DE4244397C2 - Verfahren und Vorrichtung zur stereofonen Wiedergabe und Aufnahme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stereofonen Wiedergabe und Aufnahme mit Hilfe von Schallwandlern sowie Vorrichtungen für diese.

Üblicherweise werden Lautsprecher, also Schallwandler, so an­ geordnet, daß sie voneinander unabhängige, eigene Wellenfelder erzeugen. Die von jedem näherungsweise punktförmigen akustischen Wandler abgestrahlten Wellen nehmen in ihrer Intensität mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die Lautsprechergehäuse, welche Reso­ natoren der Wandler sind, sollen Schallwellen durch Wandler konventionellerweise möglichst ohne definierte Richtwirkung erzeugen. Dies gilt auch für vollständige Systeme zur stereofo­ nen Wiedergabe bzw. Aufnahme von Schallereignissen.

Bei üblichen Stereo-Lautsprecheranordnungen im sog. Stereo-Drei­ eck sind Einzellautsprecher akustisch leicht ortbar, während die Ortung von wiedergegebenen Musikinstrumenten vom Ort des Hörer abhängig subjektiv variiert. Übliche Stereo-Anordnungen bieten daher nur in der Mitte zwischen zwei Lautsprechern einen guten Stereo-Eindruck. Außerhalb der Mittellinie nimmt der Stereo-Ef­ fekt stark ab.

Kopfhörer liefern einen realistischeren Stereo-Eindruck, da die auf der Wirkungslinie zwischen den Ohren des Hörers liegenden Schallwandler, gegen das Trommelfell des jeweiligen Ohres gese­ hen, etwa parallel zu diesen gerichtete Schallwellen erzeugen. Nachteil ist, daß der akustische Kopfhörer-Effekt nur eine Per­ son erreicht.

Um die Unterschiede der Erfindung zum Stand der Technik besser erläutern zu können, wird im folgenden zunächst die Erfindung und daran anschließend der bekannte Stand der Technik im ein­ zelnen dargestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie Vorrichtungen und Anordnungen zu schaffen, welche Stereo-Wieder­ gaben bei kleinen Abmessungen der Wiedergabeanordnung mit guter räumlicher Auflösung praktisch im gesamten Wiedergaberaum er­ möglichen. Außerdem soll hierfür eine optimierte Aufnahmeanord­ nung geschaffen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe für die Wiedergabe mit einem in An­ spruch 1 angegebenen Verfahren und Vorrichtungen bzw. Anordnun­ gen nach den Ansprüchen 2 bis 17.

Die Erfindung geht hierbei von folgenden Grundüberlegungen aus, wobei die nachstehend erläuterten Definitionen in der Beschrei­ bung verwendet werden:

• - Wird im Innern eines Rohres mittels eines Lüfters ein axialer Luftstrom erzeugt, so ergeben sich für die Luftteilchen Strö­ mungsverhältnisse, die weitgehend dem Feld eines Stabmagneten gleichen, wobei der Strömungsfluß der Luftteilchen dem magne­ tischen Fluß entspricht.
• - In gleicher Weise, wie man einen horizontal angebrachten ma­ gnetischen Dipol als horizontal polarisiert bezeichnet, wird in der nachfolgenden Beschreibung auch die Strömung in einem horizontal angeordneten Lüfterrohr als horizontal polarisiert bezeichnet. Von der Seite betrachtet, kann eine horizontal ausgerichtete longitudinale Strömung in einem Rohr als trans­ versale Strömung bezeichnet werden.
• - Oszilliert diese Strömung, ändert sie also ihre Strömungsrich­ tung in einer bestimmten Frequenz, so kann man diese Strömung als oszillierende horizontal polarisierte Strömung bezeichnen, welche einem oszillierenden Magnetfeld entspricht.
• - Nach den Gesetzen der Differentialrechnung läßt sich eine sich permanent ändernde Strömung, speziell eine oszillierende Strö­ mung, mathematisch durch Superposition infinitesimaler Impulse von Strömungen bzw. Sprungfunktionen erzeugen.
• - Insbesondere erzeugt die Änderung einer Luftströmung einen Schalldruck, der durch mathematische Differentiation bere­ chenbar ist.
• - Diese oszillierende Strömung wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Schallwellen, insbesondere durch die os­ zillierende Membran eines Lautsprechers, erzeugt. Während der Widerstand der geschlossenen Boxen eine Sinusschwingung be­ kanntermaßen durch Erzeugung von Überdruck verformt, erzeugt eine widerstandsfreie Strömung keine Verfälschung der Signal­ form.
• - Wird je ein Signal von je einem Lautsprecher erzeugt, so er­ gibt sich ein duales Signal, bei stereofoner Ansteuerung ein stereofones Signal.
• - Sendet eine idealerweise ebene Membran, welche an einem Ende eines Rohres angebracht ist, einen aktiv erzeugten Schallim­ puls aus, so überlagert sich dieser einer zweiten Membran, welche am anderen Ende des Rohres vorgesehen ist. Der im Rohr laufende Impuls erzeugt außerdem nach dem Gesetz "actio = reactio" im Außenbereich des Rohres stets eine Longitudinal­ strömung. Derartige Strömungen entstehen grundsätzlich im Be­ reich jedes stabförmigen Festkörpers, der durch einen Impuls zu Schwingungen angeregt wird.
• - In einer konventionellen Box entstehen dagegen erhebliche Strömungswirbel, die das erfindungsgemäße Verfahren durch strömungsgünstige Rohrformen ebenso vermeidet, wie harte Reflexionen durch Trennwände oder dergleichen.

Unter Ausnutzung dieser Zusammenhänge und Erkenntnisse wird gemäß der Erfindung in sehr einfacher Weise ein überraschender Stereoeffekt erreicht, den man sich auch wie folgt erklären kann:
Breiten sich Wellenfelder in rechteckigen Räumen ausschließlich in einer Hauptrichtung aus, also senkrecht zu zwei Wänden, so bilden sich zu diesen Wänden parallele Wellenfronten. Ein zu­ gehöriges Erregersystem muß an einer Hauptachse des Raumes zu den angestrahlten Wänden parallele Wellenfronten erzeugen, also zu ihnen möglichst parallel schwingen. Der Flächenvektor der Wellenfront liegt dazu orthogonal. Solche längs Körpern oder Oberflächen erzielte Richtwirkung ist gemäß obiger Definition auch als polarisiert zu bezeichnen.

Gelingt es, mit Lautsprechern näherungsweise solche polarisier­ ten, mehrdimensionalen Felder zu erregen, so ähnelt der subjek­ tive Höreindruck demjenigen eines Kopfhörers aus folgenden Grün­ den:
Die von den Schallwandlern erzeugten, zu den Raumseiten par­ allelen Wellenflächen treffen die in dieser Richtung ausgerich­ teten Ohren von links und rechts statt konventionellerweise schräg von vorn. Diese Polarisationsachse der Wellenfelder soll­ te daher, kopfhörerähnlich, möglichst zur Achse der Ohren par­ allel liegen.

Bei einem solchen Stereo-System bleibt, seitlich betrachtet, eine bestimmte Laufzeitverzögerung zwischen den akustischen Wellen im Raum erhalten.

Mittels Superposition von drei Polarisatoren in drei orthogona­ len Richtungen sollte es möglich werden, den dreidimensionalen akustischen Raum näherungsweise abzubilden. Dann käme z. B. Husten des Publikums im Konzertsaal bei äquivalent polarisierter Aufnahmetechnik auch korrekt von hinten und Fluglärm von oben.

Um unendliche Reflexionen zu vermeiden, muß jede polarisierte Resonanz auf ausreichend gedämpfte Teilräume beschränkt bleiben. Sehr große Lautsprecherflächen erzeugen diesen Effekt auch ohne Reflexion.

Gemäß der Erfindung wird eine polarisierte akustische Welle in einer Raumrichtung durch einen in dieser Richtung schwingenden Längsoszillator erzeugt. Dies ist im Idealfall eine beliebige bipolare Anordnung, die Schwingungen in Richtung ihrer Verbin­ dungsachse erzeugt. Die Richtung dieser Hauptachse liegt zum Flächenvektor der Wellenfronten so weit wie möglich parallel. Dann schwingen die zugehörigen Wellenfronten in dieser Richtung polarisiert.

Eine Vorrichtung mit diesen Eigenschaften ist mit Anspruch 2 angegeben. Bei dieser ist ein aktiver akustischer Dipol ein axialer Strahler, der wie ein elektrischer oder magnetischer Dipol schwingt und dazu, z. B. durch zwei akustische Wandler wie Lautsprecher an den Enden erregt wird. Wird, zur Vermeidung von Resonanzen, der Zwischenraum mit einem gedämpften Rohr verbun­ den, so bilden sich zur Verbindungsachse dieses akustischen Leiters nahezu parallele Schwingungen, also axial-transversale Felder, aus. Entlang der Leiteroberfläche, also des Mantels, bilden sich nach dem Impulsgesetz zeitversetzte Rückstoßwellen (Längswellen) der Wandler. Das superpositionierte Signal beider zeitversetzter Quellen, je nach Phasenlage die Differenz oder Summe der Wellen, bildet die resultierende Mantelwelle.

Diese physikalischen Zusammenhänge wurden bislang offensichtlich nicht berücksichtigt.

Es sind zwar der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 ähnliche Laut­ sprecheranordnungen bekannt, mit welchen jedoch aus folgenden Gründen der oben erläuterte Effekt nicht erreicht werden kann.

Aus US 4,501,934 und EP 0 500 294 A2 sind für eine stereofone Lautsprecheranordnung rohrförmige Gehäuse bekannt, in deren beidseitige offene Enden Lautsprecher derart eingesetzt sind, daß Schallwellen entgegengesetzt zueinander abgestrahlt werden. Das gemeinsame Gehäuse für die Lautsprecher ist jedoch durch eine Trennwand unterteilt, so daß die Lautsprecher jeweils in eigenen Gehäusekammern angeordnet sind. Dies hat zur Folge, daß die Schallwellen nicht das Innere des Gehäusekörpers von einer Endfläche zur anderen im wesentlichen reflexionsfrei durchlaufen können, was aber für das erfindungsgemäße Verfahren notwendig ist.

Aus DE 18 38 750 U ist ein Rundfunkgerät mit Seitenlautsprechern bekannt, welche in einem gemeinsamen Gehäuse derart angeordnet sind, daß der Schall jeweils seitlich abgestrahlt wird. Auch hiermit wird ein Stereofonie-Effekt erreicht. Ein Raumeffekt im Sinne der Erfindung ist damit jedoch nicht realisierbar, da sich die Schallwellen zwischen den beiden Lautsprechern aus verschie­ denen Gründen nicht reflexionsarm in einer zudem möglichst lami­ naren parallelen Strömung ausbreiten können. Zum einen befinden sich innerhalb des Gehäuses zwischen den beiden Lautsprechern im Weg der Schallwellen elektrische Baugruppen. Zum andern befinden sich auf der Ober- und Vorderseite des Gehäuses Austrittsöff­ nungen. Außerdem sind die Lautsprecher zueinander und in bezug auf die Achse des akustischen Dipols schräg geneigt. Sämtliche Eigenschaften führen dazu, daß sich im Gehäuseinnern, entgegen dem erfindungsgemäßen Ziel, unnötige Turbulenzen statt der ge­ wünschten weitestgehend laminaren Strömung ausbilden.

Bei der Lautsprecheranordnung nach US 4,837,826, bei welcher eine Vielzahl von phasenkorrelierten Lautsprechern in die schräg gestellten Seitenwände eines pyramidenförmigen, im übrigen je­ doch hohlen Gehäuses eingesetzt sind, sind zwar im Innern keine Turbulenzen verursachenden Einbauten vorhanden. Die schräg ge­ stellten Membranen und Seitenwände verhindern sogar definierte Resonanzen, verursachen jedoch starke Reflexionen, so daß der Schall diffus in mehrere Richtungen gestrahlt wird. Außerdem verursachen die nicht parallelen Anordnungen der Lautsprecher­ membranen unnötige Phasendifferenzen.

Der Erfindung näher kommt eine schon 1952 durch DE-PS 8 87 523 bekannt gewordene Einrichtung für räumlich wirkende Tonwiederga­ be, bei welcher zwei Lautsprecher im gegenseitigen Abstand mit entgegengesetzten Wirkrichtungen in ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt sind. Vor den Lautsprechern schräg angeordnete Refle­ xionsflächen verhindern hierbei jedoch das für das erfindungs­ gemäße Verfahren notwendige reflexionsarme Austreten der Schall­ wellen aus den Endflächen des Körpers.

Noch weniger vermag die aus DE-PS 11 00 087 bekannte Lautspre­ cheranordnung für stereofone Wiedergabe die gestellte Aufgabe zu lösen, da ihr der die beiden Lautsprecher koppelnde Körper, wie z. B. ein Verbindungsrohr, gänzlich fehlt. Die dabei offenbar verwendeten einzelnen Wandler sind elementare Dipole konventio­ neller Art und besitzen nur eine differentielle Länge und sind daher im Sinne der Erfindung keine echten Dipole mit relevantem Dipolmoment.

Erfindungsgemäße Verbindungsrohre zwischen diametral zueinander angeordneten Lautsprechern sind bei Tieftonlautsprecheranordnun­ gen, sogenannten Subwoofern, beispielsweise nach WO 86/06244 bekannt. Hierbei ist das Verbindungsrohr als Resonator für tiefe Frequenzen ausgebildet und oft mit einer rohrförmigen Rücklei­ tung derart versehen, daß der von einem Lautsprecher erzeugte Schall wieder zur gleichen Austrittsseite zurückgeführt wird.

Da derartige ortungsirrelevante Anordnungen ausschließlich der Wiedergabe von Bässen dienen, welche bekanntermaßen eine Ortung nicht zulassen, erzeugen sie entgegen der erfindungsgemäßen Lehre keinen Raumeindruck.

Ebenso ungeeignet für die Lösung der gestellten Aufgabe ist auch der Lautsprecher mit Schallumwegleitung für tiefe Frequenzen zwischen 30 und 40 Hz nach DE 32 14 226 C2, bei dem nur ein bestimmter Frequenzbereich eine Strahlungsverstärkung erfahren soll.

Ähnliches gilt für die aus DE 25 09 369 A1 bekannte Anordnung, die ausschließlich für die Wiedergabe von Bässen, also Schall­ signalen mit niedrigen Frequenzen, bestimmt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 2 wird dagegen ein akustisches Parallelfeld durch Bildung eines akusti­ schen Dipols mit definierter Länge angenähert. Dies geschieht z. B. durch koaxiale Parallelanordnung eines Wandlerpaares, wie es in der Zeichnung mit W1 und W2 dargestellt ist. Eine akustisch leitende Verbindung zwischen den Wandlern wird bei dem in der Zeichnung skizzierten Ausführungsbeispiel in der einfachsten Form durch einen zylindrischen Körper, z. B. mit dem zylindri­ schen Metall- oder Kunststoffrohr AC, gebildet. In oder auf dessen offene Endflächen sind die beiden Lautsprecher hier par­ allel zueinander befestigt, z. B. aufgeklebt. Mittels Breitband­ lautsprechern ist hier der gesamte ortungsrelevante Fre­ quenzbereich übertragbar.

Für die Aufnahme wird die eingangs genannte Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 18 und Vorrichtungen bzw. Anordnungen nach den Ansprüchen 19 bis 28 gelöst.

Wegen der bisher oft noch unpolarisierten Aufnahmetechnik kann ansonsten bei der Wiedergabe herkömmlicher Aufnahmen sogar eine gegenphasige Wiedergabeschaltung einen subjektiv besseren akustischen Effekt liefern.

Bei Aufnahmevorrichtungen ist grundsätzlich auch eine diametrale Anordnung von Schallwandlern, nämlich Mikrofonen, bekannt (vgl. hierzu AT-PS 337 279 bzw. FUNKSCHAU, 1978, Heft 22, Seite 135, Anzeige "Schoeps-Studio Kondensatormikrophone"). Diese Mikrofone sind jedoch, selbst wenn sie in einem gemeinsamen zusammenhän­ genden Gehäuse angeordnet wären, bisher stets gegeneinander gekapselt, so daß der mit der Erfindung vorgeschlagene Effekt selbst bei vergleichbaren Anordnungen nicht eintreten kann.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer Wiedergabeanordnung sind die Vorschläge nach den Ansprüchen 3, 4, 6 bis 8 realisiert. Der Körper ist gemäß Anspruch 9 z. B. als hartes, ca. 1 m langes, innen gedämpftes Kunststoffrohr mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Wandstärke von ca. 2 mm ausgebildet. In seine Enden sind jeweils Breitbandlautsprecher eingeklebt.

Bei Ausführung als Mittel- und Hochton-System, nur zur Abdeckung des ortungsrelevanten Bereichs, also bei stark reduzierter Baß­ wiedergabe, sind gemäß Anspruch 9 bereits kurze, sehr dünne Metallrohre mit ca. 35 cm Länge geeignet. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein 0,25 mm dickes, hartgewalztes Aluminiumblech aufgerollt werden, wobei im Innern Dämpfungsmaterial - gemäß Anspruch 4 - vorgesehen ist. An den Enden angebrachte koaxiale Breitbandlautsprecher bis zu 20 cm Durchmesser liefern einen sehr transparenten axial polarisierten Klang. Funktionsfähig ist sogar noch eine Anordnung mit einem Metallrohr gleicher Länge, jedoch einem Durchmesser von nur 4,5 cm. Die Wiedergabe von Bässen kann hierbei in konventioneller Weise erfolgen, da, wie bekannt, Schallsignale mit niedrigen Frequenzen für die Ortung nicht relevant sind. Besonders spektakulär wird die subjektive Stereobreite und der erzielte Raumklang bei gleichsinniger Mem­ branauslenkung, welche konventionell als "gegenphasig" bezeich­ net wird.

Mit einer derartigen Anordnung läßt sich, ähnlich wie bei einem Kopfhörer, eine subjektiv erhebliche Basisverbreiterung erzie­ len.

Offenbar bilden sich bei aufnahmeabhängig richtiger Lautsprech­ erpolung entlang der Oberfläche des akustischen Verbindungs­ rohres oszillierende, also längs der Verbindungsachse polari­ sierte Wellen mit der gewünschten Eigenschaft aus. Die Polari­ sierung des Systems entspricht hierbei jener der Ohren des men­ schlichen Kopfes. Lautsprechermembranen und Trommelfelle der Ohren schwingen gleichgerichtet. Subjektiv wirkt das System in seiner verlängerten Achse offenbar weit über die Abmessungen der Anordnung hinaus. Es zeigt dabei deutlich Richtwirkung (Polari­ sation). Eine zur Richtung der Ohren gleichgerichtete Schwin­ gungsachse der zeitversetzt ankommenden Wellen im Raum täuscht eine sehr breite Stereo-Basis vor.

Besonders auch bei schwacher Reflexion der mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung erzeugten Schallwellen durch seitliche Wände entstehen, speziell bei Chor- und Orchesteraufnahmen, Phasen­ effekte, die eine (zumindest subjektive) Ortung der Tonquellen im gesamten Winkelbereich bis zu den reflektierenden Seitenwän­ den ermöglichen. Bei zweckmäßiger Dimensionierung und Dämpfung kann ein ungewohnt transparenter Phaseneffekt realisiert werden.

Eine Verbesserung des räumlichen Eindruckes läßt sich durch passive Längsresonanzverstärkung wie bei elektrischen Antennen- und Reflektor-Zeilen und -Spalten mit einer waagerechten Polari­ sierung erreichen.

Zweckmäßigerweise ist die Anordnung parallel zur Längsachse eines Zimmers ausgerichtet. Bei Montage des Rohrs längs einer Wand zeigt sich ein längs der Rohrachse weiter verbreiterter Stereo-Effekt (Verbreiterung des Rechts-/Links-Effektes). Ist die erfindungsgemäße Anordnung in Brennpunkten von Kegel­ schnitt-Formen, speziell in etwa hyperbolisch geformten zylin­ drischen Flächen (vgl. Anspruch 12) positioniert, ergibt sich eine optimale Wellenausbreitung. Allgemein liefern jedoch alle passiven parallelen Elemente eine Effektverstärkung.

So kann nach den Ansprüchen 10 und 11 eine einfache Wirkungsver­ stärkung dadurch gebildet werden, daß z. B. zwei ca. 2,5 m lange Wandpaneele aus Holz als Unterlage und Auflage für ein in diesem Fall 1 m langes Lautsprechersystem gemäß der Erfindung benutzt wird. Ein solcher einfacher Längsreflektor wird parallel zur Achse bei einer Rohrlänge von 1 m und einer Drehung zwischen 0° bis 70° angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung eines Längs­ reflektors wird eine weitere subjektive Dehnung der Basisbreite erreicht.

Auch mit Vorrichtungen gemäß Anspruch 7 in Mehrfachanordnung läßt sich die räumliche Wirkung verbessern. Diesem Zweck dient der Vorschlag nach den Ansprüchen 14 und 15. Hierbei dient der Verstärkung des Effekts die parallele Mehrfachanordnung aktiver und passiver Dipole.

Wie bei Lautsprecherboxen an sich bekannt, sind dabei auch hier parallele Hoch-, Mittel- und Tieftönersysteme sinnvoll. Sie können zur Abdeckung aller erforderlichen Frequenzbereiche bzw. zur Unterdrückung von Resonanzfrequenzen einzelner Dipole die­ nen.

Schließlich können gemäß solcher polarisierter Aufnahmetechnik phasenversetzte, speziell aber auch orthogonale Anordnungen einen dreidimensionalen bzw. auch Rundum- (Surround-) Effekt vermitteln, wie mit Anspruch 16 angegeben ist.

Zur Dämpfung querschnittsbedingter Resonanzen des Rohres werden, gemäß Anspruch 5, Längsschichtungen im Innern des Körpers vor­ geschlagen, welcher als wandlerverbindender akustischer Leiter wirkt. Dazu können unterschiedliche innere Faser- oder Rohr­ strukturen dienen. Vergleichbare Wirkung hat die Wahl veränder­ licher Querschnittsformen und -maße (z. B. elliptische Formen). Äquivalente, z. B. zur jeweiligen Primäranordnung parallele gleich- oder verschiedenartige Systeme, verstärken die Polarisa­ tion.

Im Rahmen der Erfindung können akustische Leiter (Körper), Längsresonatoren, Effektverstärker, Polarisator-Formen und -Wandler vielfach, z. B. wie folgt, variiert werden.

• a) Zur Verstärkung subjektiv erhöhter Basisbreite können quasi­ parallele (z. B. gebündelte) Körper verwendet werden.
• b) Sie können beliebigen Querschnitt (z. B. rechteckigen Quer­ schnitt), auch resonanzvermindernd variierende Querschnitts­ flächen, haben.
• c) Sie können rotationssymmetrische oder resonanzvermindernde unsymmetrische, speziell elliptische oder hyperbolische Form aufweisen.
• d) Die Manteloberfläche des Körpers kann eine beliebige in einer Hauptrichtung verstärkt wirkende Struktur aufweisen, welche zur polarisierten Wiedergabe bzw. Aufnahme mittels beliebiger Mantelwellen des Körpers dient.
• e) Die Erregung des akustischen Leiters (Körpers) kann durch Wandler beliebiger Art erfolgen. Statt über Lautsprechermem­ branen können dementsprechende Körper möglicherweise auch direkt elektromagnetisch erregt werden.
• f) Ferner ist eine Aufteilung akustischer Leiter (Körper) und Superposition der Einzeleffekte zwecks Polarisation möglich:
• - Zum Beispiel können je ein akustischer Leiter jedem Wandler zugeordnet und die Wandler-Leiterkombination antiparallel angeordnet werden.
• - Oder es können zumindest zwei Wandler je Mono- bzw. Ste­ reo-Kanal vorgesehen werden, die mehrere, gegebenenfalls phasenversetzte, auf je einem Gehäuse, zum Beispiel dem Rohr laufende Mantelwellen erzeugen, was zu einer Verstär­ kung der polarisierten Erregung im Raum führt.

Der neuen Anwendung liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:
Der Gradient der Energie jeder akustischen Quelle ist eine ge­ richtete Größe. Die fortlaufende (progressive) Welle ist eine zur ankommenden (regressiven) Welle negativ gerichtete Komponente der gesamten Welle. Deshalb sollten ideale Aufnahmesysteme diese beiden Komponenten, bekannt als progressive und regressive Wel­ le, zur Differenzenbildung erfassen. Mehr als zwei beliebig verteilte Quellen lassen sich mit drei Komponenten ihrer Gra­ dienten in einem orthogonalen Achsenkreuz darstellen. Sie bilden also je einen 3-D-Vektor in Richtung der Intensitätsänderung und der Laufzeitdifferenzen. Jede Komponente ist einzeln darstell­ bar.

Diese Zusammenhänge wurden bisher offenbar nicht genutzt. Die bisherige Aufnahmetechnik, bei welcher häufig ungerichtete oder nahezu antiparallel gleichgerichtete Wandler verwendet werden, indem z. B. zwei monodirektional gerichtete Mono-Mikrofone in gewissen und definierten Abständen aufgestellt werden, erscheint zur objektiv gerichteten Schallwiedergabe im Sinne der Erfindung zumindest weniger geeignet, denn sie verfälscht die räumliche Abbildung noch sehr.

Eine wesentliche Verbesserung des Raumeffektes bei der Wiederga­ be ergibt sich, wenn bei der Aufnahme das Verfahren gemäß An­ spruch 18 verwendet wird.

Diesem Zweck dienen Aufnahmevorrichtungen bzw. -anordnungen nach den Ansprüchen 19 bis 28. Hierbei sollte gemäß Anspruch 29 die Wiedergabevorrichtung bzw. -anordnung der Aufnahmevorrichtung bzw. -anordnung entsprechen, so daß die Membrane der zusammen­ gehörigen Wandler im Aufnahme- und Wiedergaberaum bei optimier­ ten gleichen Abständen von zum Beispiel 35 cm in gleicher Phase identisch schwingen.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die polarisierten Aufnahmevor­ richtungen wenigstens in zwei orthogonalen Achsen angeordnet sind, wie dies mit Anspruch 27 angegeben ist. Hierdurch lassen sich alle nötigen Raumrichtungen abbilden. Idealerweise sollten Abstände und Phasen der Aufnahme- und Wiedergabewandler in or­ thogonalen Achsenkreuzen gleich gewählt werden. Hierdurch wird die räumliche Zuordnung hinsichtlich Breite, Höhe und Tiefe des Klangraumes verbessert.

Bei jedem Mikrofonsystem läßt sich der Polarisationseffekt aku­ stischer Leiter (Körper) nutzen: Der in jedem Körper erzeugte schwingende Raum verstärkt Wellen in seiner Vorzugsrichtung. Diese Schwingungen können je Achse auf je ein Aufnahmesystem (mit je zwei Wandlern) übertragen werden, wodurch die Wiederga­ besysteme ein besser polarisiertes (schärfer gerichtetes) Abbild in den Koordinaten des Aufnahmeraumes erzeugen.

Wenn, wie mit Anspruch 27 auch vorgeschlagen ist, mehrere par­ allel in einer Achse wirkende Systeme, auch passive, vorgesehen sind, wird die Wirkung in dieser Achse verstärkt.

Im übrigen ergeben sich weitere Ausgestaltungen des Wiedergabe- und Aufnahmesystems gemäß der Erfindung aus den Unteransprüchen.

Claims (33)

1. Verfahren zur räumlichen, akustischen Wiedergabe mit fol­ genden Verfahrensschritten:

• - Erzeugen einer Schallwelle mittels wenigstens zweier ak­ tiver Schallwandler, welche zumindest die zu einer sub­ jektiven Ortung der Schallquellen relevanten Frequenzen übertragen;
• - Polarisieren der Schallwelle mittels wenigstens eines direkt an die Schallwandler gekoppelten Körpers, den die Schallwellen im Innern reflexionsarm im wesentlichen längs einer von zwei Endflächen des Körpers begrenzten Wirkungs­ linie durchlaufen,

wobei der Vektor der Endflächen zu dieser Wirkungslinie näherungsweise parallel verläuft und durch den Abstand der Endflächen des Körpers ein Dipolmoment, also ein aktiver akustischer Dipol, gebildet wird, der gehörrichtig, bevor­ zugt waagerecht gerichtet ist,

• - reflexionsarme Weiterleitung der aus den Endflächen die­ ses Körpers austretenden Schallwellen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

• - wenigstens zwei aktiven Schallwandlern, welche zumindest die zu einer subjektiven Ortung der Schallquellen rele­ vanten Frequenzen übertragen und welche monofon oder stereofon ansteuerbar sind;
• - mindestens einem Körper, der die von den Wandlern erzeug­ ten Schallwellen im wesentlichen als längs einer Wirkungs­ linie fortlaufende Welle zu zwei gegenüberliegenden, leicht beweglichen Endflächen des Körpers leitet,

wobei die den Körper begrenzenden abstrahlenden Endflächen einen akustischen Dipol bilden, der sich bevorzugt in axia­ ler Richtung des Körpers erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Membranen von Schallwandlern die Endflächen des Körpers sind und gleichsinnig oder gegensinnig schwingen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zur Verhinderung von Resonanzen im Innern eine ausreichende Dämpfung der Schallwellen besitzt, wobei der Dämpfungsgradient vorzugsweise orthogonal zur Richtung der Wirkungslinie verläuft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körper längsgeschichtete Faser- oder Rohrstrukturen enthält, die insbesondere längs seinen Wir­ kungslinien verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Schallwandler eine möglichst ebene Membran aufweist, deren Flächenvektor insbesondere direkt auf der Wirkungslinie liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körper ein zylindrisches Rohr aus Metall oder Kunststoff ist, in dessen Enden Lautsprecher eingesetzt, vorzugsweise eingeklebt, sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Länge von 0,35 m bis 1 m, einen Durchmesser von 4,5 cm bis 10 cm und eine Wandstärke von 0,25 mm bis 2 mm aufweist und die Lautsprecher Breitbandlautsprecher sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus hartgewalztem und gerolltem Aluminiumblech besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr auf achsparallelen, als Reflektor dienenden Wandpaneelen angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rohr von ca. 1 in Länge die Wandpaneele eine Länge von ca. 2,5 m und eine Achsendrehung zwischen 0° und 70° besitzt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr in der Brennpunktachse von Kegel­ schnittformen, vorzugsweise von hyperbolisch geformten Flä­ chen, angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der polarisierende, die Schallwellen lei­ tende Körper aus mindestens einem von einer röhrenförmigen Struktur umschlossenen Luftvolumen besteht, das durch minde­ stens eine Membran eines Wandlers abgeschlossen ist, die eine der Endflächen bildet.

14. Anordnung zur stereofonen akustischen Wiedergabe,

• - bestehend aus mindestens zwei im wesentlichen antiparallel ausgerichteten, vorzugsweise unmittelbar benachbarten Vor­ richtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13.

15. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprü­ che 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zueinander ausgerichtet sind.

16. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprü­ che 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zu mehreren Raumachsen ausgerichtet sind, die vorzugsweise orthogonal zueinander stehen.

17. Anordnung mit mindestens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13 oder nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Wiedergabebereich in mehrere Frequenzbereiche aufgeteilt ist, wobei für jeden der Frequenzbereiche des Wiedergabebereichs mindestens ein Schallwandler vorgesehen ist und für mindestens einen Fre­ quenzbereich ein akustischer Dipol gebildet ist.

18. Verfahren zur räumlichen, akustischen Aufnahme mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Aufnahme einer Schallwelle mittels wenigstens zweier Schallwandler;
• - Polarisieren der Schallwelle mittels mindestens eines di­ rekt an die Schallwandler gekoppelten Körpers, den die Schallwellen im Innern reflexionsarm im wesentlichen längs einer von zwei Endflächen des Körpers begrenzten Wirkungs­ linie durchlaufen,

wobei der Vektor der Endflächen zu dieser Wirkungslinie naherungsweise parallel verläuft und durch den Abstand der Endflächen des Körpers ein passiver akustischer Dipol ge­ bildet wird, der gehörrichtig, bevorzugt waagerecht gerich­ tet ist.

• - reflexionsarmes Eintreten der Schallwellen in die End­ flächen dieses Körpers.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 18 mit

• - wenigstens zwei Schallwandlern;
• - mindestens einem Körper, der die in dem Wandler erzeugte Schallwelle im wesentlichen als längs einer Wirkungslinie fortlaufende Welle zwischen zwei gegenüberliegenden, leicht beweglichen Endflächen des Körpers leitet,

wobei die den Körper begrenzenden Flächen einen akustischen Dipol bilden, der gehörrichtig, bevorzugt waagerecht ge­ richtet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen von Schallwandlern die Endflächen des Körpers sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich­ net, daß der Körper zur Vermeidung von Resonanzen im Innern Schallwellen ausreichend dämpft, wobei der Dämpfungsgradient vorzugsweise orthogonal zur Richtung der Wirkungslinie ver­ läuft.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper längsgeschichtete Faser- oder Rohrstrukturen enthält, die insbesondere längs seinen Wirkungslinien verlaufen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schallwandler eine möglichst ebene Membran aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierende, die Schallwellen leitende Körper aus mindestens einem von einer rohrförmigen Struktur umschlossenen Luftvolumen besteht, das durch minde­ stens eine Membran eines Wandlers abgeschlossen ist, die eine der Endflächen bildet.

25. Anordnung zur stereofonen Aufnahme,

• - bestehend aus mindestens zwei im wesentlichen antiparallel ausgerichteten, vorzugsweise unmittelbar benachbarten Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 19 bis 24.

26. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprü­ che 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zueinander ausgerichtet sind.

27. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprü­ che 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zu mehreren Raumachsen ausgerichtet sind, die vorzugsweise orthogonal zueinander stehen.

28. Anordnung mit mindestens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24 oder nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Aufnahmebereich in mehrere Frequenzbereiche aufgeteilt ist, wobei für jeden der Frequenzbereiche des Aufnahmebereichs mindestens ein Schallwandler vorgesehen ist und für mindestens einen Fre­ quenzbereich ein akustischer Dipol gebildet ist.

29. Vorrichtung bzw. Anordnung zur Wiedergabe nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese hin­ sichtlich ihrer Geometrie und/oder Phase der Wandlermem­ branen der korrespondierenden Vorrichtung bzw. Anordnung zur Aufnahme nach den Ansprüchen 19 bis 28 entspricht.