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Die Erfindung betrifft einen Mehrwege-Lautsprecher, der zur Wiedergabe von Musik oder Sprache bestimmt ist und zumindest einen Hochtöner aufweist.
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Zum Stand der Technik gehören Lautsprecher, die Schall auf unterschiedlichste Weise abstrahlen. Allen bekannten Lautsprechern ist gemein, den Schall im Hochtonbereich zumindest immer auch direkt nach vorne zum Hörort gerichtet abzustrahlen. Nachteilig an diesen konventionellen Lautsprechern ist, dass die räumliche Ortbarkeit von originalen Schallereignissen über eine mehrkanalige Lautsprecheranlage, wie etwa eine Stereoanlage auf den sogenannten Sweetspot, also auf einen in seiner räumlichen Anordnung und Ausdehnung stark begrenzten Hörort beschränkt ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Lautsprecher zu schaffen, der bei Mehrkanalwiedergabe, wie etwa Stereowiedergabe eine verbesserte Ortbarkeit von Klangereignissen entsprechend dem Aufnahme-Original gewährleistet.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Eine optimale Ortbarkeit von Schallereignissen im Raum zwischen und hinter in Stereoanordnung aufgestellten Lautsprechern wird demnach überraschenderweise erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass jeder der beiden Lautsprecher den Hochtonschall rückwärts abstrahlt, während der übrige Schall konventionell abgestrahlt wird. Dem liegen folgende Erkenntnisse zugrunde.
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Entgegen der gängigen Annahme, dass Direktschall im Hochtonbereich für eine gute Ortbarkeit der Wiedergabe zwingend immer zumindest überwiegend nach vorne zum Hörort abgestrahlt werden muss, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass genau das Gegenteil der Fall ist, und eine merkliche Verbesserung der räumlichen Ortbarkeit von über eine Mehrkanal-Lautsprecheranlage abgestrahltem Schall einer original Rauminformation enthaltenden Aufnahme bei strikter Vermeidung von Hochtondirektbeschallung des Hörorts erzielt wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß im wesentlichen rückwärts gerichteten bzw. in Bezug auf den Hörort indirekten Abstrahlung von Hochtonschall besteht darin, dass über den gesamten übertragenen Frequenzbereich eine gleichmäßigere Energiedichte des Schalls am Hörort erzielt werden kann, die dem originalen Schallereignis energetisch deutlich näher kommt als im Falle einer direkten Abstrahlung von Hochtonschall per Lautsprecher. Diese Feststellung gilt für einen einzelnen Lautsprecher zur Abstrahlung von Monoschallereignissen ebenso wie für Mehrkanalanordnungen mit zwei und mehr Lautsprechern, weshalb die Erfindung für Monowiedergabe ebenso wie für Stereo- und Surroundwiedergabe eine Energiedichte des Schalls bereitstellt, die nahe am originalen Schallereignis ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Lautsprecher zu schaffen, der dem originalen Schallereignis deshalb näher kommt als ein konventioneller Lautsprecher, weil die durch ihn bereit gestellte Energieverteilung dem originalen Schallereignis besser entspricht.
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Im folgenden wird der Wirkmechanismus der Erfindung näher erläutert.
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Durch die sehr kurzen Wellenlängen von Schall oberhalb von 4 kHz ist eine saubere Ortung für einen Zuhörer bei der Wiedergabe durch eine Mehrkanal- wie etwa eine Stereoanlage nur an einem definierten Punkt im Raum möglich. Aufgrund der kleinen Wellenlängen oberhalb von 4 KHz entstehen schon bei wenigen Zentimeter Abweichung von diesem definierten Hörort chaotische Phasenzustände, die eine mit dem Aufnahme-Original in Verbindung stehende Ortung verschlechtern. Die Ortbarkeit ist in diesem Frequenzbereich rein zufällig und interferiert mit der korrekt möglichen Ortbarkeit entsprechend dem Aufnahmeoriginal im Frequenzbereich darunter (150 Hz bis 4 KHz).
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Daraus folgt, dass zur Sicherstellung korrekter Ortbarkeit Schall im Frequenzbereich über 4 KHz keine Rauminformationen beinhalten darf, weshalb er den Hörer ausschließlich indirekt erreichen darf. Der Hörer erhält die Hochtoninformationen deshalb durch den erfindungsgemäßen Lautsprecher nur als Reflektionen des Raumes hinter der Lautsprecherebene. Es entsteht also eine „Hochtonwolke” ohne eindeutige Richtungsinformation, so dass die im mittleren Frequenzbereich (150 Hz bis 4 KHz) korrekt erzeugte Ortbarkeit nicht beeinträchtigt wird.
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Betrachtet man die gesamte Schallenergieabstrahlung eines üblichen Schallwandlers im Raum, erkennt man, dass diese stark frequenzabhängig ist. So arbeiten Lautsprecher je nach Frequenzbereich mit kugelförmiger, halbkugelförmiger oder gerichteter Abstrahlung. Diese inhomogene Energieverteilung ergibt sich durch Bündelungseffekte der Schallerzeuger (Membranen). Je größer eine Membran ist, desto früher bündelt sie den Schall und wechselt von kugelförmiger zu immer stärker gerichteter Abstrahlung. Die Bündelung von von einem Lautsprecher abstrahlten Schall beginnt bereits bei der Frequenz „f°” mit der Eigenschaft dass „f° = C/d (C = Schallgeschwindigkeit; d = Membrandurchmesser). Bei gebräuchlichen Übergangsfrequenzen und Membrandurchmessern werden demnach Bass-Frequenzen omnipolar abgestrahlt (Ausnahme Dipol), während Mitten und in höherem Maße Höhen gerichtet abgestrahlt. Diese unrealistische Energieabstrahlung nimmt der Zuhörer sofort wahr und erkennt dadurch leicht, dass es sich um eine künstliche Schallerzeugung und kein natürliches Schallereignis handelt.
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So bündelt ein 25 cm Basslautsprecher seine Schallabstrahlung erst oberhalb seines in einem 3-Wege-Lautsprecher üblichen höchsten Einsatzbereiches von 430 Hz, während eine 30 mm Hochtonkalotte bereits ab 3607 Hz zu bündeln beginnt, also fast über Ihren ganzen nutzbaren Frequenzbereich seine Schallabstrahlung bündelt. Zieht man die Breite der Schallwand des Lautsprechers in Betracht, in die die Hochtonkalotte üblicherweise eingesetzt ist, beginnt ihre Bündelung schon bei wesentlich tieferen Frequenzen. Ist die Hauptabstrahlachse des Hochtonschallwandlers in Richtung Hörort gerichtet, gibt dieser Schallwandler bei einem in Bezug auf den Hörort linearisierten Frequenzgang, deutlich weniger Hochtonenergie in den Raum ab, als der omnipolar abstrahlende Tieftonschallwandler. Nimmt man die originalen Schallereignisse als näherungsweise rundumstrahlend an, was in der Praxis im wesentlichen der Fall ist, differiert bei direkt abstrahlendem Hochtonschallwandler mit steigender Frequenz die originale und die wiedergegebene Schallenergie im Raum immer stärker. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil durch ausschließlich indirekte Abstrahlung von höherfrequentem Schall.
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Bei dem erfindungsgemäß rückwärts in den Raum hinter bis neben dem Lautsprecher abstrahlenden Hochtonschallwandler wird im Gegensatz zum Lautsprecher mit direktstrahlendem Hochtonwandler energetisch zu den tiefen, omnipolar abgestrahlten Frequenzen näherungsweise adäquate Hochtonenergie bereit gestellt. Die Hochtonschallintensität muss dazu in Bezug auf einen direkt strahlenden Hochtonschallwandler um mindestens 5 dB (Anspruch 6) erhöht werden, was einer Steigerung der Schallintensität um den Faktor 3,2 entspricht. Hier erkennt man gut, wie viel Hochtonenergie konventionelle Lautsprecher, auf den Hörraum bezogen, zu wenig abstrahlen. Durch die erfindungsgemäß rückwärts gerichtete Hochtonschallabstrahlung wird die durch Reflexionen erzeugte Hochtonenergie im Bereich vor den Lautsprechern wesentlich gleichmäßiger im Raum verteilt, als bei direktstrahlenden Hochtonschallwandlern. Der Frequenzgang des Lautsprechers ist dadurch messtechnisch an fast allen Orten vor der Lautsprecherebene zumindest im Wesentlichen gleich. Ein Verlust von Hochtonenergie außerhalb des „Stereodreieckes” ist kaum feststellbar. Eine Fixierung auf eine bestimmte Hörzone, wie bei über den gesamten Übertragungsfrequenzbereich vorwärts Schall abstrahlenden Lautsprechern findet nicht statt.
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Der Hochtonschallwandler sollte um eine diesen durchsetzenden Vertikalachse drehbar angebracht sein (Anspruch 3), um auf Raumgegebenheiten, vor allem den Reflexionsgrad des Hörraums anpassbar zu sein. Aus demselben Grunde sollte er alternativ oder zusätzlich um eine den Hochtonschallwandler durchsetzende horizontale Achse drehbar sein (Anspruch 4).
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Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass dem Hochtonschallwandler ein Schallpegelsteller zur Anpassung der Intensität des vom Hochtonschallwandlers abgestrahlten Schalles an die Akustik des jeweiligen Hörraumes zugeordnet ist (Anspruch 5).
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Um eine Hochtonschallabstrahlung in Vorwärtsrichtung zu verringern ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Hochtonschallwandler ein Monopolschallwandler ist (Anspruch 7).
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Anstelle eines einzigen rückwärts abstrahlenden Hochtonschallwandlers können mehrere Hochtonschallwandler zum Abstrahlen von Schall in den Raum hinter bis neben dem Lautsprecher derart vorgesehen sein, so dass Hochtonschall den Hörort nicht direkt, sondern ausschließlich indirekt als reflektierter Schall erreicht (Anspruch 8).
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Bei einer Frequenz von 7 kHz, besitzt der Schall bei Zimmertemperatur eine Wellenlänge von unter 5 cm. Bei einer stereophonen Abstrahlung führt eine Entfernungsdifferenz von 2,5 cm des linken und rechten Ohres zum Lautsprecher bereits zu einer Phasendrehung von 180°. Dreht der Zuhörer den Kopf also um 1,25 cm nach rechts nimmt er ein Mono-Mitte-Signal aufgrund der Entfernungsdifferenzen seiner Ohren zu den jeweiligen Lautsprechern ganz links außerhalb des linken Lautsprechers wahr.
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Betrachtet man einen natürlichen Ton der aus einem Grundton und mehreren Obertönen besteht (z. B. 250 Hz, 4500 Hz, 7 kHz) wird die Problematik der Phantomortung noch deutlicher. Es wird angenommen, dass ein Instrument mittig zwischen den Mikrofonen aufgenommen wurde. Der Grundton (250 Hz) hat eine Wellenlänge von ca. 138 cm. Daher führt die 1,25 cm Drehung des Kopfes zu einer Phasendrehung von ca. 6,5°. Dies ist vernachlässigbar, weshalb das Instrument weiterhin aus der Mitte wahrgenommen wird. Bei Auftreten des ersten Obertons (4,5 kHz) beträgt die Phasendrehung, bezogen auf die 1,25 cm Drehung des Kopfes, bereits 90°, weshalb der Oberton direkt aus dem rechten Lautsprecher herrührend wahrgenommen wird. Den Oberton bei 7 kHz ortet man mit 180° Phasendrehung wie gehabt links außerhalb des linken Lautsprechers. Bei gleicher Drehung des Kopfes wird der Grundton also mittig geortet, seine Obertöne werden hingegen sowohl ganz links als auch aus dem rechten Lautsprecher geortet. Das gleiche Ergebnis wie bei einer Drehung des Kopfes erhält man auch bei einer Verschiebung des Hörplatzes um 2,5 cm außer der Mitte nach links heraus. Als Ergebnis wirkt das Klangbild zerrissen und instabil.
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Entlastet man das Gehör von der chaotischen Ortbarkeit der Obertöne durch erfindungsgemäß exklusive Rückwärtsabstrahlung bzw. indirekte Abstrahlung von Hochtonschall, wird die Ortbarkeit des Grundtones nicht beeinträchtigt. Die Folge ist eine verbesserte imaginäre Bühne mit realistischer Ortbarkeit von Schallereignissen entsprechend dem Aufnahme-Original.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
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1 eine Ansicht einer Ausführungsform des als Dreiwegelautsprecher ausgebildeten erfindungsgemäßen Lautsprechers,
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2 eine Seitenschnittansicht des Lautsprechers von 1 zusammen mit einer schematischen Darstellung des vom Hochtonschallwandler abgestrahlten Schalles, und
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3 zwei in Stereoaufstellung angeordnete Lautsprecher der in 1 gezeigten Ausführungsform.
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Der in 1 und 2 gezeigte Dreiwege-Lautsprecher 10 umfasst ein Bassreflexgehäuse 10, das auf der Vorderseite durch eine Schallwand 11 abgeschlossen ist, in deren oberem Drittel ein Tieftonschallwandler 12 eingesetzt ist, und in deren unterer Hälfte ein Bassreflexrohr 15 eingesetzt ist, das sich in das Gehäuse 10 hinein erstreckt und über eine rechteckige Öffnung 16 in der Schallwand 11 mit der Umgebung des Lautsprechers 10 kommuniziert. Die Schallwand 11 ist am oberen Ende durch einen Schallwandaufsatz 13 über ihre Oberkante hinaus verlängert und in diesen Verlängerungsabschnitt ist ein Mitteltonschallwandler 14 eingesetzt, der als Dipol Schall nach vorn in Richtung auf einen Hörort und nach hinten abstrahlt, wie durch Pfeile angedeutet. Alternativ kann dieser Mitteltonschallwandler 14 rückwärtig durch eine Haube verschlossen oder in die Schallwand 11 eingesetzt sein, wodurch es als Monopol nur vorwärts zum Hörort hin Schall abzustrahlen vermag. An der Oberkante des Schallwandaufsatzes 13 ist ein Hochtonschallwandler 17 über eine Halterung 18 angebracht. Nicht dargestellt sind ein Anschluss zum Zuführen eines Audiosignals zum Lautsprecher und eine Frequenzweiche zum Aufteilen des Audiosignals an seine drei Schallwandler.
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Erfindungsgemäß strahlt der Hochtonschallwandler 17 Schall rückwärts derart ab, dass dem vor der Schallwand gelegenen Hörort kein Hochton-Direktschall, sondern nur Schall erreicht, der durch Wände und dergleichen Hindernisse zum Hörort hin reflektiert wird. In 2 ist diese rückwärts gerichtete Hochtonschallabstrahlung durch halbkugelförmige Schallfronten dargestellt, die sich in der Realität nicht unendlich ausbreiten, wie durch die Schallfronten in 2 nahegelegt, sonder an Hörraumwänden reflektiert werden, wie in 3 dargestellt. In 3 sind zwei Lautsprecher 10 und 10' nahe der Rückwand 19 eines Hörraums angeordnet, der außerdem zwei Seitenwände 20, 21 umfasst. Die beiden identisch aufgebauten Lautsprecher 10, 10' sind mit ihren Schallwänden zu einem Hörort hin angewinkelt, der in der Spitze eines Stereodreiecks, dem sogenannten Sweetspot zu liegen kommt, der in 3 dem Mittelpunkt einer schematisch dargestellten Hochton-Hörwolke zu liegen kommt, die in der zweidimensionalen Darstellung allgemeine Ellipsenform hat bzw. im dreidimensionalen Raum ein Ellipsoid ist.
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Die Hauptabstrahlrichtung des Hochtonschallwandlers 17' ist mit einem Pfeil 23 bezeichnet, und dieser Schallanteil trifft schräg auf die Rückwand 19, wo er reflektiert wird, wie durch einen Pfeil 24 gezeigt. Die in der zweidimensionalen Darstellung von 3 seitliche Begrenzung des vom Hochtonschallwandler 17' abgestrahlten Schalles ist mit zwei vom Hochtonschallwandler weg laufende Linien 25' und 26' bezeichnet, die an der Rückwand 19 bzw. der Seitenwand 21 Enden und dort Ausgangsstellen für zum Hörort reflektierten Schall bilden. Die gleiche Situation ist für den Hochtonschallwandler 17 des Lautsprechers 10 mit Linien 25 und 26 dargestellt. Weitere Schallabstrahlrichtungen sind für den Schallwandler 17 mit zur Rückwand 19 gerichteten kurzen Pfeilen nahe am Schallwandler dargestellt. Entsprechende Reflexionen an der Rückwand 19 und der Seitenwand 20 mit weiteren kurzen Pfeilen dargestellt. Da der Hochtonschall am Hörort nicht durch direkten Schall, sondern ausschließlich durch reflektierten Schall eintrifft, läuft dieser Schall nicht im Sweetspot zusammen, sondern umgibt diesen gewissermaßen diffus verteilt in einem Ellipsoid, der Hochtonwolke. Der in der Hochtonwolke enthaltene Hochtonschall besitzt keine Richtungsinformation, so dass er nicht zum Raumeindruck beiträgt, der nun nur durch den Mitteltonschallanteil erzeugt wird, der direkt auf den Hörort (Sweetspot) vom Mitteltonschallwandler 12 abgestrahlt wird.
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Um den jeweils spezifischen Gegebenheiten des Hörraums Rechnung zu tragen, ist der Hochtonschallwandler 17 des Lautsprechers 10 um eine parallel zur Schallwand 11 verlaufende Horizontalachse 27 dreh- bzw. schwenkbar an seiner Halterung 18 angebracht alternativ oder zusätzlich kann der Hochtonschallwandler zu diesem Zweck um eine Vertikalachse dreh- bzw. schwenkbar angeordnet sein.
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Um eine Hochtonschallintensität am Hörort zu erreichen, die den Mittel- und Tieftonschallintensität zugunsten eines ausgeglichen Frequenzverlaufs des Lautsprechers entspricht, arbeitet der Hochtonschallwandler entsprechend „lauter” als die übrigen Schallwandler. Um auch diesbezüglich eine Anpassung an den Hörraum zu ermöglichen ist ein nicht dargestellter Pegelsteller am Lautsprecher 10 vorgesehen, mit dem entweder der dem Hochtonschallwandler 17 zugeführte Tonsignalpegel oder die Tonsignalpegel geregelt werden, die den weiteren Schallwandlern 12 und 14 zugeführt werden.
