DE29804231U1

DE29804231U1 - Arrangement and supply of similar speakers to achieve a directional effect

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Publication number: DE29804231U1
Application number: DE29804231U
Authority: DE
Original assignee: NEMELA THORSTEN
Current assignee: NEMELA THORSTEN
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2008-03-11

Description

BeschreibungDescription

Anordnung und Versorgung von gleichartigen Lautsprechern zur Erzielung einer RichtwirkungArrangement and supply of similar loudspeakers to achieve a directivity

Um bei Veranstaltungen das Publikum mit Sprache und Musik elektroakustisch zu versorgen, werden Lautsprechersysteme mit unterschiedlicher Richtwirkung eingesetzt. Ziel ist es, die Publikumsflächen mit ausreichendem Direktschallpegel zu versorgen, Reflexionen und damit auch einen hohen Diffusschallpegel zu vermeiden und andere Flächen wie z. B. Spielflächen oder Wohngebiete möglichst wenig zu beschallen.In order to provide the audience with speech and music electro-acoustically at events, loudspeaker systems with different directivity are used. The aim is to provide the audience areas with sufficient direct sound levels, to avoid reflections and thus a high diffuse sound level, and to expose other areas such as play areas or residential areas to as little sound as possible.

Es gibt schon verschiedene Anordnungen von mehreren Lautsprechern, um eine Richtwirkung zu erzielen. Die Richtwirkung beruht auf der Addition der Schalldrücke der einzelnen Lautsprecher, der Interferenz. Sind zwei Schallwellen an einem Punkt gleichphasig, so addieren sie sich maximal und es ergibt sich der doppelte Schalldruck. Sind die zwei Schallwellen genau gegenphasig, so ergibt sich völlige Auslöschung. Bei Phasenbeziehungen dazwischen ergeben sich andere Schalldruckpegel.There are already various arrangements of several loudspeakers to achieve a directional effect. The directional effect is based on the addition of the sound pressure of the individual loudspeakers, the interference. If two sound waves are in phase at one point, they add up to a maximum and the resulting sound pressure is doubled. If the two sound waves are exactly out of phase, they are completely cancelled out. If there are phase relationships between them, different sound pressure levels result.

Bekannt sind Anordnungen mehrerer Lautsprecher auf einer Linie mit regelmäßigen Abständen, um in bestimmte Richtungen Dämpfungen zu erzielen. Diese Anordnungen werden als Schallzeilen bezeichnet.Arrangements of several loudspeakers in a line with regular distances to achieve attenuation in certain directions are known. These arrangements are called sound lines.

Weiterhin sind Anordnungen mit unterschiedlichen Abständen und unterschiedlichen Zeitverzögerungen der zugeführten Signale bekannt. Nachteil ist die hohe Anzahl der verwendeten Lautsprecher sowie eine stark frequenzabhängige Richtwirkung. Eine Richtwirkung im Bassbereich wäre aufgrund der großen Wellenlängen nur mit Anordnungen großer Ausdehnung zu erzielen.Furthermore, arrangements with different distances and different time delays of the supplied signals are known. The disadvantage is the high number of loudspeakers used and a strongly frequency-dependent directivity. Due to the large wavelengths, directivity in the bass range could only be achieved with large arrangements.

Auch werden mit Hornsystemen starke Richtwirkungen erzielt. Diese Systeme arbeiten aber nicht im Bassbereich. Schallwellen tiefer Frequenz werden an Kanten stark gebeugt. Daher ist eine Richtwirkung für den Bassbereich mit Hornsystemen nicht möglich.Horn systems also achieve strong directional effects. However, these systems do not work in the bass range. Low frequency sound waves are strongly diffracted at edges. Therefore, directional effects in the bass range are not possible with horn systems.

Allgemein wird davon ausgegangen, daß die Bassabstrahlung stets ungerichtet, also mit Kugelcharakteristik erfolgt.It is generally assumed that bass radiation is always undirected, i.e. omnidirectional.

Der in den Schutzansprüchen 1 bis 5 angegebenen Erfindung liegt also dasThe invention specified in claims 1 to 5 is therefore based on the

Problem zugrunde, ein kompaktes System für eine gerichtete Schallabstrahlung im Bassbereich zu schaffen. Die Erfindung läßt sich aber auch auf andere Frequenzbereiche bzw. den gesamten Hörbereich anwenden.The problem is to create a compact system for directed sound radiation in the bass range. However, the invention can also be applied to other frequency ranges or the entire hearing range.

Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 5 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Merkmale sind die Nutzung von Wegdifferenzen, Zeitverzögerungen und Phasendrehungen bzw. Phasenverschiebungen. Außerdem kann den Lautsprechern eine Mischung solcher Signale unterschiedlichen Signalpegels zugeführt werden. Um einen linearen Frequenzgang zu erhalten, ist eine Entzerrung der Signalquelle vorgesehen.This problem is solved with the features listed in claims 1 to 5. The features are the use of path differences, time delays and phase rotations or phase shifts. In addition, a mixture of such signals with different signal levels can be fed to the loudspeakers. In order to obtain a linear frequency response, equalization of the signal source is provided.

Mit der Erfindung wird die Erzeugung der aus der Mikrofonie bekannten Richtcharakteristiken wie Acht, Niere, Superniere, Hyperniere sowie aller Zwischenstufen erreicht. Außerdem kann die Richtcharakteristik Torus hergestellt werden. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die einzelnen, gleichartigen Lautsprecher kugelförmig abstrahlen. Ist eine Richtwirkung schon vorhanden, so wird sie durch die Erfindung noch zusätzlich verstärkt.The invention enables the creation of the directional characteristics known from microphones, such as figure-8, cardioid, supercardioid, hypercardioid and all intermediate stages. The torus directional characteristic can also be created. It is assumed here that the individual, similar loudspeakers radiate spherically. If a directional effect already exists, it is further enhanced by the invention.

Nach Schutzanspruch 1 ergibt sich eine achtförmige Richtcharakteristik. (Fig. 5) Quer zur Achse zwischen den Lautsprechern ergibt sich völlige Auslöschung, da die beiden Systeme gegenphasig arbeiten und keine Wegdifferenz besteht. Nach vorne und hinten ergibt sich ein frequenzabhängiger Schalldruckverlauf, da sich aufgrund der Wegdifferenz eine frequenzabhängige Phasenverschiebung ergibt. Dieser Schalldruckverlauf wird auch als Kammfilterkurve bezeichnet, d.h. es treten über den Frequenzbereich in regelmäßigen Abständen Schalldruckminima sowie Schalldruckmaxima auf. (Fig. 6) Der Abstand der Minima und Maxima kann durch den Abstand der Lautsprecher zueinander gewählt werden. Um einen linearen Frequenzgang zu erreichen, muß die Signalquelle noch entzerrt werden.According to claim 1, a figure-of-eight directional characteristic is obtained. (Fig. 5) Transverse to the axis between the loudspeakers, there is complete cancellation, since the two systems work in opposite phases and there is no path difference. To the front and back, there is a frequency-dependent sound pressure curve, since the path difference results in a frequency-dependent phase shift. This sound pressure curve is also known as a comb filter curve, i.e. sound pressure minima and sound pressure maxima occur at regular intervals across the frequency range. (Fig. 6) The distance between the minima and maxima can be selected by the distance between the loudspeakers. In order to achieve a linear frequency response, the signal source must still be equalized.

Nach Schutzanspruch 2 ergibt sich eine nierenförmige Richtcharakteristik. (Fig. 7) Der hintere Lautsprecher ist elektronisch um die gleiche Zeit verzögert, die der Schall vom vorderen Lautsprecher bis zum hinteren Lautsprecher benötigt. Dadurch ergibt sich nach hinten völlige Auslöschung. Nach vorne ergibt sich beschriebene Kammfilterkurve.According to claim 2, a cardioid directional characteristic is created. (Fig. 7) The rear loudspeaker is electronically delayed by the same amount of time that the sound takes to travel from the front loudspeaker to the rear loudspeaker. This results in complete cancellation to the rear. To the front, the described comb filter curve is created.

Nach Schutzanspruch 3 ergibt sich eine supernierenförmige (Fig. 8), bzw. hypernierenförmige Richtcharakteristik. (Fig. 9) Diese erklären sich aus der Überlagerung zweier unterschiedlich großer Nieren, die sich aus der Mischung der unbedämpften mit den bedämpften Signalen ergibt. Die Dämpfung beträgt -12 dB, bzw. -6 dB. Bei anderen Dämpfungswerten ergeben sich die Zwischenformen.According to claim 3, a supercardioid (Fig. 8) or hypercardioid directional characteristic is obtained. (Fig. 9) This is explained by the superposition of two cardioids of different sizes, which results from the mixture of the undamped and damped signals. The attenuation is -12 dB or -6 dB. With other attenuation values, the intermediate shapes result.

Nach Schutzanspruch 4 ergibt sich die torusförmige Richtcharakteristik. Diese erklärt sich aus der Überlagerung zweier senkrecht zueinander liegende Achten, von der jedoch eine mit zusätzlich um 90 Grad phasenverschobenen Signalen versorgt wird.According to claim 4, the toroidal directional characteristic results. This is explained by the superposition of two figures of eight lying perpendicular to each other, one of which is, however, supplied with additional signals that are phase-shifted by 90 degrees.

Nach Schutzanspruch 5 ergibt sich eine Beeinflußung der beschriebenen Kammfilterkurve. Durch Hinzufügen weiterer Systeme mit anderen Abständen, die aber unterschiedlich entzerrt werden, ergibt sich eine Erweiterung des Frequenzbereichs mit hohem Schalldruck. Das hinzugefügte System arbeitet z. B. im Bereich des zweiten Minimums des bisherigen Systems maximal. (Fig. 10)According to claim 5, the described comb filter curve is influenced. By adding further systems with different distances, but which are equalized differently, the frequency range with high sound pressure is expanded. The added system works at its maximum in the area of the second minimum of the previous system, for example. (Fig. 10)

Q SignalquelleQ Signal source

H FrequenzgangentzerrrungH Frequency response equalization

0 . Phasendrehung0 . Phase shift

At ZeitverzögerungAt time delay

A DämpfungA Damping

90°...270° Phasenverschiebung90°...270° phase shift

LS 1...4 LautsprecherLS 1...4 speakers

Mischungmixture

Claims

Protection claims

1. Arrangement and supply of two similar loudspeakers to achieve a directional effect,

characterized,

that the two loudspeakers are arranged one behind the other at a certain distance, the first loudspeaker is supplied with an unprocessed audio signal and the second loudspeaker with an audio signal in phase opposition to it from a common signal source with equalized frequency response. (Fig. 1)

2. Arrangement according to 1.

characterized,

that the second loudspeaker is supplied with a time-delayed and antiphase signal. (Fig. 2)

3. Arrangement according to 1.

characterized,

that the first loudspeaker is supplied with a mixture of an unprocessed signal and an attenuated, time-delayed signal, and the second loudspeaker with a mixture of a time-delayed, antiphase signal and an attenuated, antiphase signal. (Fig. 3)

4. Arrangement and supply of four identical loudspeakers to achieve a directional effect,

characterized,

that they are arranged on the corners of a square, the first loudspeaker is supplied with an unprocessed signal, the opposite one with an anti-phase signal, one of the other two with a 90 degree phase-shifted signal and the fourth loudspeaker with a 270 degree phase-shifted signal from a common signal source with equalized frequency response. (Fig. 4)

5. Arrangement and supply according to 1. to 4.,

characterized,

that several loudspeakers are added to the first loudspeaker at different distances, which are supplied with differently equalized, attenuated, delayed and phase-shifted or phase-rotated signals, or with different mixtures of such signals.