DE3311531A1 - Verfahren zur stereophonen wiedergabe von schallereignissen und stereophone wiedergabeanlage fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Verfahren zur stereophonen wiedergabe von schallereignissen und stereophone wiedergabeanlage fuer kraftfahrzeuge

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DE3311531A1
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Description

Dipl.-Ιημ.
Rolf Chewier
!MfJe S · Postlach 2ιλ>
Td-jIbη ' :λ 21 /3 W1* +-3 60 Ιύ
Teic\ ^'3 Τ?*
861J4/071 ch-ha
Augsburg, den 29. März 1983
Firma
Neutrik Aktiengesellschaft
Obergasse 16
FL-9494 Schaan
Verfahren zur stereophonen Wiedergabe von Schallereignissen und stereophone Wiederqabeanlaqe für Kraftfahrzeuge
. 5.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stereophonen Wiedergabe von Schallereignissen in Fahrgasträumen von Kraftfahrzeugen, vornehmlich von Personenkraftwagen und auf stereophone Wiedergabeanlage mit mindestens einem Empfangs- und/oder Wiedergabegerät und mehreren Lautsprechern, wobei im Nahbereich des Fahrer- und/oder Beifahrersitzes mindestens zwei voneinander distanzierte Lautsprecher vorgesehen sind, von welchen der eine Lautsprecher der Wiedergabe des linken Signals und der andere der Wiedergabe des rechten Signals dient.
Durch die elektroakustisch« Aufnahme, Übertragung und Wiedergabe eines Schallereignisses von einem Aufnahmeraum in einen Wiedergaberaum über zwei Kanäle gelingt es bekanntlich, Hichtungseindrücke z.u übertragen und wiedergabe se it ig ein räumliches Klangbild zu erzeugen, entsprechend der Fähigkeit der Menschen, mit Hilfe beider Ohren räumlich zu hören.
Mit Hilfe dieser sogenannten Sterophonie ist es zum Beispiel möglich, Schallquellen nach Richtung und Entfernung im Wiedergaberaum zu orten oder einen Klangkörper in seiner räumlichen Disposition zu erfassen. Die einfachste Übertragungseinrichtung für ein derartiges sterophones System besteht aus zwei Richtmikrofonen, deren Hauptempfindlichkeit srichtung einen Winkel von etwa 90 bis 120 Grad einschließen, wobei die Symmetrieebene dieser Mikrofonanordnung und des aufzunehmenden Klangkörpers in etwa übereinstimmen und einer Übertragungseinrichtung mit entsprechenden Speichern, MuItiplexteilen, Verstärkern, Decodern usw. sowie zwei in einem Abstand aufgestellten Lautsprechern. Die Wirkung der Stereophonie beruht nun darauf, daß für jede Schalleinfallsrichtung und jede Frequenzgruppe der Originalschallquelle zwischen den zwei Kanälen ein bestimmter Pegelunterschied und entsprechend am Zuhörerplatz ein bestimmter
ο w I I O O I
Schalldruckunterschied für den aus dem rechten bzw. linken Lautsprecher stammenden Schall besteht. Das Ohr ordnet nun diesen Druckunterschied einer bestimmten Richtung zu, nach der es diese sogenannte Fantomschallquelle lokalisiert. Zusätzlich, Jedoch im gegenständlichen lall von geringerer Bedeutung, zieht auch das Ohr Laufzeitunterschiede mit zur Lokalisierung heran, wobei es jedoch erforderlich ist, daß die Aufnahmemikrofone in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
Es ist daraus erkennbar, daß eine befriedigende stereophone Wiedergabe nur in einem bestimmten Flächenbereich zwischen den beiden Lautsprechern Zustandekommen kann, nämlich der sogenannten stereophonen Hörfläche, die unter anderem dadurch bestimmt ist, daß die Druckunterschiede, die durch die Abstandsdifferenz des Zuhörers zu den beiden Lautsprechern durch den natürlichen Schalldruckabfall bei der Abstrahlung a priori hervorgerufen werden, ein bestimmtes Mindestmaß nicht überschreiten und damit die für den räumlichen Höreindruck benötigten und vorhandenen Unterschiede verdecken.
Vergegenwärtigt man sich nun die Situation in einem Kraftfahrzeug, in dem die Lautsprecher konstruktionsbedingt notwendigerweise nahe beim Lenker oder beim Beifahrer angebracht sind, ergibt sich ohne weiteres, daß sowohl diese beiden Zuhörerplätze, als auch in aller Hegel die Plätze auf den Rücksitzen, außerhalb der erwähnten stereophonen Hörfläche liegen und daher eine befriedigende stereophone Wiedergabe wegen der herrschenden Unsymmetrie von vorneherein ausgeschlossen ist.
Erschwerend kommt hinzu, daß der Innenraum eines Kraftfahrzeuges im allgemeinen sehr klein und sehr stark gedämpft ist. Die Ausbildung eines räumlich und zeitlich dem Ori-
- «or -
.7.
ginalschallfeld einigermaßen nahekommenden Wiedergabeschallfeldes ist daher im Kraftfahrzeug zunächst nicht möglich. In einem Raum eines Gebäudes ist die Ausbildung eines solchen Schallfeldes schon viel besser möglich. Es weist vor allem nach dem Direktschall in zeitlicher Abfolge eine größere Zahl von Reflexionen auf, die von den Begrenzungsflächen des Raumes herrühren, die eine Information über die Größe des Raumes geben und dann, immer dichter werdend, in den diffusen nachhall übergehen.
Um die Stereohörbedingungen im Kraftfahrzeug zu verbessern, könnte im Fahrgastraum für Fahrer- und Beifahrersitz jeweils getrennte Stereowiedergabesysteme vorgesehen werden. Das Stereowiedergabesystem müßte also im Auto sozusagen zweimal vorgesehen werden, einmal 'für den Fahrer und ein zweites Mal für den Beifahrer. Diese Anordnung ist allerdingsäußerst aufwendig und unpraktisch.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg auf, um für die beiden skizzierten Probleme ganz wesentliche Verbesserungen herbeizuführen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß räumlich gesehen zwischen den beiden Lautsprechern ein aus dem rechten und linken Signal gebildetes Summensignal und/oder daß von der Rückseite des Fahrgastraumes her mindestens ein aus dem rechten und dem linken Signal gebildetes Differenzsignal abgestrahlt wird.
Eine stereophone Wiedergabeanlage zur Ausübung dieses Verfahrens ist nun dadurch gekennzeichnet, daß zwischenden beiden Lautsprechern und zusätzlich zu diesen ein weiterer Lautsprecher etwa in der Mittelachse des Kraftfahrzeuges vor den Vordersitzen beispielsweise in der Mitte des Armaturenbrettes angeordnet ist und dieser !Lautsprecher mit dem elektrischen Summensignal aus dem rechten und linken Kanal gespeist ist und/oder daß mindestens ein im rückwärtigen
■# W Q O · *
Bereich, des Fahrgastraumes angeordneter Hecklautsprecher vorgesehen ist, der mit dem elektrischen Differenzsignal aus dem rechten und linken Kanal gespeist ist.
Um den räumlichen Schalleindruck zu verbessern wird ferner vorgesehen, daß im Differenzsignal für den linken Hecklautsprecher der Anteil des Signales des linken Kanales gegenüber jenem des rechten Kanales stärker ist und im Differenzsignal für den rechten Hecklautsprecher der Anteil des Signales des rechten Kanales gegenüber jenem des linken Signales stärker ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung liegt auch darin, daß einer der mit dem Differenzsignal gespeisten Hecklautsprecher eine etwa achtförmige Strahlungscharakteristik (Strahler 1. Ordnung) aufweist und etwa in der Meridianebene des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und die Hauptabstrahlrichtung etwa rechtwinkelig und waagrecht zur Kraftfahrzeuglängsachse orientiertistund ferner ein ungerichteter, in der Nähe des erstgenannten Hecklautsprechers angeordneter weiterer Hecklautsprecher vorgesehen ist, der vom elektrischen Summensignal gespeist ist, welches vorzugsweise aus den Signalanteilen der mittleren und vor allem tiefen frequenzbereiche gebildet ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein grundsätzliches Schema; die Fig. 2 bis 6 unterschiedliche Schaltschemen von Anlagen in Personenkraftfahrzeugen.
In Fig. 1 ist schematisch und im Grundriß dargestellt, daß in einem Aufnahmeraum 1 ein Klangkörper 2, beispielsweise ein Orchester, ausgestellt ist. Zwei Mikrophone ML und MR, deren Hauptempfindlichkeitsrichtung einen Winkel von ca. 90 Grad einschließen, sind vor diesem Klangkörper angeordnet und liegen nahe beieinander. Die Pfeile 10 in der
Fig. 1 deuten die Hauptempfindlichkeitsrichtung an. Die Symmetrieebene E der beiden Mikrophone ML und MR fällt mit der Symmetrieebene des Klangkörpers 2 in etwa zusammen. Jedem Mikrophon ML und MR ist ein Verstärker und eine Übertragungseinrichtung 3 zugeordnet. Kabel 4 führen in einen Wiedergaberaum 5> und sind mit Lautsprechern L' und R1 verbunden. Das Mikrophon ML und der Lautsprecher L' dienen für die Aufnahme und Abstrahlung des linken Signales L, das Mikrophon MR und der Lautsprecher R1 für jene des rechten Signals R, Die im Wiedergaberaum 5 mittig eingezeichnete schraffierte Fläche 6 stellt die stereophone Hörfläche dar. Ein in diesem Fl ächenbereich 6 befindlicher Zuhörer kann · stereophon hören und nur innerhalb dieser Fläche ist dies möglich. Bei einer Raumlänge 1 und einer Raumbrei.te b von ca. 5 Metern beträgt die größte Breite B dieser Fläche ca. 0,5 m.
Fig. 2 zeigt nun schematisch die Draufsicht auf einen geöffneten Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges 8. Im Bereich der Windschutzscheibe bzw. des Armaturenbrettes 7 sind drei Lautsprecher L1, R1 und M1 vor den Vordersitzen 11 und 12 angeordnet, die Lautsprecher L1 und R1 liegen randseitig und können eventuell auch in den Kraftfahrzeugtüren installiert sein, der Lautsprecher M1 liegt in der Mitte. Der Lautsprecher L1 wird mit dem Signal L des linken Kanales, der Lautsprecher R1 mit dem Signal R des rechten Kanales gespeist und der mittlere Lautsprecher M1 jedoch von einem elektrischen Summensignal M = L + R, das sich aus der elektrischen Addition der Signale L, R des rechten und linken Kanales ergibt und wie es zur Darstellung eines monophonen, das heißt einkanaligen Signales aus den beiden Stereoanlagen verwendet wird. Es besteht ja bekanntlich die Forderung, daß Stereοaufnahmen monokompatibel sein müssen, das heißt, daß aus der Addition der beiden Stereosignale monophone Signale erzeugt werden kön-
- r-
nen, die frei von störenden Klangverfärbungen, wie z. B. Interferenzen, sind. Diese Zusammenmischung könnte mittels entsprechenden apparativen Aufwandes auch auf der akustischen Seite erzielt werden. Nach der Erfindung werden a"ber auf der elektrischen Seite die Signale L, E der beiden Kanäle in einem geeigneten Verstärker YZ addiert und das Summensignal M durch einen einzigen Lautsprecher M1 abgestrahlt, wie dies in Pig. 2 gezeigt ist. Hierbei kann man sich zusätzlich zunutze machen, daß wesentliche Richtungsinformationen lediglich in mittleren und höheren !Frequenzbereichen, etwa ab 250 Herz enthalten sind und daß daher nur diese !Frequenzbereiche von allen drei Lautsprechern L1, M1, E1 abgestrahlt werden müßten, wogegen der Bassbereich entweder nur über den Mittellautsprecher M1 oder über die beiden Seitenlautsprecher L1 und R1 abgestrahlt werden kann.
Einen, wenn auch vielleicht weniger befriedigenden stereophonen Höreindruck vermittelt eine Anlage, die in !Pig. 3 gezeigt ist. Am Armaturenbrett 71 sind hier ausschließlich die beiden Lautsprecher L1 und R1 für das rechte und linke Signal angeordnet. Die beiden Hecklautsprecher HL und HR strahlen die jeweiligen Differenzsignale S-L-R bzw. S * R - L ab. Zur Bildung dieser Differenzsignale sind Differenzverstärker A. vorgesehen.
Eine weitere zusätzliche entscheidende Verbesserungsmöglichkeit der stereophonen Wiedergabe im Kraftfahrzeug kann erreicht werden, wenn es gelingt, die Räumlichkeit des Schalleindruckes zu verbessern, das heißt3 neben dem Direktschall auch zeitlich versetzte Reflexionen bzw. diffusen Schall abzustrahlen, wie dies z. B. in Auditorien, aber auch in Wohnräumen der Fall ist, wobei durch die reflektierenden Begrenzungsflächen des Raumes ein solches Schallfeld aufgebaut wird. Dies ist im Innern eines Kraftfahrzeuges wegen des ungleich kleineren Volumens und der im allgemeinen zu
starken Dämpfung der Begrenzungsflächen unmittelbar nicht möglich und wird durch die bekannte Anordnung von sogenannten Hecklautsprechern, die in höchst unnatürlicher Weise die Signale des rechten und linken Kanales direkt von rückwärts abstrahlen noch zusätzlich verschlechtert.
Bei der Anordnung nach 51Ig. 4- sind zusätzlich'zu den drei vorderen Lautsprechern L', M1 und R1 im Kraftfahrzeug 8" zwei Hecklautsprecher HL und HR vorgesehen und ferner Differenzverstärker^, sowie in einer weiteren Ausgestaltung Abschwächer A1 die bewirken, daß der Pegel des jeweiligen anderen Kanals um ein einstellbares oder gewünschtes Maß' (ca. 5-6 dB) reduziert werden kann.
Den beiden Hecklautsprechern HL, HR werden nun Signale zugeführt, die sich aus der Differenz des linken und rechten Signals (L - R) bzw. des rechten und linken Signales (R - L) ergeben. Durch diese Maßnahme werden nämlich alle korrelierten Signale L, R des rechten und linken Kanals, die dem direkten Schall entsprechen, ausgelöscht und lediglich unkorrelierte Signale, die dem diffusen Schallfeld entsprechen, abgestrahlt. Dieses Signal wird auch "Seitensignal" genannt. Versuche haben gezeigt, daß dieses Schallsignal zwar eine erhebliche Verbesserung des räumlichen Eindruckes bringt, aber, besonders, da es nahe an den Ohren der rückwärtigen Beifahrer abgestrahlt wird, ein wenig unnatürlich und dünn klingt.
Es hat sich als zweckmäßige weitere Verbesserung erwiesen, das Differenzsignal S zwar über einen linken rückwärtigen und einen rechten rückwärtigen Lautsprecher HL, HR abzustrahlen, wobei jedoch der linke Lautsprecher HL ein wenig mehr des linken Signales (3-6 dB) und der rechte HR ein wenig mehr des rechten Signales zugeführt bekommt. Die Abschwächer A, die in 3?ig. 4 veranschaulicht sind, dienen diesem Zweck, so daß sich die den Hecklautsprechern HL und HR
-.ja -
zugeführten Signale darstellen lassen wie folgt:
S = nL - R bzw. S » nR - 1, wobei η größer ist als 1.
Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zusätzlich zum genannten Difie?enzsignal S für die mittleren und tiefen !Frequenzen, die Ja wenig Richtungsinformation enthalten, das Mittensignal M über einen eigenen, Mitteltonlautsprecher TM mit einem vorgeschalteten Tiefpaßfilter TP ungerichtet aus der Mitte des rückwärtigen Bereiches des Kraftfahrzeuges 8IV (Hg. 6) abgestrahlt wird, wogegen das Differenzsignal S um 90 Grad räumlich verdreht nach beiden Seiten des hinteren Teiles des Kraftfahrzeuges 8Iv abgestrahlt wird, was durch einen sogenannten Strahler 1. Ordnung, also einen Lautsprecher HLM in einem offenen Gehäuse erreicht werden kann, bei dem Vorder- und Hinterseite der Membrane an die Luft angekoppelt sind (Fig.6). Die beiden Hecklautsprecher TM und HLM liegen im wesentlichen in der Mitte11ängsachse des Kraftfahrzeuges und sind auf dessen Längsrichtung bezogen hintereinander angeordnet.
Eine weitere Verbesserung des Räumlichkeitseindruckes kann erreicht werden, wenn das Differenzsignal S mit einer geeigneten elektronischen Verzögerungseinrichtung χ ζ. Β. einer sogenannten Eimerkettenschaltung um etwa 5 his 20 millisec. verzögert und dann abgestrahlt wird. Durch diese Maßnahme wird die Lokalisation der rückwärtigen Lautsprecher scheinbar in die Tiefe versetzt (Fig.5).
Grundsätzlich sei nochmals darauf hingewiesen, daß es im wesentlichen hinreicht, sich bei den beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen lediglich auf die mittleren und hohen Frequenzen zu beschränken, wogegen es genügt, daß die tiefen Frequenzen nur entweder von den vorderen seitlichen Lautsprechern oder vom vorderen mittleren Lautsprecher oder von einem mittleren rückwärtigen Lautsprecher abgestrahlt
- yi -
werden. Die Abstrahlung der tiefen Frequenzen von den zwei rückwärtigen seitlichen Lautsprechern hat sich als weniger vorteilhaft gezeigt. Die praktische Ausgestaltung der Erfindung kann natürlich auf vielerlei Weise erfolgen. Es ist ohne weiteres möglich, die heute bereits üblichen Einbaumethoden von Autolautsprechern zu verwenden» diese lediglich erfindungsgemäß unter Zwischenschaltung geeigneter und bekannter Summen- und Differenzverstärker zusammenzuschalten.
So hat sich in der Praxis beispielsweise eine Anordnung sehr bewährt, bei der das linke Signal L und das rechte' Signal R breitbandig über handelsübliche TürlautSprecher abgestrahlt wird, wogegen das Mittensignal M-R-L erfindungsgemäß über einen kleinen Zusatzlautsprecher (nur für hohe und mittlere irequenzen), der auf dem Armaturenbrett einfach angebracht werden und auch die zugehörige Elektronik enthalten kann, abgestrahlt wird und zusätzlich die beiden Hecklautsprecher, die bei einer anspruchsvollen Stereoanlage ohnehin meist vorhanden sind, mit den Differenzsignalen gemäß Vorschlag beaufschlagt werden.
Die mit dieser Anordnung gewonnene Verbesserung der
Stereowiedergabe sowie der natürlichen Räumlichkeit ist außerordentlich überzeugend, wobei die Nachrüstung einer bestehenden Anlage ohne großen Aufwand bewerkstelligt
werden kann.
Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Λ.JVerfahren zur stereophonen Wiedergabe von Schallereignissen in Fahrgasträumen von Kraftfahrzeugen, vornehmlich von Personenkraftwagen mit mindestens einem Empfangs- und/oder Wiedergabegerät und mehreren Lautsprechern, wobei im Nahbereich des Fahrer- und/oder BeifahrerSitzes mindestens zwei voneinander distanzierte Lautsprecher vorgesehen sind, von welchen der eine Lautsprecher der Wiedergabe des linken Signals und der andere der Wiedergabe des rechten Signals dient, dadurch gekennzeichnet, daß räumlich gesehen zwischen den beiden Lautsprechern ■ (L1 und R1) ein aus dem rechten (R) und linken (L) signalgebildetes Summensignal (M » R + L) und/oder daß von der Rückseite des Fahrgastraumes her mindestens ein aus dem rechten (R) und dem linken (L) Signal gebildetes Differenzsignal (S-L-R bzw. S-R-L) abgestrahlt wird.
  2. 2. Stereophone Wiedergabeanlage in Fahrgasträumen von Kraftfahrzeugen, vornehmlich von Personenkraftwagen . mit mindestens einem Empfangs- und/oder Wiedergabegerät und mehreren Lautsprechern, wobei im Nahbereich des Fahrer- und/oder Beifahrersitzes mindestens zwei voneinander distanzierte Lautsprecher vorgesehen sind, von welchen der eine Lautsprecher der Wiedergabe des linken Signals und der andere der Wiedergabe des rechten Signals dient, zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Lautsprechern (L1, R') und zusätzlich zu diesen ein weiterer Lautsprecher (M1) etwa in der Mittelachse des Kraftfahrzeuges (8, 81 usf.) vor den Vordersitzen (11, . 12) beispielsweise in der Mitte des Armaturenbrettes (7, 71 usf.) angeordnet ist und dieser Lautsprecher (M1) mit dem elektrischen Summensignal (M * R + L) aus dem
    rechten und linken Kanal gespeist ist und/oder daß mindestens ein im rückwärtigen Bereich des Fahrgastraumes angeordneter Hecklautsprecher (HL, HR) vorgesehen ist, der mit dem elektrischen Differenzsignal (S = L - R "bzw. S-E-Ii) aus dem rechten und linken Kanal gespeist ist.
  3. 3. Stereophone Wiedergabeanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lautsprecher (HL, HR; IM, HLM) im rückwärtigen Bereich des Kraftfahrzeuges (8', 8") als sogenannte Hecklautsprecher angeordnet sind, von welchen mindestens einer mit dem jeweiligen elektrischen Differenzsignal (S) aus den beiden Kanälen gespeist ist.
  4. 4. Stereophone Wiedergabeanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß im Differenzsignal (S) für den linken Hecklautsprecher (HL) der Anteil des Signales (L) des linken Kanäles. gegenüber jenem (R) des rechten Kanäles stärker ist und im Differenzsignal (S) für den rechten Hecklautsprecher (HR) der Anteil des Signales (R) des rechten Kanales gegenüber jenem des linken Signales (L) stärker ist.
  5. 5- Stereophone Wiedergabeanlage nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß einer der mit dem Differenzsignal (S) gespeisten Hecklautsprecher (HLM) eine etwa achtförmige Strahlungscharakteristik (Strahler 1. Ordnung) aufweist und die HauptabStrahlrichtung etwa rechtwinkelig und waagrecht zur Kraftfahrzeuglängsachse orientiert ist und ferner ein ungerichteter, in der Nähe des erstgenannten Hecklautsprechers (HLM) angeordneter weiterer Hecklautsprecher (TM) vorgesehen ist, der vom Summensignal (M) gespeist ist,welches vorzugsweise aus den Signalen der mittleren und vor allem tiefen Frequenzen gebildet ist (Figo6).
    l"W T^ "^ «- τ— »4 If M 1X ί»
    — 3 —
  6. 6. Stereophone Wiedergabeanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Hecklautsprecher (HLM und TM) in Längsrichtung des JFahrgastraumes gesehen hintereinander angeordnet sind (Fig. 6).
  7. 7. Stereophone Wiedergabeanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Hecklautsprechern (HL und HR) eine elektronische Yerzögerungseinheit (#) z· B. eine sogenannte Eimerkettenschaltung vorgeschaltet ist (SIg.5).
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