DE2163321A1

DE2163321A1 - Einrichtung zur stereofonischen wiedergabe

Info

Publication number: DE2163321A1
Application number: DE2163321A
Authority: DE
Inventors: Andrej Wladimirowits Borisenko
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1973-06-28
Also published as: US3759345A; FR2168142B1; GB1368070A; FR2168142A1

Description

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530-18.031Ρ 2O₉ 12. 1971

Andrej Vladimirovie¹ Borisenko, prospekt Metallietov, 80, korpiis 3,
Leningrad (UdSSE)

Einrichtung zur etereofoiiischen Wiedergab®

Die Erfindung betrifft die Radiotechnik, insbesondere eine Einrichtung zur stereofonischen (räumlichen) Schall-Wiedergabe.

Die Einrichtungen zur stereofonischen Wiedergabe bestehen üblicherweise aus zwei in einem bestimmten Abstand voneinander aufgestellten Lautsprecherkombinationen. (Lautsprecherboxen) . Der Abstand der Lautsprecherkombinationen wird als Basis bezeichnet.

Die akustischen Achsen der Lautsprecherkombinationen stehen unter einem Winkel von 6θ bis 90 zur Basis. Jede

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Lautsprecherkombination besitzt eine Hoch-, Mittel- und Niederfrequenzeinheit. Eins stereofonische Wiedergabe durch die oben erwähnten Einrichtungen wird nur dann erreicht, wenn sich der Empfänger oder Zuhörer in gleicher Entfernung von beiden Lautsprecherkombinationen_a d» h· auf der Symmetrieachse, befindet.

Selbst eins geringe Abweichung des Zuhörers von der Symmetrieachse verändert daa stereofonische Gesamtwieder» gabespektrum, da ein Großteil des Schalla aus der Riefe-P tung der sich näher befindenden Lautsprecherkombination empfangen wird. Venn der Zuhörer sieb, gegenüber einer ei ei" Lautsprecherkombinationen befindet, wird praktisch das gesamte Klangbild von dieser Lautsprecherkombination erap~/ fangen. Hierbei verschwindet das räumliche Schallbild, und der Empfang unterscheidet sich praktisch durch nichts von monauralem Klangbild, Vie ersichtlich, ist die Zone, die der Zuhörer nicht verlassen darf, ohne ein merkliches Verschlechtern des stereofonischen Klangbildes wahrzunehmen, ein schmaler Streifen längs der Symmetrieachse der Lautsprecherkombinationen.

k Es sind Einrichtungen zur stereofonischen Viedergabe

bekannt, die um die Zone der stereofonischen Viedergabe zu erweitern, mit komplizierten Rückstrahlern großer Abmessungen wie auch mit parabolischen Reflektoren für die verschiedenen Frequenzbereiche versehen sind.

Es sind auch Einrichtungen zur stereofonischen Viedergabe bekannt, die aus mehr als zwei Lautsprecherkombinationen bestehen. Venn der Zuhörer die Zone der stereofonischen

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Wiedergabe zweier Grundlautsprecherkombinationen verläßt, kommt er in die Zone eines anderen Lautsprecherkombinationspaarese Einrichtungen, bestehend aus vier Lautsprecherkombinationen, nehmen im Betriebsraum viel Platz ein, da die Lautsprecherkombinationen nicht in einer Linie aufgestellt werden können, auch werden die Kosten der Einrichtung mit erweiterter stereofonischer Zone im Vergleich mit der einfachen Ausführung für stereofonische Wiedergabe bedeutend größer.

Es ist ferner eine Einrichtung zur stereofonischen Wiedergabe bekannt, bei der die stereofonische Zone dadurch erweitert wird, daß die Wände des Zuhörerraumes mit Faltenschirmen ausgebildet werden. Hierbei empfängt der Zuhörer die von der gefalteten Wand reflektierten Klänge₀ Dadurch werden die direkt von den Lautsprecherkombinationen ausgestrahlten Klänge abgeschwächt, wodurch die Ortungsschärfe bedeutend herabgesetzt wird.

Die oben beschriebenen Einrichtungen zur stereofonischen Wiedergabe sind kompliziert und äußeret raumbeanspruchend, weshalb sie für privaten Gebrauch nicht eingesetzt werden können.

Es ist auch eine·Einrichtung zur stereofonischen Wiedergabe bekannt, bei der die Zone des stereofonischen Empfanges dadurch erweitert wird, daß eine Komponente der Stereofonie verbessert wird, und bei der die gesamte Schallstärke beider Lautsprecherkombinationen im größten Teil des Zuhörerraumes konstantgehalten wird (vgl.. US-PS Nr. 3 080 012). Hierbei wird der Zeitunterschied ΔT

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des Empfanges, der von den Lagekoordinaten (x, y) des Zuhörers abhängt, nicht in Betracht gezogen. Der Zeitunterschied Δ. T xy bestimmt aber im wesentlichen-die Verzerrung des Stereofonischen Klangbildes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der oben erwähnten Mängel die Einrichtung zur Stereofonischen Wiedergabe mit einer erweiterten Zone stereofonischen Empfanges auszuführen und ein Verzerren des stereofonischen Klangbildes zu beseitigen.

P Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur stereofonischen Wiedergabe, mit zwei Lautsprecherkombinationen, die in einer Entfernung - der Basislänge - voneinander aufgestellt sind, wobei jede Lautsprecherkombination eine Mittelfrequenz- und eine Hochfrequenzeinheit besitzt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittelfrequenzeinheit mit einer akustischen Fokussiervorrichtung versehen ist, deren akustische Achse mit der Basislinie einen solchen Winkel bildet, daß die stereofonische Klangfarbe praktisch unabhängig von der Lage des Zuhörers auf einer Linie parallel zur Basislinie empfangen wird.

k Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet,

daß die akustische Fokussiervorrichtung als lamellenförmige akustische Linse ausgeführt ist, deren Lamellen einen Winkel von 40° mit der Basislinie, deren Länge 2,4 m ist, bilden.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die akustische Achse

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der Hochfrequenzeinheit angenähert denselben Winkel mit der Basislinie wie die Mlttelfrequenzelnhelt bildet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert, mit nur zwei Lautsprecherkombinationen, eine Erweiterung der Zone des stereofonischen Empfanges bis zu 90 $ Bodenfläche des Empfangsraumes.

Xm weiteren wird die Erfindung anhand der notwendigen theoretischen Grundlagen wie auch eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Ee zeigern

Fig. 1 die linke und rechte Mittelfrequenzeinheit,

die mit einer lamellenartigen akustischen Linse versehen sind (Ansicht von oben))

Fig. 2 die optimalen Richtcharakteristiken der (rechten und linken) Mittelfrequenzeinheit} und

Fig. 3 die Zone der stereofonischen Wiedergabe, wobei "a" die Zone des stereofonischen Empfangs einer bekannten Einrichtung und "b" die Zone des stereofonischen Empfangs der erfindungsgemäßen Einrichtung ist.

Bekanntlich sind-die einzelnen Komponenten der stereo· fonischen Wiedergabe wie "Helligkeit, Klarheitⁿ des Klangbildes, "akustische Atmosphäre" und Ortung eng miteinander

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verbunden und bestimmen die Möglichkeit des subjektiven Empfanges von räumlich verteilt aufgestellten Schallquellen oder Lautsprechern bzw. Lautsprecherkorabinationen. Di» relative Verschiebung der einzelnen Elemente des stereofonischen Klangbildes bei einer unsymmetrischen Lage des Zuhörers (sog. räumliche Verzerrung) wirkt sich auch auf die anderen Besonderheiten des stereofonischen Empfanges aus. Es entsteht außerdem noch eine zusätzliche Verzer- . rung - die Störung der musikalischen Balance -_f die durch¹ eine übermäßige Lautstärke der dem Zuhörer näherliegenden Lautsprecherkombination zum Ausdruck kommt. Deshalb geht in den bekannten Einrichtungen die stereofonische Wiedergabe bei unsymmetrischer Lage des Zuhörers zu den Schallquellen oder Lautsprecherkombinationen zum großen Teil verloren.

Die Ursachen der räumlichen Verzerrung sindi

der Zeitunterschied Δ L xy, der von den Lagekoordina-

I₁-I₂ ten des Zuhörers abhängt? Δ L xy = ——————

der Schallintensitätsunterschied %

¹I ALxy = 20 Ig ~

^X2

der Unterschied der Richtwirkungsfaktoreni 20 IgD₁( V ) - 20 lgD₂( ψ )

der Unterschied der von den Lautsprecherkombinationen

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ausgestrahlten Tonspektren, die am Empfangspurikt empfunden werden, bedingt durch die Frequenzabhängigkeit der Richtcharakteristiken der Lautsprechereinheiten der Lautsprecherkombinationen,

mit I₁ und I₂ = Entfernung des Zuhörers von den Lautsprechern, ν = Schallgeschwindigkeit, D₁ (V) und D₂ (ψ) = Richtwirkungsfaktoren der linken bzw. der rechten Mittelfrequenz-Lautsprechereinheitο

Bei den bekannten Einrichtungen zur stereofonisehen Wiedergabe rufen alle oben erwähnten Faktoren ein scheinbares Verschieben der Lautsprecherkombinationen in Richtung zum Zuhörer hervor, hierbei ist der Einfluß des Zeitunterschiedes ZiT xy am größten.

Es ist bekannt, daß der Zeit-(ATxy) und Sehallintensitätsunterschied ( .A Lxy) zwischen den Signalen zweier Kanäle beim doppelseitigen Hören gleichwertig und unabhängig voneinander auf die Sinnesorgane wirken»

Das heißt, die gesamte scheinbare Verschiebung der Schallquelle wirds

S(ALxy, AT xy) = S(A Lxy) + S( At xy)

AX xy = 0 Δ Lxy β 0

Der Schallintensitätsunterschied ist dem Zeitunterschied gleichwertig, ALxy, äquiv. = K Δ L xy,

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wo k ein Proportionalitätsfaktor in db/m»s ist, der von den Koordinaten des Zuhörers abhängt«,

Dadurch wird der gesamte Schallintensitätsunterschied gleich

Δ Lxy, ge s = ^Δ Lxy + k /\ t xy'

Auf diese Art kann ein Erhöhen der Schallintensität des nacheilenden Schallsignals die Wirkung des Zeitunterschiedes auf das Tonempfinden aufheben« Dies wird dadurch erreicht, daß man bestimmte Richtcharakteristiken den Laat·= Sprechereinheiten der Lautsprecherkoebinationen verleiht-,,

Optimale Richtcharakteristiken der Lautsprecherei.nheiten können dadurch gefunden werden, daß man die Lage einer der scheinbaren Schallquellen, z_a B. der zentralen, beim Verschieben des Zuhörers entlang der Basislinie als unveränderlich annimmt.

Diese Bedingung kann angenähert durch folgende Gleichung ausgedrückt werdens

ALxy + k Δ T xy + 20 IgD₁ (V)-20 lgD_£( V )

Die optimalen Richtcharakteristiken, für verschiedene Basislinien berechnet, sind in Fig. 2 dargestellt und zeigen den Teil der Richtcharakteristik, der den Richtungen vom Ort des Zuhörers entspricht. Für andere Richtungen ( V >60 ) kann die Richtcharakteristikform vom Standpunkt der Stabilität des stereofonischen Klangbildes beliebig

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sein, jedoch ist es wünschenswert, daß die Richtwirkungsfaktoren für diese Werte möglichst klein sind.

Die Richtwirkung einer einzelnen Mittelfrequenzlautsprechereinheit ist wesentlich unter der optimalen, weshalb im Bereich der Mittelfrequenz eine akustische Fokussiervorricntung unbedingt notwendig ist» Die notwendige Richtcharakteristik der Mittelfrequenzlautsprechereinheit in der waagerechten Ebene wird durch lamellenartige akustische Linsen gesichert, deren konstruktive Ausführung von der Länge der Basislinie abhängt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur stereofonischen Klangwiedergabe besteht aus zwei Lautsprecherkombinationen, deren Entfernung voneinander der Basislänge entspricht, wobei jede Lautsprecherkombination aus drei Lautsprechereinheiten, die übereinander angeordnet sind, besteht, nämlich aus der Hochfrequenz-, Mittelfrequenz- und Niederfrequenzlautsprechereinheit« Jede Lautsprechereinheit wird über Trennfilter gespeist. Die Gesamtbreite des Frequenzbereiches wird durch die Wahl des Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Lautsprechers bestimmt„ Die Mittelfrequenzlautsprechereinheit 1 (Figo 1) besteht aus je zwei Lautsprechern 2, die mit lamellenartigen akustischen Linsen 3 versehen sind. Bei einer Basislänge B = 2,4 m besteht die akustische Linse 3 aus sechs bis acht Lamellen, die unter einem Winkel von 4o zur Basislinie angeordnet sind. Durch die lamellenartigen akustischen Filter 3 erhält die Mittelfrequenzeinheit 1 eine bestiramte-Richtcharakteristik D. (V) und D₂ (V)» deren Form aufgrund eingehender Unter-

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suchungen des menschlichen Gehöranalysators bestimmt wird« Die optimalen Richtcharakteristiken für die linke Mittelfrequenzeinheit sind auf den Kurven 5» 6,7 und für die rechte Mittelfrequenzeinheit auf den Kurven 8, 9» 10 der Fig. 2 zu sehen, die für verschiedene Basislängen bestimmt wurden.

Der Zuhörer, der sich auf einen beliebigen Punkt "A" des Empfangsraumes befindet, empfängt infolge der verschiedenen Richtcharakteristiken die Schallsignale von || der weiter entfernten Mittelfrequenzeinheit mit einer größeren Schallintensität als von der sich näher befindenden Einheit. Die Größe und das Vorzeichen dieses Unterschiedes werden so gewählt, daß der Einfluß des Zeit- und Schallintensitätsunterschiedes auf das Hörorgan, der durch die ' unterschiedliche Entfernungen I₁ und I₂ des Empfangspunktes A bis zur Mittelfrequenzeinheit hervorgerufen, ausgeglichen wird. Als Folge davon hängt das stereofonische Klangbild praktisch nicht von der Lage jeder der scheinbaren Schallquellen in bezug auf den Ort des Zuhörers ab.

Es ist auch zu bemerken, daß die notwendige Richtwir- ^ kung der Hochfrequenzeinheit im Bereich von 3 bis 5 kHz dadurch erreicht wird, daß man die akustische Achse der Hochfrequenzeinheit annähernd unter demselben Winkel wie die Mittelfrequenzeinheit zur Basis orientiert. Hierbei ist es günstig, wenn im Bereich der hohen Frequenzen (über 5 kHz) eine übermäßige Richtwirkung vermieden wird.

In Fig. 3 sind die Grenzen der Zone mit stereofonischer Tonwiedergabe angegeben, zwischen diesen beträgt der

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stereofonische Verzerrungsgrad nicht mehr als 10 %, hier bezeichnet die Zone a das Gebiet stereofonischer Wiedergabe der bekannten Einrichtungen, die Zone b das der erfindungsgemäßen Einrichtung. Das bedeutet, daß die zentrale scheinbare Tonquelle, deren Klangbild stereofonisch empfunden wird, sich um weniger als + 0,1B verschiebt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung bis 90 % der Bodenfläche des Empfangsraumes zum stereofonischen Empfang ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ergab bei ihrer Erprobung gute Ergebnisse. Eine Reihe Vergleichsmessungen des stereofonischen Empfanges bei der erfindungsgemäßen Einrichtung und den bekannten Einrichtungen ergab folgende Ergebnisses

1. Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert stabil sowohl auf der Symmetrieachse der Lautsprecherkombinationen als auch seitlich von dieser eine stereofonische Klangfarbe der Schallwiedergabe.

2, Der stereofonischenWiedergabe der erfindungsgemäßen Einrichtung wird von der Mehrzahl aller sich nicht auf der Symmetrieachse der Lautsprecherkombinationen befindlichen Zuhörern der Vorzug gegeben, wobei die stereofonische Wiedergabe der letzteren, verglichen mit der Schallwiedergabe der bekannten Einrichtungen, beim Abhören auf der Symmetrieachse als gleich gut bewertet wird. Der Vorzug der erfindungsgemäßen Einrichtung ist besonders augenfällig bei der stereofonischen Wiedergabe von räumlich kompli-

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zierten Klangbildern (ζ. Β. sinfonischen Orchesterwerken), aber auch dann, wenn der Abhörpunkt gegenüber nur einer der Lautsprecherkombinationen (linken oder rechten) liegt.

3. Das Verhältnis der Lautstärken der einzelnen Elemente der Klangfarben (musikalische Balance) ist praktisch im größten Teil des Empfangsraumes konstant.

h. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist kein

|| merklicher Unterschied zwischen dem Empfang einer stereofonischen Wiedergabe auf der Symmetrieachse der Lautsprecherkombinationen und außerhalb dieser zu empfinden.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur stereofonischen Wiedergabe, mit zwei Lautsprecherkombinationen, die in einer Entfernung - der Basislänge - voneinander aufgestellt sind, wobei jede Lautsprecherkombination eine Mittelfreqctenz- und eine Hochfrequenzeinheit besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittelfrequenzeiaheit (i) mit einer akustischen Fokussiervorrichtung (3) versehen ist, deren akustische Achse mit der Basislinie einen solchen Winkel bildet, daß die stereofonische Klangfarbe praktisch unabhängig von der Lage des Zuhörers auf einer Linie parallel zur Basislinie empfangen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Fokussiervorrichtung als lamellenförmige akustische Linse (3) ausgeführt ist, deren Lamellen (4) einen Winkel von 40 mit der Basislinie, deren Länge 2,4 m ist, bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Achse der Hochfrequenzeinheit angenähert denselben Winkel mit der Basislinie wie die Mittelfrequenzeinheit bildet.

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