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Lautsprecheranordnung zum Beschallen großer Flächen Die Erfindung
betrifft eine Lautsprecheranordnung zum Beschallen großer Flächen mit mehreren über
der zu beschallenden Fläche angeordneten und über diese verteilten Lautsprechern.
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Zum Beschallen großer Flächen verwendet man mehrere über die vläche
verteilte Lautsprecher. Dabei tritt das Problem auf, daß je nach Art der zu beschanlenden
Fläche, insbesondere der Raumakustik, keine ausreichende Wiedergabequalität erzielt
wird Insbesondere Sprachdurchsagen werden infolge Verhallung schwer verständlich.
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Der vorliegenden rfiung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lautsprecheranordnung
zum Beschallen von Flächen großer Ausdehnung, z. B. von Räumen mit im Verhältnis
zur Deckenhöhe großer Grundfläche, Tunneln, Korridoren und dergleichen zu schaffen,
die bei geringer Aufwand eine nute, klare Wiedergabe, insbesondere eine gute Sprachverständlichkeit
ergibt.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in der zu beschallenden
Fläche das Verhältnis vs-n direktem zu indirektem Schall möglichst groß zu machen.
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Die Lösung der oben geschilderten Aufgabe besteht erfindungsgemäß
darin, daß die Lautsprecher einseitige Richtcharakteristien aufweisen, deren Hauptabstrahlrichtungen
in etwa von der Quelle des zu übertragenden Schalls und unter einem Winkel auf die
zu beschallende Flache gerichtet sind und denen jeweils ein Bereich der zu besc.--llenden
Flache zugeordnet ist. Unter Schallquelle ist dabei nicht Figur eine tatsächliche
Schallquelle, z. B. ein Rednerpult,
zu verstehen, sondern auch eine
fiktive Quelle, von der der Zuhörer den Schall zu kommen glaubt.
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Im allgemeinen werden die Lautsprecher über der zu beschallenden Fläche
angebracht, so daß sie schräg nach unten strahlen. Ihre Höhe über der zu beschallenden
Fläche ist vorteilhaft etwa 3 m. Zwar sind auch größere Höhen möglich, doch ist
dann für eine schärfere Bündelung des Schalls zu sorgen. Auch muß die abgestrahlte
Schallleistung erhöht werden, was die Gefahr der Verhallung des Schalls zur Folge
hat. Kleinere Höhen als 3 m sind wegen des erforderlichen breiteren Abstrahlkegels
und der damit verbundenen Erhöhung der Gefahr der Verhallung ungünstig. Auch ist
für den Zuhörer die Nähe des Lautsprechers störend. Bei Räumen mit einer Deckenhöhe
von mehr als 3 m werden die Lautsprecher zweckmäßig an Pendeln auf gehängt, damit
sie in der gewünschten Höhe über der zu beschallenden Fläche hängen.
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Ein vorteilhafter Abstand der Lautsprecher in Richtung ihrer Hauptabstrahlrichtung
ist ca. 8 m, insbesondere dann, wenn sie, wie oben angegeben, 3 m über der zu beschallenden
Fläche angeordnet sind.
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Bei größeren Abständen muß ihre Strahlungsleistung erhöht werden,
womit wieder die Verhallung zunimmt, bei kleineren Abständen ist eine unnötig große
Zahl von Lautsprechern erforderlich. Die Hauptabstrahlrichtung eines Lautsprechers
ist vorteilhaft auf die Stelle der zu beschallenden Fläche gerichtet, die unter
dem benachbarten Lautsprecher liegt. Bei einem Abstand zwischen den Lautsprechern
von 8 m und einer Höhe von 3 m ergibt sich somit ein Neigungswinkel für die Lautsprecher
von etwas mehr als 300. Ein günstiger Bereich des Neigungswinkels ist zwischen 15
und 600.
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Das störende Verhallen des von den Lautsprechern abgegebenen Schalls
und die Verwischung in den Ubergangszonen zwischen den den einzelnen Lautsprechern
zugeordneten Bereichen der zu beschallenden Fläche kann außer der oben angegebenen
Anordnung und Ausrichtung der Lautsprecher durch geeigneten Aufbau der Lautsprecher
erreicht
werden. Wesentlich ist, daß die Lautsprecher eine einseitige
Rictcharakteristik, z. B. Nierencharakteristik, haben und daß die Eigenschwingungen
des Lautsprechersystems gedämpft sind. Hierzu können die Lautsprecher als Gehäuselautsprecher
ausgebildet sein, deren Gehäuse rückwärtige Öffnungen aufweisen und mit die Eigenschwingungen
der Lautsprechermembranen bedämpfendem Material gefüllt sind. In dem Gehäuse können
entweder Einzellautsprecher enthalten sein, es können aber auch übereinander angeordnete
Lautsprechersysteme, sogenannte Lautsprechersäulen, verwendet werden.
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Gerade derartige Lautsprechersäulen sind für die prachübertragung
in geschlossenen Räumen besonders gut geeignet, weil ihr Ubertragungsbereich bei
gedämpfter Resonanz, ihre vertikale Bündelung und ihr breiter horizontaler Abstrahlwinkel
sowie ihre hohe rückwärtige Dämpfung eine günstige Beschallung bei guter Sprachverständlichkeit
ermöglichen. Das Gehäuse ist zweckmäßig mit einem dämpfenden Material, z. B. Steinwolle,
gefüllt und hinten geöffnet. Für mittlere und hohe Frequenzen wirkt die Steinwolle
als akustischer Sumpf und ergibt eine ausreichend hohe Dämpfung. Für tiefe Frequenzen
bildet das hinten geöffnete Gehäuse ein akustisches Phasendrehglied, so daß die
von vorn nach hinten gebeugten Schallwellen die gegenphasig nach hinten abgestrahlte
Energie im niederfrequenten Übertragungsbereich auslöschen. Ferner bewirkt das offene
Gehäuse, daß die Resonanzfrequenz trotz der Dämpfung des Lautsprechers nicht erhöht
wird. Damit hat der Lautsprecher einen hohen Wirkungsgrad.
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Anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt
sind, erden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher
beschrieben und erläutert.
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Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht einer Lautsprecheranordnung in
einem Raum, Figur 2 die Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Anordnung, Figur
3 einen für die erfindungsgemäße Lautsprecheranordnung geeigneten Lautsprecher und
Figur
4 eine 3 iutsprecheranordnung zur Beschallung eines Raumes mit Emporen und Säulen.
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In Figur 1 ist die zu beschallende Fläche mit F bezeichnet, die entsprechend
der Ohrhöhe von Zuhörern ca. 1,50 m über dem Fußboden des zu beschallenden Raumes
liegt. Drei Lautsprecher L1, L2 und L3 sind über der Fläche F in einer Höhe h angeordnet,
die im Ausführungsbeispiel etwa 3 m beträgt. Der Abstand der Lautsprecher ist mit
d bezeichnet, er ist im Ausführungsbeispiel ca. 8 m.
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Die genannten Abmessungen ergeben sich unter anderem aus dem Durchmesser
der Lautsprechermembran, der bei den Lautsprechern L1, L2 und L3 10 cm sein soll.
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Die Lautsprecher L1, L2 und L3 sind von der in Figur 9 gezeigten Art.
In einem lampenähnlichen Gehäuse 1 ist ein Lautsprechersystem 2 eingebaut. Das Lautsprechergehäuse
ist mit einem Dämpfungsmaterial, z. B. Steinwolle, gefüllt. An der rückwärtigen
Seite des Lautsprechers sind Öffnungen 4 und 5 vorgesehen. Der durch diese austretende
Schall tiefer Frequenz ist gegenphasig zu dem nach vorn abgestrahlten, so daß der
gebeugte Anteil des nach vorn gestrahlten Schalls zumindest teilweise ausgelöscht
wird. Ein solcher Lautsprecher strahlt daher auch Schall tiefer Frequenz im wesentlichen
nach vorn ab. Bei höheren Frequenzen wird das Füllmaterial 3 wirksam, so daß auch
bei diesen Frequenzen kein Schall durch die Öffnungen 4 und 5 nach hinten austritt.
Das Lautsprechergehäuse ist über ein Gelenk 6 mit einem Pendel 7 verbunden, das
an der Decke befestigt ist. Das Gelenk oder Bügel 6 gestattet, den Lautsprecher
beliebig auszurichten.
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Die Lautsprecher L1, L2 und L3 nach Figur 1 haben somit eine einseitige
Richtcharakteristik. Ihr Strahlungskegel überstreicht einen Bereich der zu beschallenden
Fläche F, der unter dem folgenden Lautsprecher L2 liegt und noch darüber hinaus
reicht. Die Hauptabstrahlrichtung ist etwa so ausgerichtet, daß sie unter dem Lautsprecher
L2 die zu beschallende Fläche F trifft. Im Uberschneidungsgebiet des Strahlungskegels
des Lautsprechers L1 mit dem des Lautsprechers L2 ist die Intensität des vom Lautsprecher
L1 abgegebenen Schalls im Vergleich zu dem vom Lautsprecher L2 abgegebenen
so
schwach, daß nur der Lautsprecher L2 zu hören ist. Der dem Lautsprecher L2 nachfolgende
Lautsprecher L3 ist entsprechend angeordnet und ausgerichtet.
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Die einseitige Richtcharakteristik der Lautsprecher erlaubt, die Lautsprecher
von der Decke abzuhängen, um eine günstige Höhe h zu erreichen, da von den Lautsprechern
kein Schall nach hinten abgestrahlt wird, der an der Decke reflektiert und auf die
zu beschalwende Fläche gelangen und die Sprachverständlichkeit erschweren kann.
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Figur 2 zeigt den Raum, der in Figur 1 in einer Seitenansicht dargestellt
ist, inDraufsicht. Die in Figur 1 gezeigten Lautsprecher sindxi; eder mit 1, L2
und L3 bezeichnet. Man erkennt, daß außer diesen Lautsprechern eine Vielzahl von
weiteren Lautsprechern vorgeschen zSf die jeweils von der Schallquelle weggerichtet
sind.
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Es at sich als günstig herausgestellt, den seitlichen Abstand avr
Lautsprecher etwa halb so groß zu wählen, wie den Abstand der au--sprecher in der
Xauptabstrahlrichtung. Die Strahlungskegel der autsprecner sind der Übersichtichkeit
halber nur bis zum in Abstrahlrichtung nächsten Lautsprecher gezichnet. Wie aus
Figur 1 zu ersehen ist, sind die in Figur 2 eingezeichneten Strahlungskegen nicht
dle den einzelnen Lautsprechern zugeordneten Bereiche der zu beschallenden Fläche.
Diese hat eine etwa ovale Form und reicht jeweils bis unter den in Abstrahlrichtung
benachbarten Lautsprecher.
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dar derv in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Lautsprecheran-Ordnung
wird erreicht, daß die Zuhörer den Schall aus nur einer Richtung wahrnehmen, und
zwar aus der Richtung, in der auch optisch die Scallquelle liegt. liegt. Darüber
hinaus wird eine gute Sprachverständlichkeit erzielt. Die grunde dafür sind die
rückwärtige Dämpfung der Lautsprecher, der kurze Lautsprecherabstand zur beschallenden
Fläche, die relativ kleine Lautstärke der Lautsprecher, inre gedämpfte Eigenresonanz
und die Anpassung der Höhe, in der die Lautsprecher angebracht sind, ihres Abstandes
in Abstrahlrichtung und ihr Abstand senkrecht dazu in der Horizontalebene sowie
der günstig gewählten Neigung. Die gesamte Fläche wird gleichmäßig und nahtlos beschallt.
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Figur 4 zeigt eine Lautsprecheranordnung zum Beschallen eines großen,
langen Raumes mit hoher Decke und gropen Entfernungen in Beschallungsrichtung. Ferner
weist der Rau Säulen SL und Emporen EP auf. Die Lautsprecheranordnung besteht aus
zwei ampelförmigen Lautsprechern HTL1 und HTL2 mit Hoch- und Tieftonlautsprechern
sowie Hilfslautsprechern H1 und H2, die Hochtöner sind und den Bereich unter der
ersten Ampel HTL1 versorgen. Die Ampel HTL1 ist vor einer Bühne BU aufgehängt. Die
Lautsprecher sind so angeordnet, daß die Zuhörer unter den Emporen den auf sie gerichteten
Lautsprecher sehen können. Die Säulen SL bewirken eine dem Säulendurchmesser entsprechende
frequenzabhängige Abschaltung, die mit kleinen Hilfslautsprechern H3, H4 ... H8,
deren Resonanz gedämpft und deren tiefer Frequenzbereich beschnitten ist, aufgehoben
wird. Eine gute Beschallung auf den Emporen erreicht man durch Ergänzung der Schallampeln
HTL1 und HTL2 mit zusätzlichen Lautsprechern, die entsprechend ausgerichtet werden.
In gleicher Weise ist eine Ergänzung für Plätze unter den Emporen möglich.
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Die Lautsprecher sind so angeordnet, daß raumbegrenzende Flächen nicht
direkt angestrahlt werden. Die Lautsprecher der Ampel HTL1 sind so weit nach unten
geneigt, daß ihr in der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlter Schall die zu beschallende
Fläche unterhalb der zweiten Ampel HTL2 trifft. Die Lautsprecher der zweiten Ampel
HTL2 sind so geneigt, daß eine nahtlose Beschallung des hinteren Raumes gewährleistet
ist.
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Wie schon beschrieben, werden als Lautsprecher Einzellautsprecher
oder Lautsprecherkombinationen, z. B. Lautsprechersäulen jeweils mit rückwärtigen
Öffnungen, verwendet. Es können aber auch Trichterlautsprecher eingesetzt werden,
welche die Eigenschaft" haben, den erzeugten Schalldruck in axialer Richtung nach
vorne mit frequenzabhängiger Bündelung abzustrahlen. Derartige Lautsprecher zeichnen
sich bei kleinen Abmessungen durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Ein wesentlicher
Nachteil der Trichterlautsprecher ist die vom Durchmesser der Austrittsöffnung und
der Trichterlänge
abhängige untere Grenzfrequenz, unterhalb der
die Strahlungscharakteristik nahezu kugelförmig ist. Dies ist in halligen Räumen,
wie Tunneln, Stollen, Hallen und dergleichen infolge der dadurch entstehenden Reflexion
so störend, daß keine ausreichende Sprachverständlichkeit möglich ist. Eine Verbesserung
der Bündelung läßt sich, wie bei anderen Lautsprechersystemen durch eine säulenförmige
Anordnung mehrerer Trichterlautsprecher übereinander erreichen. Die Sprachverständlichkeit
kann auch dadurch verbessert werden, daß das elektrische Niederfrequenzsignal über
ein besonderes Tiefpaßfilter geführt ist, das zunächst unterhalb der Frequenz von
etwa 2000 Hz bis 1000 Hz eine Pegelabsenkung um 4 dB je Oktave hat, danach zwischen
1000 und 100 Hz den Pegel nur etwa um 2 dB je Oktave absenkt und erst unterhalb
von 100 Hz wieder eine stärkere Pegelabsenkung mit 4 bis 6 dB pro Oktave hat. Zweckmäßig
ist das Filter für eine Veränderung der Dämpfung im Frequenzbereich zwischen 500
und 1000 Hz einstellbar. Es besteht in diesem Falle aus der Parallelschaltung eines
Kondensators und eines Widerstandes, dem ein Potentiometer nachgeschaltet ist. Wird
das-Niederfrequenzsignal über ein solches Filter geführt, verbessert sich die Sprachverständlichkeit
von mit Trichterlautsprechern aufgebauten Lautsprecheranlagen der erfindungsgemäßen
Art wesentlich.
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9 Patentanspruche 4 Figuren