DE2902819C2 - Lautsprecheranordnung und Schaltung zur Raumklangerzeugung - Google Patents

Description

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Über lange Jahre wurde der Fernsehton als eine zwar unverzichtbare, aber doch gegenüber der Bildübertragung bestenfalls zweitrangige Begleitinformation verstanden, an die keine hohen Qualitätsanforderungen zu stellen sind. Da beim Fernsehen der dominierende Sinneseindruck durch das Bild gegeben ist, werden Mängel in der Tonübertragungsqualität tatsächlich im praktischen Betrieb auch bis zu einem gewissen Grade verdeckt, so daß man bei der Konzeption von Fernsehgeräten kaum einen Grund sah, mehr als den üblichen Minimalaufwand für die Tonwiedergabe vorzusehen.

Erst in jüngster Zeit ist die Fernseh-Tonqualität zum Gegenstand ständig wachsender Kritik geworden, die sich gegen eine Vielzahl von Qualitätsparametern richtet. Hauptursache dieses Gesinnungswandels beim Konsumenten ist sicher die Vergleichsmöglichkeit mit der äußerst perfektionierten HiFi-Übertragung von Rundfunk, Schallplatte und Tonband und die dadurch erfolgte allgemeine Steigerung der kritischen Hörfähigkeit des Konsumenten. Aber auch die vielfältige und in zunehmendem Maße auch Konzertdarbietungen enthaltende Programmgestaltung der Fernsehanstalten hat zweifellos den Wunsch geweckt, derartige Sendungen, deren Schwerpunkt nicht so eindeutig auf der Bildseite liegt, möglichst in einer besseren Qualität hören zu wollen, ais es der bisher übliche Standard erlaubt.

Die Schwächen der durchschnittlichen Tonübertragung beim Fernsehen liegen einerseits im unzureichenden Schalldruck-Frequenzgang, sowie in der mangelhaften Verzerrungs- und Störfreiheit Als weiterer wesentlicher Schwachpunkt wird besonders bei Konzertübertragungen und Music-Shows die so gut wie vollständig fehlende Raumwirkung empfunden, ein Mangel, der darauf beruht, daß die virtuelle Schallquelle eines Fernsehgerätes unmittelbar am Bildrand in einem Punkt konzentriert erscheint.

Die bei der üblichen Fernsehtonwiedergabe als mangelhaft empfundene Raumwirkung betreffend, mag es zunächst naheliegend erscheinen, von der Verwendung bei Rundfunkgeräten her bekannte konstruktive, akustische oder schaltungstechnische Maßnahmen auf Fernsehgeräte zu übertragen. Derartige Maßnahmen waren besonders in den 50iger Jahren zur Verbesserung der Wiedergabequalität bei den Rundfunkgeräten zur Anwendung gekommen, wie z. B. die sogenannte »3-D-Wiedergabe« mit zusätzlichen, im Gehäuse angeordneten Seitenlautsprechern, die »Pseudo-Stereo-Schaltung« (1954), die »Sterodyn-Schaltung« (1957) mit gegenphasiger Speisung mehrerer im gleichen Gehäuse befindlichen Lautsprecher und zahlreiche spätere Varianten dieser Konfiguration (HiFi-Expander 1958, TFK-ELA-Tip 1958).

Die simple Übertragung dieser bei Rundfunkgeräten angewandten Technik auf Fernsehgeräte bringt indessen keine überzeugende Wirkung - und kann dieses auch nicht, weil für die optimale Bildwiedergabe beim Fernsehen ein Betrachtungsabstand von etwa dem 5fachen Diagonalmaß der Bildröhre zugrunde zu legen ist. Das ergibt bei den meistverwendeten Bildrohrgrößen einen Abstand von mindestens 3 bis 4 Meter.

Bei einem damit zugleich auch festgelegten Hörabstand vom Standort der Lautsprecher bringen aber die oben angeführten elektro-akustischen Maßnahmen, wie sie aus der Rundfunktechnik bekannt sind, kaum noch einen wahrnehmbaren Effekt, soweit es sich um die Raumwirkung bei der Tonwiedergabe handelt.

Gerade auch die auf der Basis von Schaltungen mit phasen- und laufzeitbedingten Interferenzwirkungen erzielbaren Veränderungen in der Struktur des Schallfeldes beschränken sich im wesentlichen auf einen Raumbereich, dessen Ausdehnung der Größenordnung der in dem betreffenden Gehäuse realisierbaren Lautsprecherabstände entspricht.

Davon ausgehend, ist es Aufgabe der Erfindung, bei einem Fernsehgerät unter Zugrundelegung der beim Fernsehen üblichen Bildbetrachtungsabstände eine einerseits auch aus dem relativ großen Betrachtungsund Hörabstand deutlich wahrnehmbare, andererseits aber dennoch eindeutig auf das Bildgeschehen bezogene, d. h. bildkonforme Raumtonwiedergabe zu ermöglichen, wie sie insbesondere für Konzert- und Showsendungen erwünscht ist, sowie des weiteren alternativ sinnvolle Umschaltvananten autzuzeigen, mit deren Hilfe z. B. auch eine möglichst exakt in der Bildmitte lokalisierbare Begleittextwiedergabe erreicht wird, wie sie für verscheiedene andere Sendungen vorteilhaft ist.

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung und Schaltung zur Raumklangerzeugung für Fernsehgeräte mit mehreren im Gehäuse angeordneten Lautsprechern und mit einer Einrichtung zur Umschaltung der

den Lautsprechern zugeführten Signalspannungen, und liegt darin, daß beidseitig neben dem Bildrohr an der Frontseite des Gehäuses mindestens je ein I autsprecher für den Hoch- und Mitteltonbereich, sowie an den Gehäuse-Seitenwänden je ein Tieftonlautsprecher angeordnet ist, und daß in einer ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung nur die beiden frontseitig angeordneten Mitteltonlautsprecher in Serienschaltung und mit gleicher Phase betrieben werden, und daß in einer zweiten Schaltstellung der Umschalteinrichtung alle Lautsprecher eingeschaltet und in der Weise angeschlossen sind, daß die beiden an den Seitenwänden befindlichen Tieftonlautsprecher über ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 400 Hz in Parallelschaltung und mit gleicher Phase gespeist, die beiden frontseitigen Mitteltonlautsprecher über ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 400 Hz, ebenfalls in Parallelschaltung, jedoch gegenphasig gespeist und die beiden frontseitigen Hochtonlautsprecher über ein zweites Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 4000 Hz, ebenfalls in Parallelschaltung und gegenphasig betrieben werden, und daß das zweite Hochpaßfilter am Verbindungspunkt der beiden Mitteltonlautsprecher angeschlossen ist.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung beinhaltet, daß die beiden frontseitigen Mitteltonlautsprecher in der zweiten Schaltstellung der Umschalteinrichtung über ein frequenzabhängiges und so bemessenes Netzwerk gespeist werden, daß der abgegebene Schalldruck im Frequenzbereich zwischen 700 Hz und 1500 Hz JO abgesenkt ist.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung von zu beiden Seiten des Bildrohrs frontal angeordneten Lautsprechergruppen für die mittleren und hohen Frequenzen, sowie die Anbringung weiterer Tief-Mitteltonlaut-Sprecher in beiden Gehäuseseitenwänden, die mit einer relativ hohen Übemahmefrequenz der vorgesehenen Frequenzweiche sowohl tiefe als auch mittlere Frequenzen übertragen, und durch die spezielle Verteilung und Umschaltung der Tonsignale für die Lautsprechergruppen gelingt es, sowohl eine voluminöse Raumklangübertragung für Konzert- und Show-Sendungen einerseits, als auch eine virtuell in Bildmitte optimal konzentrierte Textwiedergabe für andere Sendungen bei zugleich bequemer und überzeugender Wirkung der Funktionsumschaltung zu erreichen.

Gleichwohl komm*, es bei der angestrebten Verbesserung der Fernsehtonwiedergabe keinesfalls nur darauf an, daß ein »voluminös« klingender Ton abgestrahlt wird, sondern auf eine in den verschiedenen, für das räumliche, sowie richtungsorientierte Hörempfinden charakteristischen Parametern der Schallreproduktion gut abgestimmte Korrektur der wesentlichen Mängel, welche der konventionellen Fernsehtonwiedergabe anhaften.

Neben der Linearisierung des Schalldruckfrequenzganges, wie sie mit Verwendung von z. B. 6 Lautsprechern infolge eines somit statistisch besser reproduzierbaren Ausgleichs der spektralen Abweichungen der EinzsUäuisprecher ermöglicht wird kommt es dEFEuf ^&Lgr;&eegr; an, den Verlauf der Schallwellenfronten im Bereich des für optimale Bildwiedergabe üblichen Betrachtungsabstandes, insbesondere auch senkrecht zur Abstrahlrichtung, so einzuebnen, daß vor allem im Formantbereich der Eindruck einer deutlich verbreiterten Schallquelle entsteht, deren Ausdehnung dabei jedoch in ihrem Umfang begrenzt bleibt, um den Bezug zur Bildwiedergabe nicht zu verlieren. Eine Auflösung der Schallquelle auf etwa den doppelten bis dreifachen Wert der Gehäuseabmessungen wird vom Benutzer einerseits noch als bildkonform akzeptiert, andererseits jedoch als deutliche akustische Verbesserung der spektralen Transparenz des Klangbildes empfunden.

Es ist einleuchtend, daß die Optimierung der angestrebten Effekte in Bezug auf die Erhaltung der Konformität zwischen Bild und Ton, auf die Vergrößerung des Flächenbereichs des für das Bildgeschehen kennzeichnenden Direktschalles, sowie auf die Verbesserung der räumlichen Transparenz im Hintergrundbereich, viel experimentelle Kleinarbeit erfordert Das betrifft die speziellen Eigenschaften der einzelnen Lautsprecher, die Dimensionierung der Frequenzweichen, der räumlichen Abstände der Lautsprecher, der Energieverteilung auf dieselben, einer günstigen Dämpfung der Gehäuseresonanzen u. a. mehr. Für die im gegenphasigen Betrieb arbeitenden Frontlautsprecher kommt es ferner sehr darauf an, den räumlichen Abstand dieser Aggregate günstig zu bemessen, welcher - im Gegensatz zu den Angaben, die bei Rundfunkgeräten als günstig ermittelt wurden - bei Fernsehgeräten auf davon erheblich abweichende Werte einzustellen ist.

Neben der wesentlichen Verbesserung der räumlichen Schallverteilung, die für Konzert- und Show-Sendungen so wichtig ist, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung mit der relativ hohen Anzahl von Lautsprechern der Vorteil, daß es verhältnismäßig leicht möglich ist, den insgesamt resultierenden Schalldruck-Frequenzgang in bezug auf die physiologische, spektrale Verteilung der Hörempfindlichkeit zu linearisieren. Dabei wirkt sich die vielfältige Verteilung der Lautsprecher innerhalb des Gehäuses sehr günstig aus, weil besonders die im Tieftonbereich auftretenden, von den Gehäuseabmessungen und der Gehäuseausführung abhängigen Resonanzerscheinungen weniger scharf und nicht als stehende Wellen in Erscheinung treten.

Ähnlich günstige Schalldruck-Frequenzgänge lassen sich bei der konventionellen, konzentrierten Lautsprecheranordnung nur durch Anwendung einer geschlossenen Lautsprecherbox erreichen, die aber neben dem Nachteil der mangelhaften Raumwirkung insgesamt zu einer sehr aufwendigen technischen Lösung zwingt, da innerhalb des Fernsehempfängergehäuses nur eine sehr kleinvolumige Box Platz findet. Diese benötigt bei ausreichend starker Dämpfung für einen vorgegebenen maximalen Schalldruck auch eine entsprechend höhere Signalleistung, d. h. einen erheblich teueren Ton-Endverstärker, als es bei der erfindungsgemäßen Lautsprecheranordnung erforderlich ist.

Ein besonderer Vorteil der Schaltung nach dem Erfindungsgedanken ist auch darin gegeben, daß bei der Umschaltung von »Normal«- auf »Raumklänge-Betrieb, neben der Zuschaltung der weiteren Lautsprecher, und der damit zu hohen und tiefen Frequenzen hin erzielten Erweiterung des Schalldruck-Frequenzganges, zugleich die in Stellung »Raumklang« entnommene elektrische Leistung wesentlich erhöht wird. Das ergibt sich aus der Art der Ujnsr.hjiltiing und der daraus resultierenden Verringerung der Abschlußimpedanz um den Faktor 4. Ohne diese Maßnahme würde der physiologische Eindruck bei der Umschaltung auf »Raumklang« deutlich schwächer bleiben, da sich die gegebene Tonsignalleistung in der Betriebsstellung »Raumklang« auf einen breiteren Frequenzbereich verteilen und damit im mittleren Frequenzbereich verringern würde.

Neben dem Vorteil des geringen Aufwandes ermöglicht es die erfindungsgemäße Art der Umschaltung bei »Raumklang«-Betrieb weiterhin, daß auf einfache Weise oberhalb einer Übernahmefrequenz in der Größenordnung von 400 Hz eine gegenphasige Speisung der frontseitigen Mittel- und Hochtonlautsprecher erreicht wird. Eine solche, nach DBP 10 08 355 ausgeführte Schaltung hat bekanntlich zur Folge, daß der Hörer virtuelle Schallquellen lokalisiert, deren Standorte außerhalb des Gehäuses liegen. Das unmittelbar im Bildbereich sonst gewohnte konzentrierte monaurale Schallzentrum wird damit besonders bei geringerem Hörabstand, sowie bei seitlicher Hörposition aufgelöst und die räumliche Schallverteilung deutlich verbessert. Dabei ist sichergestellt, daß im Frequenzbereich unterhalb der in der Größenordnung von 400 Hz liegenden Übernahmefrequenz keine Leistungsabschwächung durch akustischen Kurzschluß erfolgt, weil die beiden an den Gehäuseseitenwänden angeordneten Tief-Mitteltonlautsprecher gleichphasig betrieben werden.

Bei der Umschaltung auf »Raumklang«-Betrieb ergibt sich die Notwendigkeit, den Schalldruck-Frequenzgang der frontseitigen, dann im Parallelbetrieb angesteuerten Mitteltonlautsprecher an den Schalldruckverlauf der zugeschalteten an den Seitenwänden angeordneten Tief-Mitteltonlautsprecher anzupassen, die normalerweise einen etwas ungünstigen Wirkungsgrad aufweisen. Diese Entzerrung kann in bekannter Weise im Bereich des NF-Vorverstärkers erfolgen.

Eine besonders einfache Lösung dafür, auch im Hinblick auf die ohnehin erfolgende Umschaltung der Lautsprechergruppen, ist die hier weiter vorgeschlagene Einschaltung eines Netzwerkes in Form eines Sperrkreises in die Speiseleitung der beiden Mittelton-Laut-Sprecher, da keine weiteren Umschaltkontakte notwendig sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

A b b. 1 zeigt die Skizze eines Fernsehempfängers mit der Bildröhre 1, den beiden frontseitigen Mitteltonlautsprechern 2 und 3, den ebenfalls an der Frontseite plazierten Hochtonlautsprechem 4 und 5, sowie den an den Gehäuseseitenwänden angeordneten Tief-Mitteltonlautsprechern 6 und 7. Links unterhalb des Mitteltonlautsprechers 2 befindet sich die Umschalteinrichtung 8 für die Umschaltung von »Normal« auf »Raumklang«.

Die beiden Lautsprechergruppen 2, 4, 6 und 3, 5, 7 können auch auf gleicher Höhe symmetrisch im Gehäuse angeordnet sein, wenn die Designfestlegungen für die Unterbringung der übrigen Bedienelemente des Fernsehempfängers das zulassen.

Ab b. 2 zeigt die elektrische Schaltung der Lautsprecheranordnung. In der gezeichneten Ruhestellung der Umschalter 9, 10, 11, 12 der Umschalteinrichtung 8 (= »Normal«) sind nur die beiden Mitteltonlautsprecher 2 und 3 in Serienschaltung an die Signalspeiseleitung 16 angeschlossen und werden gleichphasig betrieben.

In der Arbeitsstellung der Umschalteinrichtung 8 (= »Raumklang) werden dagegen sämtliche Lautsprecher 2,3,4,5,6,7 über die Umschalter 9,10,11,12 in folgender Weise gespeist:

1. Die beiden Tief-Mitteltonlautsprecher 6 und 7 sind gleichphasig parallel geschaltet und liegen über dem Arbeitskontakt des Umschalters 9 und die Tiefpaß-Induktivität 13 an der Speiseleitung 16.

2. Das heiße Ende des Mitteltonlautsprechers 2 wird mittels des Umschalters 11 von der Speiseleitung 16 getrennt und mit Masse verbunden.

3. Der Arbeitskontakt des Umschalters 10 legt den Verbindungspunkt der beiden Mitteltonlautsprecher 2 und 3 über den Hochpaß-Kondensator 14 und einen - nur fallweise vorhandenen - Resonanzkreis 17 an die Speiseleitung 16. An die Stelle des Resonanzkreises 17 tritt bei Nichtvorhandensein eine Kurzschlußbrücke.

4. Der Verbindungspunkt der beiden Hochtonlautsprecher 4 und 5 wird mittels des Arbeitskontaktes des Umschalters 12 über den zweiten Hochpaß-Kondensator 15 mit dem Verbindungspunkt der beiden Mitteltonlautsprecher 2 und 3 verbunden.

Wie die durch Punkte gekennzeichnete Polung der Lautsprecher erkennen läßt, werden in der zuvor beschriebenen Arbeitsstellung (= Raumklang) sowohl die beiden Mitteltonlautsprecher 2 und 3, als auch die beiden Hochtonlautsprecher 4 und 5 in gegenphasiger Parallelschaltung betrieben, während die beiden Tief-Mitteltonlautsprecher 6 und 7 in gleichphasiger Parallelschaltung arbeiten.

Für den Wert der Anschlußimpedanzen gilt folgendes:

Haben alle Lautsprecher die gleiche Impedanz Z, und gilt entsprechend der Lehre des DBP 10 08 355 für die Induktivität 13 (= L) und den Kondensator 14 (= C) die Beziehung

Z = &ohgr;. · L =

wobei mit <y_s die Kreisfrequenz der in der Größenordnung von 400 Hz liegenden Übernahmefrequenz^ bezeichnet ist, dann hat die gesamte Anschlußimpedanz in der Betriebsstellung »Raumklang« den näherungsweise frequenzunabhängigen Wert Z/2. Das gilt bei Kurzschluß des Resonanzkreises 17 und frequenzlinearer Anpassung der Hochtonlautsprecher 4 und 5 über den zweiten Hochpaß-Kondensator 15.

In der Betriebsstellung »Normal« hat die Gesamtanschlußimpedanz dagegen den Wert 2 · Z.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lautsprecheranordnung und Schaltung zur Raumklangerzeugung für Fernsehgeräte mit mehreren im Gehäuse angeordneten Lautsprechern und mit einer Einrichtung zur Umschaltung der den Lautsprechern zugeführten Signalspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig neben dem Bildrohr an der Frontseite des Gehäuses mindestens je ein Lautsprecher für den Hoch- und Mitteltonbereich, sowie an den Gehäuse-Seitenwänden je ein Tieftonlautsprecher angeordnet ist, und daß in einer ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung nur die beiden frontseitig angeordneten Mitteltonlautsprecher in Serienschaltung und mit gleichei Phase betrieben werden, und daß in einer zweiten Schaltstellung der Umschalteinrichtung alle Lautsprecher eingeschaltet und in der Weise angeschlossen sind, daß die beiden an den Seitenwänden befindlichen Tieftonlautsprecher über ein Tießpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 400 Hz in Parallelschaltung und mit gleicher Phase gespeist, die beiden frontseitigen Mitteltonlautsprecher über ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 400 Hz, ebenfalls in Parallelschaltung, jedoch gegenphasig gespeist und die beiden frontseitigen Hochttonlautsprecher über ein zweites Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von ca. 4000 Hz, ebenfalls in Parallelschaltung und gegenphasig betrieben werden, und daß das zweite Hochpaßfilter am Verbindungspunkt der beiden Mitteltonlautsprecher angeschlossen ist.

2. Lautsprecheranordnung und Schaltung zur Raumklangerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden frontseitigen Mitteltonlautsprecher in der zweiten Sc'ialtstellung der Umschalteinrichtung über ein frequenzabhängiges und so bemessenes Netzwerk gespeist werden, daß der abgegebene Schalldruck im Frequenzbereich zwischen 700 Hz und 1500 Hz abgesenkt ist.