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Lautsprecherbox
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Die Erfindung betrifft eine Lautsprecherbox, wie sie im Oberbegriff
des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.
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Aus der Deutschen Patentschrift 2756299 ist eine Lautsprecherbox mit
je einem System für die Hochton-, die Mittelton- und die Tieftonwiedergabe bekannt,
bei welcher das Tieftonsystem nach vorn abstrahlend, das Mitteltonsystem zur Seitenwand
des Wiedergaberaums und schräg nach oben ab strahlend und das Hochtonsystem in Richtung
auf eine optimale Position des Hörers abstrahlend im Gehäuse montiert sind. Infolge
der seitlichen und schräg nach oben gerichteten Abstrahlrichtung der Mitteltonsysteme
erreichen den Zuhörer in diesem Frequenzbereich, der von etwa 800 Hz bis 4 kHz reicht,
vorwiegend nur indirekte Schallanteile.
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Dadurch erscheinen für den Zuhörer Schallquelle plus Raum in ihrer
wahren Größe reproduziert, so daß jeweils die Abmessungenvdie Breite der zu reproduzierenden
Schallquelle (beispielsweise eines Orchesters plus Wiedergaberaum) nicht mehr auf
die Breite des Wiedergaberaumes eingeschränkt empfunden werden.
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Hierbei wird, wie üblich, davon ausgegangen, daß das von Tieftonsystemen
abgestrahlte Schallfeld vor allem im unteren Frequenzbereich keine ausgeprägte Richtwirkung
besitzt, also nicht viel zur Ortung einzelner Schallquellen innerhalb eines größeren
Schallereignisses beiträgt (man baut Tieftonsysteme daher grundsätzlich direkt nach
vorn abstrahlend ein).
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Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß die scheinbare
Ausdehnung bei der Wiedergabe großräumigerer Schallereignisse sich noch überzeugender
über die Abmessungen des Wiedergaberaumes hinaus vergrößern läßt, wenn man Tieftonsysteme
bis ca. 800 Hz hinauf arbeiten läßt (was übrigens auch von den phönetischen Verzerrungen
her
den besten Kompromiß darstellt), so daß es auch bei Tiefton
systemen bereits zu keulenförmiger und damit ortbarer Abstrahlung kommt (und zwar
vor allem von 200 Hz aufwärts), zaun rts4n undvden abgestrahlten Schall über Reflexion
an den Seitenwänden des Wiedergaberaumes so zum Hörer gelangen läßt, daß es zu in
der Akustik bekannten Spiegelungen und damit zu Spiegelsenderwirkungen kommt, so
daß die bei der Aufnahme entsprechend seitlich plazierten Schallquellen auch bei
der Wiedergabe entsprechend seitlich - und damit außerhalb des Wiedergaberaumes
geortet werden können.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Lautsprecherboxen
so auszugestalten, daß im Falle wo Aufnahmen mit räumlich größerem Klangkörper und/oder
Aufnahmen in einem kleineren Raum zu reproduzieren sind, der Eindruck der räumlichen
Weite des wiedergegebenen Schallereignisses über die seitlichen Wände des Wiedergaberaumes
hinaus noch weiter verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst, während spezielle Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung
in den Unteransprüchen angegeben sind.
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Bei zwei zusammenwirkenden Lautsprechern, die so ausgelegt sind, daß
bei einer Tieftonwiedergabe bis etwa 800 Hz jeweils seitlich von außen auf den Zuhörer
gerichtete Spiegelsender auftreten, entsteht ein in der Mitte erzeugtes Klangbild
immer noch in der Mitte und man kann mit einer solchen Anordnung durchaus Schallquellen
innerhalb der Boxenbasis auch mit seitlicher Verschiebung innerhalb dieser Basis
exakt orten. Da bei kleineren Klangkörpern das linke bzw. rechte Mikrophon immer
Restanteile der jeweils auf der anderen Seite plazierten Instrumente mitaufnimmt
und die Lautsprecher das entsprechend wiedergeben, werden kleinere Ensembles vornehmlich
nur zu Ortungen innerhalb der Boxenbasis führen, und es entsteht korrekterweise
ein
entsprechend kleiner räumlicher Klangeindruck. Sehr große Klangkörper
dagegen, deren außermittige Abstrahlanteile vom jeweils gegenüberliegenden Mikrophon
bzw. Lautsprecher kaum oder gar nicht mehr aufgenommen bzw. wiedergegeben werden,
bzw. nach dem Gesetz der 1. Wellenfront" psychoakustisch überdeckt sind, gewinnen
- bei Reproduktion mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Boxen - die realitätsbezogene
Originalbreite über die Basis der beiden Boxen hinaus, wobei zwischen den beiden
Lautsprecherboxen der mittlere Bereich der Originalschallquelle wiedergegeben wird,
aber infolge der Spiegelsenderwirkungen die außen liegenden Anteile außerhalb der
Boxenbasis erscheinen und insgesamt ein genau in Einzelabstrahlrichtungen ortbares
Klangbild, und zwar in der wahren Größe und in der richtigen Tiefe, reproduziert
wird, ohne in größerer Entfernung zu erscheinen, wie es bei einer Begrenzung der
Wiedergabebreite auf den Boxenabstand - also die Stereobasis - (bei herkömmlichen
Stereoboxen) aus Gründen der psychologischen Akustik der Fall ist (danach wird z.
B. ein Orchester aus einer solchen Entfernung, also so weit hinter der Boxenbasis
zurückversetzt "gehört", daß seine Breite in den Winkel zwischen Hörer und Boxen
paßt). Die Tatsache, daß bei Frequenzen unter 800 Hz, aber vor allem tieferen Frequenzen,
eine größere Lokalisationsunschärfe als bei darüberliegenden Frequenzen herrscht,
fördert in diesem Bereich vorteilhafterweise noch die geschlossen-homogene Verteilung
der Schallabstrahlung im Raum.
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Die für diese Abstrahlung typische Anordnung der Lautsprecher darf
jedoch von 800 Hz aufwärts nicht mehr wirksam sein, da dann - vor allem bis 4 kHz
- das Richtungshörvermögen des menschlichen Gehörs von besonders hoher Güte ist.
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Spiegel sender oberhalb 800 Hz würden zu extremen linksrechts Ortungen
führen (z. B. dem bei Reproduktionen bekannts Effekt des sogenannten "geteilten
Solisten" - wo Schallsender aus der Mitte nicht etwa von dort, sondern von links
und rechts getrennt gleichzeitig hörbar werden),
und zwar nicht
nur aus psychoakustischen Gründen, sondern auch infolge der Abstrahlcharakteristik
eines Lautsprechers: oberhalb 800 Hz zeigt sich verstärkt Richtwirkung (also Pegelmaximuiti
auf der O-Achse). Ab 1 ms Zeitdifferenz zwischen linkem und rechtem Kanal des abgestrahlten
Signals dominiert jedoch nach dem "Gesetz der 1. Wellenfront" (L. Cremer, H. Müller,
Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Seite 397) gehörmäßig bereits
der Lautsprecher mit dem Primärschall (Jens Blauert "Räumliches Hören11, Seite 177-178)
während es, im Falle einer Spiegelsenderdominanz oberhalb 800 Hz, wie das bei der
erfindungsgemäßen Anordnung der Lautsprecher ohne Begrenzung der schräg seitlichen
Ab strahlung auf den unteren Frequenzbereich der Fall wäre, zu extremen Ortungen
von außen her käme. Das bedeutet aber, daß die für die einwandfreie Funktion der
Erfindung nötige, Extrembreiten mindernde Wirkung aus dem Zusammenspiel zwischen
Direktschall und Reflexionsschall zur Erlangung der mittleren räumlichen Ausdehnungsbreiten
nicht mehr stattfinden könnte. Das Klangbild würde sich dann bis zu Abstrahlzeit-Differenzen
zwischen linkem und rechten Kanal von 1 ms im mittleren Bereich zwischen dem Wandlerpaar
bewegen und erklänge ab 1 ms Zeitdifferenz die Breite der Lautsprecherbasis überspringend,
jäh extrem von außen.
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Ab 800 Hz aufwärts ist für eine korrekte Wiedergabe eine Lautsprecheranordnung
gemäß dem DBP 2756299 zu empfehlen, welche durch die hier beschriebene Erfindung
eine Weiterbildung im Sinne einer Verfeinerung der räumlichen Wiedergabe erfährt.
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Zur Ergänzung und noch besseren Unterscheidung der zwar harmonisch
zusammenwirkenden, jedoch in der Funktion verschiedenen beiden Abstrahlsysteme -
nämlich bis 800 Hz nach der Erfindung und ab 800 Hz nach dem gemäß dem DBP 2756299
angewandten Prinzip - sei noch erwähnt, daß die ersterwähnte Abstrahltechnik aus
den Gesetzen der geometri-
schen Raumakustik abgeleitet ist, die
zweite hingegen aus den Gesetzen der statischen Raumakustik. Die in der Aufführungspraxis
bekannten negativen Wirkungen von Spiegelsendern werden bei der Erfindung ausgeschaltet,
da eben gezielt ab 800 Hz aufwärts die Spiegelsendungen enden, was mit Musikinstrumenten
im Original so exakt wohl nicht durchführbar ist.
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Zu den zwar verschiedenen Effekten der beiden Abstrahlsysteme und
ihrem andererseits dennoch nahtlosen Zusammenwirken sei noch angemerkt, daß nach
dem DBP 2756299 angeordnete Mitteltöner zwar vor allem den Auf führungsraum auch
in der Reproduktion akustisch in der Originalgröße entstehen lassen: die Basisbreite
des Klangkörpers, namentlich über die Basis eines Boxenpaares hinaus, kann sich
hingegen in der Reproduktion - wie bereits erwähnt - nur mit gleichzeitiger Entfernungsänderung
zum Zuhörer verändern.
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Die nach der Erfindung angeordneten Tieftöner dagegen lassen vor allem
die Basis des Klangkörpers auch in der Reproduktion ohne zwangsläufig gleichzeitige
Entfernungsänderung zum Hörer in der Originalgröße erscheinen. Auch ergibt sich
bei der Erfindung der Effekt, daß sich das Klangbild bei der Reproduktion für einen
sich im Raum bewegenden Zuhörer in gleichartiger Weise wie in der Wirklichkeit ändert.
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Konstruktiv geht man zweckmäßigerweise nun so vor, daß die Montage
der Tieftonsysteme eines Stereo-Wandler Paares (auf deren bestimmte Lage es ja zur
Spiegelsenderausbildung ankommt) vertikal in üblicher Weise normal zum Zuhörer,
horizontal jedoch bei den Boxen spiegelbildlich so nach außen gedreht erfolgt, daß
die Verlängerungen der System-Achsen nach Reflexion von den Seitenwänden des Wiedergaberaumes
den Zuhörer - wenn er sich auf der in der Praxis als durchschnittlich angenommenen
Hörposition von 3 m Abstand zu jeder Box befindet - genau trifft. Eine solche Anordnung
ergibt für die meisten praktischen Fälle eine
wohlausgewogene Spiegelachsenlage
im Sinne der Erfindung.
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Wird der Hörabstand - etwa bei Bewegung des Zuhörers im Raum - kleiner
als 3 m, dann gelangt der Zuhörer tiefer in die Öffnung des Abstrahlwinkels, dessen
Schenkel die reflektierten Hauptstrahlen der beiden erfindungsgemäß angeordneten
Tieftonsysteme eines Stereo-Wandler Paares bilden, und das entspricht wiederum der
dabei größeren Nähe zum zu reproduzierenden "Original-Klangkörper".
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Wächst umgekehrt der Hörabstand des Zuhörers, so wird durch dieses
Entfernen in Richtung nach außerhalb vom Schnittpunkt der Spiegelsenderachsen weg
das dabei zunehmende relative Entfernungsverhältnis des Zuhörers von dem zu reproduzierenden
"Original-Klangkörper" betont.
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Die nach außen geneigte Montage der Tieftonlautsprecher erfolgt zweckmäßigerweise
mittels einer entsprechenden Montageebene mit der nötigen öffnung im zugehörigen
Gehäuse. Eine bezüglich Phasenverhalten empfehlenswerte Aufstellung erfindungsgemäß
ausgestalteter Boxen, bei denen die Mitteltonsysteme zu den Seitenwänden des Wiedergaberaumes
hin abstrahlen, besteht darin, einen seitlichen Abstand von etwa 20 cm zu der jeweiligen
Raumwand einzuhalten. Legt man ferner für das durch die beiden Boxen des Stereopaares
und dem Zuhörer gebildete, für optimale Stereowirkung gleichseitige Dreieck eine
Seitenlänge von 3 m zugrunde, dann ergibt sich ein Montagewinkel von 370 horizontale
Verdrehung der Tiefenlautsprecher nach außen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen
im einzelnen erläutert. Es zeigen Figur 1 ein spezielles Ausführungsbeispiel einer
die Erfindung realisierenden Lautsprecherbox Figur 2 eine Skizze zur Veranschaulichung
der Wirkungsweise der Erfindung.
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In Figur 1 ist eine Lautsprecherbox 1 mit abgenommener Verkleidung
dargestellt, so daß die einzelnen Lautsprecher sichtbar sind. Für die Tieftonwiedergabe
sind hier zwei
Tieftonsysteme 2 a und 2 b vorgesehen, die auf einer
schräg im Gehäuse angeordneten Schallwand 3 montiert sind. Der Schrägwinkel gegen
die Senkrechte auf der Stereobasis (Verbindungslinie zwischen den beiden in Stereoanordnung
aufgestellten Boxen) beträgt 370, so daß die Mittelachse der Tieftonlautsprecher
ebenfalls diesen Winkel mit der Seitenwand 4 des Wiedergaberaumes einnimmt, von
welcher die Lautsprecherbox mit einem seitlichen Abstand von 20 cm aufgestellt ist,
während sie ganz an die Rückwand 5 des Wiedergaberaumes herangerückt ist.
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In der Ecke zwischen Seitenwand 4 und Rückwand 5 ist noch ein Schallenkungselement
6 dargestellt, welches einen dreieckigen Querschnitt und die Höhe der Box 1 hat
und dazu dient, den aus dem später noch erläuterten Hornmund 7 austretenden Schall
vollends in den Wiedergaberaum hinein umzulenken. Für die Tieftonlautsprecher 2
a und 2 b sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils spiegelbildlich aufeinandergesetzte
Doppellautsprecher verwendet, von denen der eine mit seinem Korb in den Innenraum
der Box und der andere nach außen weist. Die Einzellautsprecher dieser Doppelsysteme
sind so geschaltet, daß ihre Membranen gleichphasig schwingen, sich also gleichzeitig
in Richtung Innenraum oder nach außen bewegen, so daß jeweils die eine Membran die
Bewegung der anderen Membran unterstützt, beide Membranen einschließlich des dazwischenbefindlichen
Luftpolsters also sich stets in der selben Richtung bewegen, so daß praktisch die
doppelte Antriebskraft für die in Schwingung zu versetzende Umgebungsluft zur Verfügung
steht.
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Ein Mitteltonlautsprecher 8 - hier im unteren Teil der Box - ist seitlich
auf die Seitenwand 4 des Wiedergaberaumes zu schräg nach oben strahlend montiert,
so daß der von diesem Lautsprecher abgestrahlte mittlere Frequenzbereich von 800
Hz bis 4 kHz (Formantenlage) als Indirektschall von den Wänden des Wiedergaberaumes
zum Zuhörer gelangt und für die in diesem Frequenzbereich liegenden
Formanten
eine entsprechend dem Original scheinbare Verbreiterung des Klangbildes und Wiedergaberaumes
vom Zuhörer erleben läßt. Die relativ scharf gebündelten Obertöne ab 4 kHz aufwärts
werden von einem Hochtonsystem 9 als Direktschall auf den Zuhörer gerichtet, und
zu diesem Zweck sind die Hochtonsysteme beider Stereolautsprecher in einem Winkel
von etwa 18° gegenüber der Senkrechten auf der Stereobasis auf der Stereobasis nach
innen strahlend montiert.
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Auf diese Weise werden die zu kurzen Reflexionszeiten, auf welche
das Ohr in diesem Frequenzbereich besonders empfindlich reagiert, vermieden, weiters
eine unerwünschte Dämpfung der Obertöne verhindert, die bei langen Wegen in der
Luft und bei Reflexionen an Wänden unvermeidlich wären, und schließlich die mit
steigender Frequenz größeren Phasenprobleme gemindert. Außerdem befindet sich der
Zuhörer bei dieser Anordnung etwa in der Hauptabstrahlrichtung (Hauptkeule) der
Hochtonsysteme beider Stereolautsprecher.
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Die Schallwand 3 bildet mit dem Gehäuseinneren der Box 1 eine Kammer,
die ein bestimmtes Luftvolumen enthält und über eine - spaltförmige - Öffnung mit
der Umwelt in Verbindung steht. Dieses eingeschlossene Luftvolumen bildet mit den
Tieftonlautsprechern und der Kammeröffnung ein schwingungsfähiges Gebilde, dessen
Resonanzfrequenz in geeigneter Weise gewählt wird. An die Kammeröffnung schließt
sich nach außen ein sich hornförmig erweiterndes Gebilde an, welches als Resonator
mit einer entsprechenden Resonanzfrequenz berechnet ist und als sogenannten Hornresonator
den aus der Kammeröffnung austretenden Schalldruck der von den inneren Membranseiten
der Tieftonlautsprecher in die Kammer abgestrahlten Schwingungen in den Umgebungsraum
transformiert und auf diese Weise für eine verzerrungsfreiere Ubertragung mit optimierter
Anpassung der Abstrahlfläche an die Plazierungswand proportional zur abnehmenden
Frequenz und verbessertem Wirkungsgrad sorgt.
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Die Wirkungsweise und Berechnung dieses Hornresonators sind in der
DEOS 2801227 im einzelnen erläutert.
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Die Schallwand 3 ist im Gehäuse der Lautsprecherbox 1 unter einem
Winkel zur Seitenwand 4 des Wiedergaberaumes hin geschwenkt montiert, sodaß die
Hauptabstrahlrichtung, also die Mittelachse der Tieftonlautsprecher 2 a und 2 b
nicht wie üblich parallel zur Wand 4, sondern auf diese hin gerichtet ist und der
in diese Richtung abgestrahlte Schall unter dem Winkel von der Seitenwand 4 in den
Wiedergaberaum hineinreflektiert wird. Diese Verhältnisse sind in der Skizze gemäß
Figur 2 verdeutlicht. Dort sind zwei Boxen in Stereoanordnung mit einer Basis von
3 m Boxenabstand aufgestellt, und es sind nur die mit der Bezugsziffer 2 bezeichneten
Tieftonsysteme symbolisch eingezeichnet, da es bei der Erfindung auf deren Einbauwinkel
ankommt. Der Abstand der Lautsprecherboxen 2 zum Hörer 14 beträgt ebenfalls je 3
m, so daß die beiden Boxen mit dem Hörer ein gleichseitiges Dreieck mit 3 m Seitenlänge
bilden.
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Die Tieftonlautsprecher 2 sind jeweils um einen Winkel s von 370 nach
außen geneigt in die Gehäuse eingebaut, so daß ein ihre Hauptabstrahlrichtung wiedergebender
Strahl 12 unter eben diesem Winkels auf die Seitenwand 4 auftrifft und dort unter
dem selben Winkel reflektiert wird und als reflektierter Strahl 13 zum Zuhörer 14
gelangt. Für diesen scheinen die Reflexstrahlen 13 nach obiger Beschreibung von
außerhalb der Seitenwände 4 zu kommen. Die Reflexstrahlen 13 scheinen über die Seitenwände
hinaus als gespiegelte Direktstrahlen 13 a, welche von Spiegelsendern 2' ausgehen,
die Spiegelbilder der von der jeweiligen Lautsprecherbox 2 reproduzierten Schallquellen
darstellen.
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Die tatsächlichen und die gespiegelten Schallwellen sind in Figur
2 jeweils durch symbolische Begrenzungslinien und Wellenfronten angedeutet.
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Die nach außen gespiegelten Schallwellen, welche also von den Spiegelsendern
2' herzukommen scheinen, ergeben eine wesentliche Vergrößerung der gehörten möglichen
Stereobasis. Diese der Schallquellenortung dienenden Frequenzen kommen von den ebenfalls
in der Ebene der Boxen 2 liegen-
den Spiegelsendern 2', und daher
versetzt der Zuhörer 14 eine ausgedehnte Schallquelle nicht soweit hinter die Rückwand
15 des Wiedergaberaumes zurück, bis der Abstand der beiden Spiegelsender 2' zwischen
die Schenkel des durch die Verbindungslinien der beiden Boxen 2 mit dem Zuhörer
gebildeten Winkels paßt, was aus psycho-akustischen Gründen sonst der Fall wäre.
Durch die Erfindung wird also vermieden, daß eine ausgedehnte Schallquelle gehörmäßig
in einen größeren Abstand versetzt wird, der durch den Winkel zwischen Hörer und
den beiden Boxen bestimmt wird oder mit zu kleiner Basis reproduziert wird. Vielmehr
ermöglicht die Erfindung eine größere Realität des Klangbildes oder Klanggeschehens
hinsichtlich des gehörten Abstandes, also eine größere Unmittelbarkeit des gehörten
Klanggeschehens und empfundenen Klangereignisses.