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Beschreibung
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Die erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Tonwiedergabe ausgehend von einem elektrischen Audiosignal. Insbesondere betrifft
die Frfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tonwiedergabe von Tonaufnahmen
auf Schallplatten, Magnettonbändern, Tonbandkassetten und/oder Radioabstimmapparaten,
um dem Hörer einen besseren Genuss der Tonwiedergabe zu ermöglichen.
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Obwohl die Hersteller von Tonwiedergabegeräten dauernd bemüht sind,
die Leistung dieser Geräte zu verbessern, indem sie die Linearität der Wiedergabe
auf immer weiteren Frequenzbändern erhöhen, neue Stereowiedergabeverfahren eingeführt
haben und immer neue Typen von elektroakustischen Wandlern wie Lautsprechern, Schallkästen
usw. entwickeln, ist nicht zu leugnen und geht aus der einschlägigen Fachliteratur
hervor, dass das Problem selbst unter Verwendung von sehr kostspieligen Apparaturen
noch längst nicht vollständig gelöst ist.
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Tnsbesondere wenn ein Ton von einer Tonaufnahme der besten heute erzielbaren
Qualität unter Verwendung einer Reihe von Verstärkern der besten heute zur Verfügung
stehenden Art und modernen Schallkästen wiedergegeben wird, wird dem Hörer zwar
ein hinsichtlieh des Frequenzbereichs naturgetreues akustisches Signal übermittelt;
trotzdem hat er jedoch auch nicht annähernd das Gefühl, dass er sich in der Nähe
der wirklichen Tonquelle befindet, besonders wenn diese Tonquelle aus einer Anzahl
von im Raum verteilten Tönen wie denen eines Orchesters, eines Chors oder einer
modernen Musikkapelle besteht. Beim direkten Anhören der natürlichen Tonquelle nimmt
der Hörer nämlich die Töne der einzelnen Musikinstrumente oder Stimmen war, auch
wenn sie sich einander überlagern, da der Hörer in der Lage ist, die Richtung, aus
der die einzelnen Töne kommen, zu lokalisieren.
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Beim direkten Anhören eines Musikensembles mit Vokalbegleitung kann
der Hörer leicht ohne besonders geistige Anstrengung die Aufmerksamkeit auf einen
beliebigen Ton oder eine Stimme richten, auch wenn daneben andere, lautere vorhanden
sind.
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Die Richtungsempfindlichkeit des menschlichen Ohrs ermöglicht es auch,
das Gespräch einer bestimmten Person vor dem Hintergrund anderer unerwünschter Stimmen,
beispielsweise
in einem von einer lärmenden Menge erfüllten Raum,
zu verfolgen.
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Die physikalischen Grundlagen, die es dem menschlichen Ohr ermöglichen,
zwischen den aufgenommenen Tönen genaue Unterscheidungen vorzunehmen, sind noch
nicht genau erforscht und eine Erörterung hierüber scheint daher hier nicht angebracht.
Fest steht jedoch, dass es selbst mit den neuesten ausgeklügeltesten Stereuwiedergabegeräten,
die äusserst kostspielig sind, nicht möglich ist, eine vollkommen naturgetreue Tonwiedergabe
zu erzielen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen es möglich ist, die Qualität der Tonwiedergabe
eines elektrischen Audiosignals, wie das von einem Tonaufzeichnungsmittel wie einer
Schallplatte, einem Tonband od- dgl.
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oder einem Radioabstimmapparat gewonnene Signal, entscheidend zu verbessern.
Insbesondere bezweckt die Erfindung eine Verbesserung der Fokussierung der Klangfarbe
der einzelnen Töne, aus denen ein Musikprogramm od.
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dgl. besteht, zu erzielen und es dem Hörer zu ermöglichen, zwischen
den einzelnen Tönen zu unterscheiden und ihre
Herkunft im Raum
festzulegen. Diese Aufgabe soll zudem erfindungsgemäss durch die Verwendung von
einfachen und wirtschaftlichen Mitteln gelöst werden, insbesondere von Apparaturen,
bei denen bekannte Tonwiedergabegeräte und Tonaufzeichnungsverfahren benutzt werden.
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Diese Aufgabe wird erfíndungsgemäss durch die Schaffung eines Verfahrens
zur Tonwiedergabe in einem Raum mit einem Fussboden und einer Zimmerdecke durch
Umwandlung von wenigstens einem Audiosignal, das einen Niederfrequenzbereich, einen
Mittelfrequenzbereich und einen Hochfrequenzbereich aufweist, gelöst, wobei sich
dieses Verfahren dadurch auszeichnet, dass jedes der Audiosignale den folgenden
Barbeitungschritten unterzogen wird: a) der gesamte Frequenzbereich des Audiosignals
wird einem Hauptlautsprechersystem zugeleitet, das in einer geringen Höhe vom Fussboden
in dem Raum angebracht ist und den gesamten Frequenzbereich in eine im wesentlichen
in horizontaler Richtung n dem Raum verlaufende akustische Welle umwandelt; b) der
mittlere Frequenzbereich des Audiosignals wird einem ersten Hilfslautsprecher zugeleitet,
der in einer
grösseren Höhe als das Hauptlautsprechersystem vom
Fussboden in dem Raum angebracht ist und den mittleren Frequenzbereich des Audiosignals
in eine im w-sentlichen in horizontaler Richtung in dem Raum verlaufende akustische
Welle umwandelt, und c) der hohe Frequenzbereich des Audiosignals wird einem zweiten
Hilfslautsprecher zugeleitet, der in einer grösseren Höhe als der erste Hilfslautsprecher
vom Fussboden in dem Raum angebracht ist und den hohen Frequenzbereich des Audiosignals
in eine im wesentlichen in vertikaler Richtung zur Decke des Raums hin verlaufende
akustische Welle umwandelt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht für jedes
Audiosignal aus a) einem Hauptwiedergabesystem mit einer Verstärkerkette, die einem
Hauptlautsprechersystem den gesamten Frequenzbereich des Audiosignals zuleitet;
b) einem ersten Hilfslautsprecher, der in einer bestimmten Höhe vom Fussboden des
Raums mit der Achse im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordnet ist; c)
einem zweiten Hilfslautsprecher. der in einer bestimmten
Entfernung
von der Decke es Raums mit der Achse im wesentlichen zur Decke des Raums hin gerichtet
angeordnet ist, und d) einer von dem Audiosignal gesteuerten Signalverarbeitungsschaltung,
die den Mittel- und Hochfrequenzbereich des Audiosignals aufnimmt und verstärkt
und den verstärkten Mittelfrequenzbereich des Audiosignals dem ersten Hilfslautsprecher
und den verstärkten Hochfrequenzbereich des Audiosignals dem zweiten Hilfslautsprecher
zuleitet.
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ein bevorzugtes Aisführunisbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Wiedergabeeinlage mit der
erfindungsgemässen Hilfsapparatur; Fig. 2 ein Blockschaltschema der erfindungsgemässen
Hilfsapparatur; Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der
Wirkungsweise der erfindung und Fig. 5 eine Ansicht im vertikalen Schnitt durch
eine elektroakustische
Wiedergabesäule, wie sie gemäss dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine weitere wesentliche
Verbesserung der Leistung der modernen Tonwiedergabegeräte nicht durch eine einfache
Verbesserung der Linearität des Ansprechens und eine Erhöhung der Leistung der Verstärker
erzielbar ist, da dieser Weg bereits zur Genüge beschritten worden ist, ohne dass
damit eine räumliche Verteilung der Töne um den Hörer herum erreicht werden konnte.
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Die Erfindung basiert weiterhin auf der Erkenntnis, dass es nicht
angebracht ist, die unvermeidliche Existenz der Wände des Raums, in dem die Tonwiedergabeanlage
arbeitet, zu ignorieren und den Widerhall von den Wänden soweit wie möglich auszuschalten,
wie man zur Zeit zu tun pflegt, und dass die Existenz dieser Wände vielmehr bei
der Planung der Wiedergabeanlage berücksichtigt werden muss. Erfindungsgemäss ist
daher vorgesehen, das herkömmliche Verstärkersystem beizubehalten, durch das ein
Lautsprecher oder eine in einem einzigen Schallkasten angebrachte Gruppe von Lautsprechern
(wie
Tiefton- urid Hchtonlautsprecher) geSpeist wird, wobei dieser Schallkasten nach
bewährten bekannten Kriterien in der Nähe des Fussbodens des Raums angebracht wird.
und diese bekannte Anlage durch eine Hilfsapparatur zu ergänzen, durch die ein mittlerer
und ein oberer Teil des Frequenzspektrums des gesamten Audiosignals entnommen und
der mittlere Teil des Frequenzspektrums durch einen auf einer mittleren Höhe in
dem Raum angebrachten Lautsprecher ausgestrahlt wird, der sein akustisches Signal
in horizontaler Richtung abgibt, während der obere Teil des Frequenzspektrums des
Audiosignals einem in kurzem Abstand von der Decke des Raums angebrachten Lautsprecher
zugeleitet wird. der so gerichtet ist, dass er sein Schallfeld in vertikaler oder
subvertikaler Richtung zur Decke hin ausstrahlt, so dass sich die oberen Tonfrequenzen
dann durch Widerhall von der Decke und den Wänden in dem Raum ausbreiten.
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Durch entsprechende Wahl der Stellung der vorgenannten Hilfslautsprecher
und der durch diese selektiv ausgestrahlten Frequenzbereiche sowie dufch geeignete
Einstellung ihres Schallvolumens gelangt man auf diese Weise, wie nachstehend
noch
näher erläutert werden wird, in dem Raum zu einem Schallfeld, das in bisher nie
erreichter Weise die sogenannte räumliche Wirkung", d.h. die Fokussierung oder Stigmatisierung
der Flangfarlze wiedergibt und die Wahrnehmung der einzelnen Töne in einer solchen
Weise gestattet, als ob sie aus verschiedenen Stellen im Raum kämen, wobei die Töne
von tiefer Klangfarbe in der Nähe des Fussbodens und die Töne von höherer Klangfarbe
fortschreitend auf einer grösseren Höhe in dem Raum liegen.
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In Fig. 1, die eine Draufsicht auf eine mit der erfindungsgemässen
Apparatur ausgestatteten Tonwiedergabeanlage in der Anordnung in einem Raum zeigt,
sind die Wände des Raums mit 10 und mit 12 eine Stereoverstärkeranlage bezeichnet,
die von einem von einer nicht dargestellten Signalquelle kommenden Audiosignal gesteuert
wird und seinerseits über Leitungen 14, 16 das verstärkte Audiosignal einem rechten
Lautsprecher oder Schallkasten 18 und einem linken Lautsprecher ruder Schallkasten
20 zuführt. Die Lautsprecher oder Schallkästen 18 und 20 sind vorzugsweise in bekannter
Weise auf Fussbodenebene )der wenig darüber angeordnet und strahlen in Richtung
der gestrichelten Linien 22, 24 eweils
ein Schallfeld ab, .las
alle Frequenzen des am Ausgang der Verstärkeranlage 12 erhaltenen, verstärkten Audiosignals
umfasst.
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Die über die Leitungen 14 16 übertragenen Audiosignale werden erfindungsgemäss
auch über je eine Leitung 26, 28 einem Zweikanalgerät 30 zugeführt, das nun anhand
von Fig.
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2 näher beschrieben werden soll. Fig. 2 bezieht sich lediglich auf
einen kanal der Stereoanlage. Die Hauptverstärkeranlage und einer der Haupt lautsprecher
sind in Fig. 2 wieder mit 12 bzw. 18 bezeichnet. Das über die Leitung 26 übertragene
Audiosignal wird dem Gerät 30 zugeführt und dort durch ein Hochpassfilter 32 gefiltert,
das ein Signalspektrum etwa über 200 Hz durchlässt. Das ausgefilterte Signal wird
dann durch einen Verstärker 33 verstärkt und einer aus drei regelbaren Selektivdämpfungswiderständen
34, 36 und 38 bestehenden Fompensationsschaltung zugeführt. Die von den Widerständen
34, 36, 38 erhaltenen Ausgangssignale werden summiert, durch den Verstärker 40 verstärkt
und einem Bandpassfilter 42 bzw. einem Hochpassfilter 44 zugeleitet die je einen
Hilfslautsprecher 46 bzw. 48 speisen. Das Pandpassfilter 42 lässt den
Frequenzbereich
von etwa 200 bis 3000 Hz durch, während das Hochpassfilter 44 die Frequenzen über
3000 Hz, beispielsweise von 3000 bis 20 GOO Hz, durchlässt, wenn es sich um eine
sogenannte "High-Fidelity"-Anlage handelt.
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Die Kompensationsschaltung 34-38 hat den Zweck, eine Einstellung der
erfindungsgemässen Apparatur zwecks Anpassung an die jeweilige Umgebung, in der
sie installiert wird, sowohl hinsichtlich der Art der Hauptanlage als auch der Grösse
und Gestalt des Raums sowie hinsichtlich der räumlichen Anordnung und des Ansprechvermögens
der Hilfslautsprecher zu ermöglichen.
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Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Ansprechvermögens der
drei Selektivdämpfungswiderstände 34, 36, 38.
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Wie hieraus ersichtlich ist, liegt der Durchlassbereich der drei Selektivdämpfungswiderstände
jeweils bei etwa 200-5500 Hz für den Dämpfungswiderstand 34, bei 4000-8000 Hz für
den Dämpfungswiderstand 56 und über 7000 Hz für den Dämpfungswiderstand 38. Wie
ersichtlich ist, überlappen sich die Dämpfungsbereiche der drei Dämpfungswiderstände,
so dass durch Veränderung des Verstärkungsfaktors eines oder mehrerer der Dämpfungswiderstände
gegenüber den anderen
eine Kompensation oder Einstellung des allgemeinen
Frequenzansprechvermögens der erfindungsgemässen Apparatur und damit das bestmögliche
akustische Endergebnis erzielbar ist. Da die Einstellkriterien im wesentlichen nach
musikalischen Gesichtspunkten zu beurteilen sind und vom Geschmack des Hörers abhängen,
erübrigt sich hiermit jede weitere Diskussion des Einstellvorgangs. Es sei lediglich
bemerkt, dass die Unterteilung der Durchlassbereiche der drei Dämpfungswiderstände
34, 36 und 38, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, eine Regelmöglichkeit für die
praktische Verwendung bietet. i,hne dass dazu übermässig komplizierte Schaltungen
erforderlich wären. Die Selektivdämpfungswiderstände 34. 36 und 58 können natürlich
auch durch andere bekannte Kompensationsvorrichtungen ersetzt werden.
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In Fig. 3 sind entsprechend die Durchgangsbereiche des Bandpassfilters
42 und Hochpassfilters 44 dargestellt.
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Indem nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen wird, sind, wie ersichtlich,
die Hilfslautsprecher 46 und 48, die den Hilfslautsprechern 50 und 52 im anderen
Kanal der Stereoanlage entsprechen. wie folgt angeordnet: Der Hilfslautsprecher
46
(oder 50) ist so angeordnet, dass die von ihm erzeugte akustische Well in einer
im wesentlichen horizontalen Richtung zu einem mitten im Raum sitzenden, hypothetischen
Hörer 54 hin ausgestrahlt wird, wie durch die gestrichelte Linie 56 (bzw. durch
die gestrichelte Linie 58 für den Hilfslautsprecher 50) angedeutet ist. Der zweite
Hilfslautsprecher 48 (und sein Gegenstück 52) ist dagegen so angeordnet, dass er
die von ihm erzeugte akustische Welle im wesentlichen nach oben in vertikaler oder
subvertikaler Richtung ausstrahlt, so dass diese akustische Welle von der Decke
und den Wänden 10 des Raums in diesen zurückgeworfen wird.
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Obwohl die genaue Anordnung der Nebenlautsprecher 46, 48, 50 und 52
je nach der Ausbildung und Grösse des Raums und auch nach dem Geschmack des Hörers
innerhalb weiter Grenzen schwanken kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den
ersten Hilfslautsprecher 46 (oder 50) in einer Höhe von etwa 0,70 bis 1,2 Meter,
vorzugsweise 1,05 Meter, vom Fussboden anzubringen, wobei die von diesen Lautsprechern
ausgestrahlte akustische Welle im wesentlichen zu dem zentralen Bereich des Raums
s;;erichtet ist, zu dem auch die
von den HauptlautsprecherrL 18
und 20 ausgestrahlten akusti-Sehen Wellen gerichtet sind obwohl die won den Hilfslautsprechern
46 und SO ausgestrahlten akustischen Wellen möglicherweise auch von den Wänden 10
des Raums zurückgeworfen werden önn-n. Die Lautsprecher 48 und 50 befinden sich
dagegen in einem Abstand von 0,7 bis 1,5 Meter, vorzugsweise 1,30 Meter, von der
Decke des Raums.
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Obwohl die genauen Gründe, weshalb mit der Wirkungsweise der vorstehend
beschriebenen Anlage die anfangs erwähnte räumliche Klangwirkung erzielbar ist,
dem Anmelder nicht bekannt sind. lässt sich trotzdem eine mutmassliche Erklärung
dafür finden, die nachstehend gegeben wird. Der hohe Frequenzbereich, der von den
senkrecht gerichteten Hilfslautsprechern zur Decke des Raums hin ausbestrahlt und
on der Decke nach unten zurückgeworfen wird, umfasst im wesentlichen die höheren
Harmonischen der niedrigeren Grundfrequenzen, die von den Hauptlautsprechern 18
und 20 ausgestrahlt werden und die Klangfarbe der einzelnen Töne bestimmen. Da der
gleiche harmonische Flanggehalt auch gleichzeitig von den Hauptlautsprechern 18
und 20 zusammen mit den Grund frequenzen ausgestrahlt wird, führt
die
Ueberlagerung der Wellenlronten dieser voneinander entfernten Schallquellen zur
Entstehung von virtuellen Schallquellen, die zwischen den Hauptlautsprechern und
den Nebenlautsprechern liegen, wobei jede dieser virtuellen Schallquellen von den
Hauptlautsprechern um so weiter entfernt und um so höher als diese ist, je höher
ihr Gehalt an hohen Frequenzen ist.
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Das gleiche gilt auch für die Hilfslautsprecher, die die mittleren
Frequenzen in horizontaler Richtung abstrahlen.
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In der Praxis hat sich herausgestellt, dass durch Verwendung von zwei
Paaren solcher Hilfslautsprecher (bei einer Stereoanlage) ein vollkommen zufriedenstellendes
Ergebnis erzielbar ist. Es ist herauszustellen, dass durch die zusätzliche Verwendung
der Hilfslautsprecher nicht nur die akustischen Signalquellen vervielfacht werden,
wie es in Knos bei Anlagen mit mehreren Iautsprechern zur Vorführung von Filmen
mit mehreren Tonspuren der Fall ist. In diesem letzteren Falle sind die Tonspuren
nämlich unabhängig voneinander und der Zuschauer nimmt jeden Ton als von einem bestimmten
Lautsprecher kommend wahr, während bei der erfindungsgemässen Apparatur jeder Lautsprecher
einen Ton
abgibt, der, wenn er für sich allein gehört wird, vollkommen
misstönend und unangenehm ist. Das von den vertikalen Hilfslautsprechern abgegebene
akustische Signal beispielsweise hört sich stark metallisch und krächzend an und
ist gegenüber dem ursprünglichen Audiosignal so verändert, dass es kaum noch zu
erkennen ist. Erst durch die Vereinigung dieses akustischen Signals mit dem gleichzeitig
von den Hauptlautsprechern 18 und 20 abgestrahlten akustischen Signal entsteht das
aus um den Hörer herum im Raum verteilten virtuellen Schallquellen zusammengesetzte
Gesamtschallfeld.
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Die praktische Ausführung der vorstehend beschriebenen Apparatur kann
natürlich unterschiedlich sein, vorausgesetzt, dass sie die Durchführung der beschriebenen
Funktionen gestattet. Auch die Bauweise und Halterung der Hilfslautsprecher kann
sehr verschieden sein. Beispielsweise können die Hilfslautsprecher 48 und 52 für
die hohen Frequenzbereiche auf einem auf dem Boden stehenden Fussgestell angeordnet.
an der Decke angehängt oder auf einer von der Wand vorstehenden Konsole angebracht
werden.
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Das gleiche gilt im wesentlichen auch für die Hilfslautsprecher
46
und 50. Immerhin soll nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die gleichzeitige
Lagerung der beiden Hilfslautsprecher für jeden der beiden Kanäle beschrieben werden,
wie sie sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 ist
mit 60 eine Haltestange bezeichnet, die sich von einem auf dem Fussboden stehenden
Sockel 62 nach oben erstreckt. Die Haltestange kann eine Höhe von beispielsweise
0,50 bis 1 Meter aufweisen und trägt an ihrem oberen Ende eine sich in vertikaler
Richtung erstreckende Hohlsäule 64, die rohrförmig mit kreisrundem, elliptischem,
rechteckigem od. dgl. Querschnitt ausgebildet sein kann. In der anfangs beschriebenen
Höhe vom Fussboden ist in der rohrförmigen Säule 64 einer der Hilfslautsprecher
46 bzw-50 angeordnet, der den mittleren Frequenzbereich ausstrahlt.
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An dem Hilfslautsprecher 46 bzw. 50 ist die Wandung der Säule 64 mit
einer Ausnehmung 66 versehen. In der Nähe des oberen Endes der rohrförmigen Säule
64 ist sodann in dieser ein zweiter Hilfslautsprecher 48 bzw. 52 derart angeordnet,
dass er sein Schallfeld in sllbvertikaler Richtung ausstrahlt.
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Die genaue Ausrichtung dieses Hilfslautsprechers 48 bzw. 52
hängt
von der spezifischen Allsbildung der Lautsprechersäule und der Gestalt des Raums.
in dem sie sich befindet, ab.
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Mit der in Fig. 5 dargestellten Lautsprechersäule werden somit beide
Hilfslautsprecher in einem einzigen Bauteil vereinigt, das leicht in einer Wohnung
unterzubringen und bequem so verschieben ist.
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Innerhalb des Erfindungsgedankens sind natürlich erhebliche Abweichungen
von den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich. Insbesondere ist die Erfindung
nicht auf das Ausführunesbeispie1 beschränkt, gemäss dem die erfindungsgemässe Hilfsapparatur
einer herkömmlichen Tonwiedergabeanlage zugeordnet wird; vielmehr ist es auch möglich,
unter Anwendung der gemäss der Erfindung gegebenen Lehren eine Tonwiedergaheanlage
v 1 li<cmmen neu aufzubauen. Auch die hierin genannten Mass- und Frequenzangaben
sind lediglich als Beispiele zu bewerten.