DE2350835A1

DE2350835A1 - Lautsprechereinheit mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten lautsprecherelementen

Info

Publication number: DE2350835A1
Application number: DE19732350835
Authority: DE
Inventors: Erik Markvard Christoph Madsen
Original assignee: Bang and Olufsen AS
Current assignee: Bang and Olufsen AS
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2203249B3; FR2203249A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprechereinheit mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Lautsprecherelementen und zur Aufstellung in einer charakteristischen Stellung relativ zu einer Hörposition, wobei die beiden Lautsprecherelemente mit einem Signalstrom von einem gemeinsamen Signalstromeingang über ein Überkreuzungsnetzwerk gespeist sind.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Mehrfachlautsprechersysteme, d.h. Lautsprechereinheiten, die^eweils zwei oder mehr Lautsprecherelemente aufweisen, die jeweils zur Wiedergabe eines besonderen Frequenzbereichs dienen, der durch elektrische überkreuzungs- oder Übertragungsnetzwerke definiert ist.

Im Falle eines einzelnen Lautsprecherelements werden die verschiedenen Schallfrequenzen normalerweise mit einer Phase

SL/K

409816/091 A

-2-

ÖRlGiNÄL INSPECTED

entsprechend dem Eingangssignal des Lautsprechers wiedergegeben, obwohl bekannte sogenannte Minimumphasenfehler vorhanden sein mögen. Diese Fehler oder Unregelmäßigkeiten, die z.B. durch Resonanzerscheinungen in der Lautsprechermembran verursacht sein können, können jedoch durch einfache elektrische Schaltkreise kompensiert werden, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind. Der Schall von einem Lautsprecher ist normalerweise phasenverzögert in bezug zu dem Eingangssignal, da das bewegliche System des Lautsprechers eine gewisse Zeit benötigt, um entsprechend den Änderungen der Schwingungen des Eingangssignals beschleunigt odegverzögert zu werden. Die tatsächliche Phasenverzögerung hängt von der Schallfrequenz ab.

Ein einzelner Lautsprecher kann normalerweise nur einen begrenzten Frequenzbereich wiedergeben, und es ist daher üblich, mehr Lautsprecherelemente zu verwenden, die jeweils zur Wiedergabe eines bestimmten Frequenzbereichs dienen, insbesondere von niedrigen und hohen Fmguenzen. Im allgemeinen ist die durch den Niederfrequenzlautsprech er verursachte Phasenverzögerung größer als die von dem Kochfrequenzlautsprecher verursachte Phasenverzögerung, und entsprechend erreichen die Schallsignale von den beiden Lautsprechern eine Hörposition mit unterschiedlichen Phasenverzögerungen, d.h. gegenseitig außer Phase zu der ursprünglichen Phasenbeziehung. Natürlich sind alle Frequenzen des ursprünglichen Signals in dem von dem Hörer empfangenen Schallsignal vorhanden, jedoch ist das empfangene Signal durch die

-3-

409816/0914

ORIGINAL INSPECTED

Phasenfrequenz zwischen den Signalen von den beiden Lautsprechern verzerrt.

Als Grundlage für die vorliegende Erfindung wurden Versuche durchgeführt, die klar zeigen, daß das menschliche Ohr tatsächlich in der Lage ist, eine verzerrte Phasenbeziehung zwischen Schallsignalen von zwei Lautsprecherelementen festzustellen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lautsprechereinheit zu schaffen, die in der Lage ist, ein hörbares Schallsignal abzugeben, in dem die ursprüngliche Phasenbeziehung zwischen den Frequenzbereichen, die von den verschiedenen Lautsprechern wiedergegeben werden, veLtgehend aufrechterhalten ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Lautsprecherelemente in bezug zu ihren gegenseitigen Lagen und/oder zu dem Synchronismus der Ankunft des Signalstroms an den beiden Lautsprecherelementen so ausgelegt sind, daß die akustischen Nullpunkte der jeweiligen Lautsprecherelemente im wesentlichen den gleichen Abstand von der Hörposition haben, d.h. daß die Verbindungslinie zwischen den Nullpunkten im wesentlichen senkrecht auf der Hauptrichtung von der Lautsprechereinheit zu der Hörposition steht.

Gemäß der Erfindung wird also eine Lautsprechereinheit verwendet, bei der Maßnahmen dafür getroffen sind, um den sogenannten akustischen Nullpunkt des einzelnen Lautsprecherelements in solcher Weise zu lokalisieren, daß diese Punkte den gleichen Abstand vom Hörer haben. Der akustische Nullpunkt des Lautsprecher-

409818/091 4

elements ist als der Punkt definiert, von dem der Schall mit einer Phase abgestrahlt wird, die mit der Phase des elektrischen Eingangssignals übereinstimmt, d.h. ohne Phasenverzögerung relativ dazu. Da, wie erwähnt, der Schall mit einer gewissen Verzögerung wiedergegeben wird, wird der akustische Nullpunkt hinter dem Lautsprecher liegen, im Abstand hinter dessen Schallwiedergabeteil, und zwar um so weiter, je höher die Verzögerung ist. Da die Verzögerung von der Sequenz abhängt, ist der akustische Nullpunkt für einen bestimmten Lautsprecher normalerweise nicht ein einziger Punkt, wenn der Lautsprecher jedoch innerhalb eines begrenzten Frequenzbereichs arbeitet, wird der Punkt nichtsdestoweniger ausreichend genau definierbar sein, insbesondere dann, wenn die Minimumphasenfehler verbunden oder kompensiert sind. Ist der Abstand von dem Hörer zu dem akustischen Nullpunkt jedes Lautsprechers der gleiche, so wird sich kein wesentlicher Phasenfehler im resultierenden Schallsignal für den Hörer ergeben.

Die Erfindung läßt sich daher in einer sehr einfachen Weise realisieren, indem die verschiedenen Lautsprecherelemente in der Lautsprechereinheit in solcher geografischen Lage angeordnet werden, daß ihre akustischen Nullpunkte dicht beieinander oder in im wesentlichen gleichen Abständen von einem Punkt liegen, da: den Kopf des Hörers in einer typischen Hörposition vor der Lautsprech_ereinheit darstellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die

409816/Ö9U

Lautsprecherelemente in der gewöhnlichen Weise angeordnet, so daß ihre natürlichen akustischen Nullpunkte in verschiedenen Abständen zu dem Hörer liegen, wobei die elektrischen Eingangssignale zu einem oder mehreren der Lautsprecherelemente über ein elektrisches Verzögerungsnetzwerk zugeführt sind, wodurch die Positionen des Nullpunkts oder der Nullpunkte auf die richtige Lage einjustiert werden können.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Phasenfrequenzdiagramm, das eine Methode zur Bestimmung der Lage des akustischen Nullpunkts eines Lautsprecherelements verdeutlicht,

Fig. 2 zeigt schematisch von der Seite eine Lautsprechereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ist eine entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Pig=, 4 ist eine entsprechende Ansicht einer noch ©adsren Ausführungsform.

In Verbindung mit ©inem Phasenfirequengdiagramm ist In Fig. ] ein Lautsprecher H und ein Meßpunkt O vor dem Lautsprecher gezeigt. Ir diesem Punkt ist die Phasenverschiebung d©s Sehallsignals durch irgendeine bekannte Meßeinrichtung gemessen, und zwar durch F@EgleJ.ch der Phase des elektrisch®» lingangssignals zu

-6-

409816/0914

dem Lautsprecher mit der Phase des empfangenen Schalls.iqna3 κ, und die Messung ist für verschiedene Frequenzen durchgeführt. Die Meßergebnisse sind grafisch als Kurve a in dem Phasenfrequenzdiagramm der Fig. 1 aufgetragen. Für einen guten Lautsprecher ist diese Kurve fast geradlinig im tatsächlichen Frequenzbereich des Lautsprechers, und der Neigungskoeffizient -τίίρ der Kurve ei ist eine Funktion des Abstandes D des akustischen Nullpunkts des Lautsprechers von dem Meßpunkt O_f der Abstand D ist bestimmt durch -~|p Sekunden multipliziert mit der Geschwindigkeit des Schalls durch Luft.

Die gleichen Messungen für einen anderen Lautsprecher, der in der gleichen Entfernung von dem Punkt O angeordnet ist, mögen zu einer weiteren Kurve b führen, die eine andere Neigung hat und somit eine andere Entfernung von O zu dem akustischen Nullpunkt dieses Lautsprechers anzeigt. Auf diese Weise ist es möglich, die absolute Lage des akustischen Nullpunkts Z eines in Betrieb befindlichen bestimmten Lautsprechers innerhalb eines begrenzten Frequenzbereichs zu bestimmen<

In Fig. 2 ist eine Lautsprechereinheit dargestellt, die einen Hochtonlautsprecher HTl und einen Baßlautsprecher HT2 aufweist ο die auf einer Ssliallwand 2 innerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt) angeordnet sind. Eine Hörerposition vor der Lautsprechereinheit ist mit O bezeichnet. Die akustischen Nullpunkte der beiden Lautsprechereinheiten sind jeweils mit A und B bezeichnet. Wie deutlich zu erkennen ist, ist die Schallwand in

-7-

409816/0 914

solcher Weise ausgebildet, daß die Lautsprecher so gehalten sind, daß ihre Nullpunkte in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen, d.h. daß bei der dargestellten Anordnung der Abstand OA der gleiche ist wie OB, und daß der Hörer in O - oder ganz allgemein an irgendeinem Punkt vor der Lautsprechereinheit und in gleicher Höhe damit - den Schall von den beiden Lautsprechern ohne wesentliche Phasenverzerrung des kombinierten Schallsignals empfängt.

Fig. 3 verdeutlicht eine entsprechende Anordnung, bei der die Lautsprecher mit nichtparallelen Hauptrichtungen angeordnet sind.

In Fig. 4 ist eine Lautsprechereinheit dargestellt, in der die beiden Lautsprecher in herkömmlicher Weise einer über dem anderen auf einer ebenei Schallwand 4 angeordnet sind. Eine Weiche oder ein Überkreuzungsnetzwerk 6 dient zur Aufteilung des Eingangssignals und zur Einspeisung des Hochfrequenzbandes HTl und des Niederfrequenzbandes HT2. Die natürlichen akustischen Nullpunkte der beiden Lautsprecher sind mit einem gegenseitigen Abstand χ gemessen in der Horizontalrichtung zueinander. In der Signalspeiseleitung zu dem Hochfrequenzband HTl liegt jedoch ein Verzögerungskreis 8, der eine allgemeine Verzögerung des Eingangssignals zu diesem Lautsprecher bewirkt« Die tatsächliche Verzögerung, die in der Größenordnung/von wenigen Millisekunden liegen kann, ist so gewählt, daß der effektive akustische Nullpunkt A nach hinten in eine Position A oberhalb des NuIl-

-8-4 0 9 816/0914

— β—

punkts B wandert. Es ergibt sich somit/ daß, wenn die Schallwiedergabe von HTl entsprechend derLaufzeit des Schalls über die Entfernung χ verzögert wird, dieser dem Schall entspricht, der tatsächlich in dem Punkt A. wiedergegeben ist, und somit ergibt sich eine richtige gegenseitige Phasenbeziehung zwischen den von den beiden Lautsprechern im Punkt O gehörten Schallsignalen.

Verzögerungskreis 8 erfordert an dieser Stelle keine nähere Erläuterung, da solche Kreise den Fachleuten allgemein bekannt und auch käuflich, ζ.Βό als sogenannte "Bucket Brigade"-Verzögerungsleitung erhältlich sind.

Um die Justage einer Lautsprech areinheit gemäß der Erfindung zu ermöglichen, wenn z.B. eine andere Hauptabstrahlrichtung erwünscht ist, kann einer der Lautsprecher so gehalten sein, daß er in verschiedenen Positionen relativ zu dem anderen Lautsprecher fixierbar ist.

Gemäß der Erfindung kann eine Lautsprechereinheit mit einer Anzeige der Hauptabstrahlrichtung versehen sein, auf die sie einjustiert ist, s.B. mit einer geneigten Linie auf der Seite des Gehäuses einer Lautsprechereinheit, die in hoher Lage relativ zu dem gewünschten Hörort angebracht v/erden soll. Ist somit eine Einheit gemäß Fig. 4 nicht mit dem Verzögerungskreis 8 versehen, so wird die richtige Hönichtung durch die gestrichelte Linie c angegeben, die normal zu der Verbindungslinie zwischen den akustischen Nullpunkten A und B liegt. Die Neigung dieser

409816/09U

Linie kann einfach auf der Lautsprechereinheit markiert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß zur Bestimmung der richti gen gegenseitigen Positionen der Lautsprecher es anstelle¹ der Lokalisierung der einzelnen akustischen Nullpunkte in der be schriebenen Weise möglich ist, im Punkt O die Wellenform des-yon der gesamten Lautsprechereinheit empfangenen Schalls zu messen, und dann einen oder mehrere Lautsprecher zu bewegen oder die Einstellungder Verzögerung zu ändern, bis die gemessene Wellen form so weit wie möglich mit der Wellenform des eingespeisten elektrischen Signals übereinstimmtf in dieser Verbindung wird es vorteilhaft sein, dieMessungen mit einem Prüfsignal durchzu führen, das eine reine Rechteckform hat»

Sind in einer Lautsprechereinheit mehr als zwei Lautspre cher verwendet, so wird es vorteilhaft sein, sie so anzuordnen, daß ihre Nullpunkte auf einer gemeinsamen Linie oder in einer gemeinsamen Ebene liegen.

-10-

40981 6/09U

Claims

Ansprüche

'Lautsprechereinheit mit wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Lautsprecherelementen und zur Alistellung in einer charakteristischen Stellung relativ zu einer Hörposition, wobei die beiden Lautsprecherelemente mit einem Signalstrom von einem gemeinsamen Signalstromeingang über ein Überkreuzungsnetzwerk gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecherelemente in besug zu ihren gegenseitigenLagen und/der zu dem Synchronismus der Ankunft des Signalstroms an den beiden Lautsprecherelementen so ausgelegt sind, daß die akustischen Nullpunkte der jeweiligen Lautsprecherelemente im wesentlichen den gleichen Abstand von der Hörposition haben, &h. daß die Verbindungslinie zwischen den Nullpunkten im wesentlichen senkrecht auf der Hauptrichtung von der Lautsprechereinheit zu der Hörposition steht.
2. Lautsprechereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecherelemente auf einer Schallwand oder in einem Gehäuse angeordnet sind und daß ihre charakteristischen Richtungen in ihren Hauptabmessungen liegen, von denen eine der Hauptschallabstrahlungsrichtung entspricht, wobei die Lautsprecherelemente körperlich in bezug zu der Hauptabstrahlrichtung normal liegenden Ebene versetzt angeordnet sind, so daß der jeweilige akustische Nullpunkt der beiden im wesentlichen in dieser Ebene liegt.

A09816/Ö914 ^-11~
3. Lautsprechereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwand ein nicht ebenes Plattenteil ist.
4. Lautsprechereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß in der Signalspeiseleitung zwischen dem gemeinsamen Signaleingang und wenigstens einem der Lautsprecherelemente ein Verzögerungskreis angeordnet ist, der eine allgemeine Verzögerung des Signals bewirkt, das diesen Kreis zu dem jeweiligen Lautsprecher durchläuft.
5. Lautsprechereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Verzögerungskreis einstellbar ist.
6. Lautsprechereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit mit einer Anzeige der Richtung einer Linie oder Ebene senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den effektiven akustischen Punkten des Lautsprechers in der Einheit markiert ist.

409816/09U

Leerseite