungen mit Hilfe des Stufenschalters 33 gegenläufig durch entsprechende
Wahl der Anzapfungen 34 des übertragers 35 geregelt werden.