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FÜNF-LAUTSPRECHER-ANORDNUNG ZUR AKUSTISCHEN WIEDERGABE VON
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SIGNALEN, DIE MIT HILFE ZWEIER STEREO-KANÄLE ÜBERTRAGEN WERDEN Beschreibung
Bekanatlich haftet der Wiedergabe von Zweikanal-StereoSignalen über nur zwei Lautsprecher
oder Lautsprechergruppen ein deutlicher Mangel an: Zwar werden Signale, die nur
im linken Kanal übertragen und über den linken Lautsprecher wiedergegeben werden,
wirklich links geortet, ebenso wie über den rechten Kanal übertragene Signale rechts
geortet werden. Signale jedoch, die von beiden Kanälen in gleicher Amplitude und
Phase übertragen werden, sind nur das - wie man es wünscht < genau in der Mitte
zwischen den beiden Basislautsprechern ortbar, wenn sich der Zundrer möglichst genau
auf der Mttellinie zwischen diesen aufhält Bewegt sich der Zuhörer aus dieser optimalen
Stereo-Hörzone heraus, so ist ein zufriedenstellendes Richtungshören nicht mehr
möglich Im schlechtesten Fall zerfällt das Klangbild völlig und man bört fast nur
noch denjenigen Lautsprecher, der einem näher ist Der physikalische Grund für dieses
unbefriedigende Verhalten liegt darin, daP zwei Punktstrahler, die gleichphasig
arbeiten, ein kompliziertes Interferenzwellenfeld erzeugen, das wenig Ähnlichkeit
mit dem ebenen Wellenfeld besitzt, welches ein im Original aus der Mitte kommendes
Schallereignis erzeugen würde0 So wurden schon bald nach der Publikumseinführung
der zweikanaligen Stereophonie auf Schallplatten, Tonbändern und im Rundfunk Anstrengungen
unternommen, diese Schwierigkeit zu beseitigen. Es gab Lösungsversuche mit rundum
abstrahlenden Lautsprechergruppen oder mit zusätzlichen Lautsprecheranordnungen,
die über geregelte Verstärkerzüge oder zeitverzögert angesteuert wurden. Mit all
diesen Verfahren erzielt man tatsächlich eine mehr oder weniger deutliche Verbreiterung
der optimalen Stereo-Hörzone, manchmal auch eine verbesserte Mittenortung, jedoch
meist auf Kosten einer Verschlechterung der punktgensuen Ortung aller virtuellen
Schaliquellen. Auch ist
der technische Aufwand der meisten Verfahren
so groß, daß sie sich in der Praxis nicht durchsetzen konnten.
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Lediglich das System des abgeleiteten Mittensignal-Lsutsprechers hat
bis heute eine gewisse Bedeutung. Hierbei wird aus dem linken und rechten Stereosignal
auf elektronischem Wege über eine passive oder aktive Summationsschaltung das Mittensignal
M = L + R erzeugt und einem eigenen Lautsprecher zugeführt, der in der Mitte zwischen
den beiden Basislautsprecherir aufgestellt ist. Die Verbesserung der Mitten-Ortung
und die Verbreiterung der Stereo-Hörzone sind deutlich. Es ergeben sich jedoch wiederum
zwei Nachteile: (1) Schallquellen die sich aufnahmeseitig in der Mitte der Stereobasis
befanden, werden bei der Wiedergabe akustisch bevorzugt. Solche Schallquellen werden
vom linken und rechten Stereokanal mit gleicher Amplitude und Phase übertragen und
erscheinen somit nach der Summierung im mittleren Lautsprecher mit der doppelten
Amplitude. Zusätzlich werden sie vom linken und rechten Basislautsprecher nochmals
mit je einfacher Amplitude abgestrahlt. Schallquellen dagegen, die nur in einem
Kanal, beispielsweise links, übertragen werden, erscheinen bei der Wiedergabe nur
im linken und mittleren Lautsprecher mit je einfacher Amplitude, so daß solche Schallquellen
bei der Wiedergabe akustisch benachteiligt sind.
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(2) Der zweite Nachteil ergibt sich aus der gleichen Überlegung: Da
seitliche Signale auch vom mittleren Lautsprecher mit übertragen werden, ortet man
sie nicht beispielsweise im linken Lautsprecher, sondern zwischen linkes und mittlerem.
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Die akustische Basisbreite der Anordnung ist daher nur halb so grop
wie der Abstand zwischen linkem und rechtem Basislautsprecher.
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Schwächt man nun, um diese Nachteile zu mildern, den Pegel für den
mittleren Lautsprecher ab, so verschmälert man wieaer die Stereo-Hörzone. Außerdem
bleibt stets ein Ungleichgewieht zwischen mittleren und seitlichen Signalen bestehen,
da seitliche Signale nur von zwei Xautsprechern abgestrahlt werden,
mittlere
dagegen von allen drei Lautsprechern.
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Auch wurden, vor allem seit der Einführung guadrophonischer AuSuahmem
und Wiedergabeverfahren, Anordnungen propagiert, bei welchen Kombinationssignale
aus linkem und rechtem Signal in der Form L-R, L-1/2R, R-1/2L oder ähnlich eigenen
Lautsprechern zugeführt werden, die vorzugsweise hinter dem Zuhörer aufgestellt
sind. Jedoch besteht hier kein Zusammenhang mit der Anordnung eines mittleren Lautsprechers,
noch sind bestimmte Bedingungen für die Aufstellung oder für die Signalpegel einzuhalten.
Es wird auch keine verbesserte Ortbarkeit virtueller Schallquellen auf der Stereobasis
angestrebt.
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Im Gegenteil wird die Ortbarkeit in der Praxis verschlechtert.
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Der Zweck solcher Quasiquadrophonieverfahren besteht vielmehr darin,
die aufnahmeseitig dem Differenzsignal oft zugemisch ten Raumhallanteile über eigene
Lautsprecher abzustrahlen, die sich an Positionen befinden, von denen aus auch unter
natürlichen Bedingungen diese Hallanteile einfallen.
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Mit den bisher bekannten Verfahren wird also entweder die Links-Rechts0rtung
auf Kosten einer verbesserten Mittenortung verschlechtert, oder die Ortbarkeit virtueller
Schallquellen überhaupt auf Kosten einer verbesserten "Raumlichkeit" der WiedergabeO
Alle erwähnten Nachteile lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß eine Anordnung
von fünf Lautsprechern oder Lautsprecherkombinationen nach Pig.1 verwendet wird,
die im Hörraum im Halbkreis um den Zuhörer im gleichen Winkelabstand von etwa 30°
zueinander aufgestellt sind. Dabei erhält im einfachsten Fall Lautsprecher (4) das
Links Signal BS Lautsprecher (2) das Rechts-Signal R, Lautsprecher (3) das um 3
dB abgeschwächte Summensignal M=###(L+R), Lautsprecher (5) das um 3 dB abgeschwächte
Differenzsignal 5 = R) und Lautsprecher (1) das um 3 dB abgeschwächte negative Differenzsignal
Die Kombinationssignale M, SL und SR können dabei in bekannter Weise durch ein aktives
oder passives elektrisches Netzwerk erzeugt werden. Diese Anordnung der
Lautsprecher
und die angegebene Abstimmung der Pegel bewirkt nun, dap für die Abstrahlung der
mittleren und seitlichen Signale eine fast vollständige akustische Symmetrie besteht.
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trotzdem wird die punkt scharfe Ortung von Einzelschaflquellen nicht
beeinträchtigt.
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Wird beispielsweise ein Signal nur überden linken Kanal übertragen,
so wird es aufgrund d er Zusammensetzung der Signale SX und M phasengleich über
die Lautsprecher (3), (4) und (5) abgestrahlt, jedoch so, daß Lautsprecher (4) dieses
Signal mit einem um 3 d3 höheren Pegel wiedergibt als die beiden benachbarten Lautsprecher
(3) und (5). So entsteht einerseits angenähert der Eindruck einer ebenen Wellenfront,
die aus der Richtung des L-Lsutsprechers einfällt. Andererseits erleichtert die
Pegelanhebung des Signals aus diesem Lautsprecher die punktscharfe Ortung. Zwar
läuft Lautsprecher (1) gegenphasig mit, kann jedoch wegen der Gegenphasigkeit kaum
zu einer Verfälschung des Ortungseindruckes beitragen.
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Wird ein MittenßigneG übertragen, das in beiden Stereokanälen somit
in gleicher Amplitude und Phase enthalten ist, so wird dieses phasengleich von den
Lautsprechern (2), (3) und (4) abgestrahlt, jedoch wiederum im mittleren Lautsprecher
(3) mit einem um 3 dB höheren Pegel als in den benachbarten Lautsprechern (2) und
(4). Auch hier entsteht angenähert der Eindruck einer von vorn einfallenden ebenen
Wellenfront, wobei der höhere Segel des mittleren Lautsprechers wieder die puSkischarfe
Ortung des Signals aus dter Mitte der Stereobasis erleichtert.
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Die angegebene Erfindung rekonstruiert somit das im Original, beispielsweise
in einem Konzertsaal, vorhandene Wellenfeld genauer als eine herkömmliche Zwei-Lautsprecher-Anordnung.
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Beim Abhören ergibt sichter ein sehr realistischer Eindruck. Die Stereo-Hörzone
erstreckt sich über die gesamte Basisbreite und der Standort der virtuellen Schallquellen
ist fast unabhängig vom Hörort. Daneben hat die verbesserte Abbildung des Originalwellenfeldes
auch eine gesteigerte
"Raumlichkeit" der Wiedergabe zur Folge. Trotzdem
wird die punkt scharfe Ortbarkeit virtueller Schallquellen gegenüber konventioneller
Stereowiedergabe verbessert.
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Ein gewisses Problem bei der Realisierung des Verfahrens ist jedoch
die große Zahl von Einzellautsprechern, die an ganz bestimmten Positionen des Hörraums
angebracht werden müssen.
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Hier sind aber durchaus Variationen möglich. So lassen sich auch alle
fünf Lautsprecher längs einer andersartig gekrümmten Linie oder an vorgegebenen
Zimmerwänden (Fig.2) positionieren. Es muß lediglich darauf geachtet werden, dap
alle Lautsprecher vom optimalen Hörpunkt aus gerechnet einen annähern gleichen Winkelabstznd
von 300 voneinander haben.
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Auch müssen die Signalpegel so eingestellt werden, daß sich am optimalen
Hörpunkt die erwähnten Pegelverhältnisse akustisch ergeben. Das bedeutet, daR weiter
entfernte Lautsprecher ein etwas stärkeres Signal erhalten, das den akustischen
Pegelverlust ausgleicht und umgekehrt. Ebenso muß bei Xautsprechern mit Richtcharakteristik
verfahren werden, wenn sie nicht auf den optimalen Hörplatz ausgerichtet sind.
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Eine weitere Anpassung an praktische Erfordernisse kann sich aus hörphysiologischen
und hörpsychologischen Erkenntnissen ergeben. So ist bekannt, daß das menschliche
Ohr Tonfrequenzen unterhalb von etwa 300 Ez kaum noch orten kann. Dies kann dahingehend
ausgendzt werden, dap zumindest die Lautsprecher (1) und (5) nur Frequenzen oberhalb
von 300 Hz abstrahlen, wodurch der Aufwand erheblich verringert wird. Er läßt sich
weiter verringern, wenn man auch den Lautsprecher (3) nur für Frequenzen oberhalb
von 300 Hz auslegt. Eine noch stärkere Verringerung des Aufwandes ergibt sich, wenn
man nur einen einzigen getrennten Baßlautsprecher für Frequenzen bis 300 Rz verwendet,
dessen Aufstellung wegen der fehlenden Ortbarkeit unkritisch ist, und alle fünf
Systemlautsprecher nur als Mittelhochtoneinheiten für Frequenzen oberhalb 300 Hz
konzipiert.
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In dieser Version ist das System kaum mehr aufwendiger als ein klassisches
Stereolautsprecherpap.
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Ein weiteres physiologisches Gesetz sagt aus, daß unser Ohr
im
Bereich bis etwa 1500 Hz Schallereignisse mehr aufgrund der Phasenlage des einfallenden
Schalls ortet, im Bereich oberhalb von etwa 1500 Hz jedoch mehr aufgrund des Intensitätsunterschiedes
des von beiden Ohren aufgefangenen Schalls. Dies bedeutet, daß im beschriebenen
Fünf-Laut sprecher-System das eingangs erwähnte gegenphasige Mitlaufen des Lsitsprechers
(1) bei von links, also vom Lautsprecher (4) her zu ortenden Signalen, inr Frequenzbereich
oberhalb von etwa 1500 Hz die Ortung stören kann. Es ist deshalb zweckmäpig, die
Lautsprecher (1) und (5) so auszubilden, daß diese höheren Frequenzen diffus nach
oben oder gegen eine Wand abgestrahlt werden, damit sie zur Ortung weniger beitragen.
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Der störende Einflup des bei von links zu ortenden Signalen gegenphasig
mitlaufenden Lautsprechers (1) läßt sich auch dadurch ausschalten, daß man ihm ein
im Pegel abgeschwächtes, leicht verzögertes oder phasenverschobenes L-Signal einspeist.
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Da unser Ohr ein Schall ereignis nicht nur nach der Intensität, sondern
auch nach der Richtung der zuerst tniallenden Wellenfront ortet, ist damit ebenfalls
der Einfluß von Lautsprecher (1) auf die Ortung ausgeschaltet. In dieser Modifikation
des EUnf-Lau t sprecher-Systems stellt eine zusätzliche Schaltung die abgeschwächten,
verzögerten oder phasenverschobenen Signale L' und Rt her. Lautsprecher (1) erhält
dann das nur für ihn bestimmte modifizierte Differenzsignal SR=¼(R -Lautsprecher
(5) erhält das entsprechende Differenzsi:gnal-
mit dem Abechwächungsfaktor 1, der vorzugsweise bei 0,6 liegt. Hierdurch lädt sich
eine völlige Symmetrie der Anordnung bezüglich des aus verschiedenen Richtungen
einfallenden Schalls und eine nochmals verbesserte Ortungsschärfe erreichen. Falls
eine Verzögerungszeit angewendet wird, so muß sie auf den Lautsprecherabstand im
Wiedergabe raum optimal einjustiert werden.
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Da in der beschriebenen Fünf-Laut sprecher-Anordnung die beiden normalen
Stereo-Basis-Lautsprecher für das B- und das R-Signal unverändert mit enthalten
sind, ist es auch möglich, eine bereits vorhandene konventionelle Stereoanlage zu
ergänzen. Man
benötigt auger der Matrixschaltung zur Bereitstellung
der Signale SL, M und SR lediglich die drei zusätzlichen Lautsprecher (1), (3) und
(5), die nicht den gesamten Tonfrequenzbereich abstrahlen müssen. Es genügt, wenn
nur der Mittelhochtonbereich ab etwa 300 Hz übertragen wird.
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Wie bereits erwähnt, wird mit der beschriebenen Erfindung kein pseudoquadrophonischer
Effekt angestrebt. Es wird lediglich die in zwei Stereckanälen enthaltene Information
zu einer verbesserten Rekonstruktion des von vorne einfallenden örigi.
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nalen Schallwellenfeldes genutzt. Liegen daher wie bei disktreter
Quadrophonie vier Übertragungskanäle vor, so kann zusätzlieh zu einer Fünf-Lautsprecher-Anordnung
für die vorderen zwei Kanäle eine weitere Fünf-Lautsprecher-Anordnung für die hinteren
beiden Kanäle eingesetzt werden.
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