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Anordnung zum Betrieb mehrerer Lautsprecher, die getrennte Frequenzbereiche
unter überIappung wiedergeben Es ist bekannt, zur Übertragung des Tonfrequenzbereiches
mehrere Lautsprecher zu verwenden; es ist auch bekannt, den zu Übertragenden Frequenzbereich
aufzuteilen und den Teilfrequenzbereichen besondere Lautsprecher zuzuordnen, beispielsweise
einen Hochton- und einen-Tieftonlautsprecher, wobei sich diese beiden Lautsprecher
in einem bestimmten Frequenzbereich, z. B. zwischen Zoo und 500 Hz, überlappen.
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Beim Betrieb- derartiger Lautsprecher können auf elektrischem oder
elektromechanischem Wege Phasenverschiebungen gegenüber der angelegten Spannung
auftreten; so kann z. B. die für die Aufteilung der Frequenzen verwendete elektrische
Weiche eine elektrische Phasenverschiebung bewirken, dasselbe kann auch durch einen
komplexen Scheinwiderstand hervorgerufen `!erden. Elektromechanische - Phasenverschiebungen
können z. B. durch Verschiebung der Phase der resultierenden Bewegung,der Membran
gegenüber der Phase -des Schwingspulenstromes entstehen. Ferner kann auch noch eine
akustische Phasenverschiebung eintreten, wenn die Lautsprechertnembranen in Strahlrichtung
zueinander versetzt sind. Derartige Vorgänge haben nun zur Folge, daß die von den
Membranen ausgehenden Schallwellen in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlrichtung
der Lautsprecheranordnung phasenverschoben oder unter Umständen auch gegenphasig
aufeinend@ertrefen; in diesem Gebiet entstehen des-,wegen schalltote Stellen; diese
treten besonders unangenehm in Erscheinung, weil dieses Gebiet gerade das Haupthörgebiet
ist.
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Um diesen Mangel zu vermeiden, wird beim Betrieb mehrerer in einem
Abstand
nebeneinander angeordneter Lautsprecher, die getrennte Frequenzbereiche
unter Überlappung wiedergeben und zur F requenztrennung über elektrische Weichen
angetrieben werden, gemäß der Erfindung vorgeschlagen, finit Hilfe von Phasenreglungsmitteln
zu bewirken, daß die von den Lautsprechern ausgehenden Schallwellen firn Überlappungsbereich
eine zur Iauptstrahlrichtung der Lautsprecheranordnung senkrechte Ebene in gleicher
Phase durchlaufen. Dadurch wird erreicht, daß die Schallwellen konphas oder wenigstens
angenähert konphas aufeinandertreffen. 13s ist bereits bekannt, bei einem oder mehreren
Lautsprechern, die den ganzen Frequenzbereich wiedergeben, die von beiden Seiten
der Membran ausgehenden Schallwellen auszunutzen und dabei für die nach der einen
Seite abgestrahlten Schallwellen eine besondere Schallführung vorzusehen, welche
Interferenzerscheinungen mit den Schallwellen der anderen Seite verringern soll.
Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Lautsprecheranordnung,
bei der die Lautsprecher getrennte Frequenzbereiche unter Überlappung wiedergeben
und zur Frequenztrennung über elektrische Weichen angetrieben wer den. Hierbei können
für die Phasenreglung an sich bekannte Kettenleiter oder die Verschiebung der Lautsprecher
in Strahlrichtung oder auch eine Gegenpolurig in dem elektrischen Svstein oder auch
eine Kombination zwischen diesen Maßnahmen verwendet werden, durch eine solche Gegenpolung
kann beispielsweise erreicht werden, dafl die -Membranen konphas schwingen.
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Es hat sich nun ferner gezeigt, daß nicht nur im Bereich einer Ebene
senkrecht zur Hauptstrahlrichtung der Lautsprecheranordnung schalltote Stellen entstehen
können, sondern auch an Stellen, die davon entfernt liegen, und daß diese Erscheinung
von <lein Abstand der Lautsprecher voneinander abliiingig ist. Wenn die Lautsprecher
z. P. getrennt in einem bestimmten Abstand, der beispielsweise das -Mehrfache der
Wellenlänge der höchsten von beiden Lautsprechern geineinsani abgestrahlten Frequenz
beträgt, angeordnet sind, so treten außerhalb des vorhergenanuten Bereiches Interferenzerscheinungen
auf, welche schalltote Stellen hervorrufen. Gemäß einem weiteren Ausfiihrungsbeispiel
der Erfindung können derartige Erscheinungen in einem großen Rauni-,vinkel dadurch
erfolgreich bekämpft werden, daß der abstand der Lautsprecher möglichst -.lein im
Vergleich zu der Wellenlänge der höchsten ;eineinsam abgestrahlten Frequenz gewählt
wird. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß hierdurch der Konstruktion der Lautsprecher
Schranken gesetzt sind. Es hat sieh jedoch " f
e.eigt, daß zufriedenstellende
Resultate bei z21 einem Abstand erzielt «-erden, der kleiner ist als eine Wellenlänge
der höchsten gemeinsam abgestrahlten Frequenz. Wenn gemäß dieser, Maßnahme die Lautsprecher
nahe ziicinandergeriickt «-erden, so ist die vorher .,'fi1@gegebene Arbeitsregel,
nach der die von ,-dop beiden Lautsprechern abgestrahlten SchallweTlen eine Ebene
senkrecht zur Hauptstrahlrichtung konphas durchlaufen, noch aus einem weiteren Grund
von besonderer Bedeutung: wenn nämlich diese Bedingung nicht erfüllt ist, so tritt
bei dem gegenphasigen Aufeinandertreffen der Schallwellen eine starke Verininderung
der Abstrahlung beider Lautsprecher ein, indem sich die Lautsprecher wechselseitig
die Abstrahlungabsaugen. Wenn auch das konphase Arbeiten in diesem Falle von gröfaerer
Bedeutung ist, so muß doch festgehalten werden, daß auch beim nichtkonphasen Arbeiten
mit der gegebenen Abstandsregel eine Verbesserung in bezug auf die Interferenzerscheinungen
erzielt werden kann.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden an Hand der Abb. i und
2 beispielsweise erläutert: In Abb. i wird eine Lautsprecheranordnung dargestellt,
die zur Übertragung des Tonfrequenzbereiches gemäß den Frequenzkurven in Abb.
:2 dient. Der Lautsprecher i überträgt den höheren Frequenzbereich zwischen
25o und io ooo Hz und der Lautsprecher 2 den tieferen Frequenzbereich von 3o bis
25o Hz. In dein Bereich der Überlappungsfreduenz von 25o Hz überschneiden sich die
beiden Kurven.
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Der Hochtonlautsprecher wird in an sich bekannter Weise als Trichterlautsprecher
ausgebildet, während der Tieftonlautsprecher ein gewöhnlicher Konuslautsprecher
mit einer Schallwand 3 ist. Es kann natürlich auch für den Tieftonlautsprecher ein
Trichterlautsprecher verwendet werden. Die beiden Laut-Sprecher werden in bekannter
Weise aus einem Verstärker t' gespeist, der an ein '1Iikrophon oder auch an eine
Tonal tastvorriditung angeschlossen sein kann. Die Ströme «-erden den beiden Lautsprechern
über eine elektrische Weiche, bestehend aus den Kondensatoren d. und den Drosseln
5, zugeführt, so daß die beschriebene Frequenzaufteilunr erreicht wird. Bei dieser
Stromzuführung sind die an den beiden Lautsprechern liegenden Phasen um i8o° gegeneinander
verschoben: das bedeutet, daß bei reinohinischeni Widerstand der Lautsprecher die
Ströme in den Schwingspulen ebenfalls um iho° phasenverschoben sind, so daß die
beiden ll@inbranen 6 und ; gegenphasig schwingen, falls die elektroakustische Pliasenv
erschiebung
eines jeden Lautsprechers gleich groß, vorzugsweise
gleich Null ist und sich die Membranen auf gleicher Höhe befinden. Unter elektroakustischer
Phasenverschiebung wird dabei die Verschiebung der -Phase des abgestrahlten Schalles
gegenüber der Phase des Schwingspulenstroms verstanden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stromleitung
des einen Lautsprechers 2 mit Hilfe der Klemmen 8 und g gegenüber dem anderen Lautsprecher
i umpolbar, sä daß bei gleicher Magnetfeldrichtung und bei gleichem Wickelsinn der
Schwingspule der Strom in dem - Lautsprecher 2 nunmehr bleichphasig mit dem Strom
des Lautsprechers i ist. Die Phasenreglung nach dem Prinzip der -.Gegenpolung kann
auch dadurch bewirkt werden, daß der Wickelsinn der Schwingspule oder die Kraftlinienrichtung
des Magnetfeldes umgekehrt wird. Bei Verwendung von permanenten Magneten können
die beiden Pole umgekehrt werden. Diese Gegenpolung ist naturgemäß nur zu empfehlen
bei Phasenverschiebungen, die um z8o° liegen. Eine andere Möglichkeit, die Phasenverschiebung
zu korrigieren, besteht darin, an sich bekannte -Kettenleiter in die Stromzuführung
des einen Lautsprechers einzubauen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die
Membranen der Lautsprecher in Strahlrichtung gegeneinander zu versetzen. Die Anwendung
von Kettenleitern hat gewisse Nachteile, da mit ihnen elektrische Resonanzkreise
eingeführt werden. Zweckmäßig wird man daher diese Maßnahmen nur für Teilkorrekturen
anwenden.
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Das gleiche gilt auch für die Verschiebung der Lautsprecher, da hierbei
sehr leicht unerwünschte Laufzeitunterschiede auftreten können Lund dabei .auch
unter Umständen größere zeitliche Unterschiede. Außerdem ist -die Wirkung der Abstandsreglung
verhältnismäßig unsicher, da sie von der Wellenlänge der gemeinsam abgestrahlten
Frequenz. und damit von der Größe des gemeinsamen Frequenzbereiches abhängt. Wenn
jedoch nur Phasenverschiebungen unterhalb von go° aus-;vugleichen sind, so kann
-dieses Mittel wirksam angewendet werden. Mit den Kettenleitern und der Abstandsreglung
können daher ohne weiteres jene zusätzlichen Phasenverschiebungenausgeglichen werden,
die trotz einer Gegenpolung noch vorhanden sind und die z. B. auf den komplexen
Scheinwiderstand des Lautsprechers oder auf die elektroäkustisch-e Phasenverschiebung
zurückzuführen sind. Diese Phasenverschiebungen liegen etwa in der Größenordnung
von 6o°. Wenn man hier die Korrektur durch Abstandsregelung vornehmen wollte, so
wäre demnach der eine Lautsprecher um 1/4 der. Wellenlänge der gemeinsamen Frequenz
zu verschieben. Hierbei ist unter gemeinsamer Frequenz die LTberlappungsfrequenz
zu verstehen, bei der beide Lautsprecher die gleiche Schalleistung abgeben. Bei
dieser Frequenz ist sonst die Gefahr der Auslöschung am größten, während bei anderen
Frequenzen wenigstens noch von der Schalleistung des einen oder anderen Lautsprechers
etwas übrigblei;bt, so: daß eine totale Auslöschung vermieden ist, -d. h. daß an
den beiden Seiten der Überlappungsfreduenz auch bei plrasenglcichern Arbeiten in
der Überlappungsfrequenz in einem gewissen Umfange Phasenverschiebungen und als
Folge davon Dämpfungen auftreten. Diese Dämpfungen kann man jedoch auf ein erträgliches
Maß bringen, wenn dafür gesorgt wird, daß der Überlappungsbereich möglichst schmal
ist, oder mit anderen Worten, daß der Abfall und y-'#,nstieg an der Trennstelle
möglichst steil ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß einreal beachtenswerte Schwunderscheinungen,
wenn überhaupt, so nur in einem verhältnismäßig kleinen Frequenzbereich auftreten
können und daß zum anderen die Phasenverschiebungen, die sich im allgemeinen mit
zunehmender Entfernung von. der.Überiappungsfrequenz vergrößern, in dem verkleinerten
Überlappungsgebiet keine so großen. Beträge annehmen können, daß sie eine nennenswerte
Dämpfung hervorrufen. Es ist leicht einzusehen, daß auf diese Verhältnisse bei Kombinationslautsprecheranordnungen
besonderer Wert zu legen ist. In der Praxis wird man mit einer Abstandsreglung bis
zu 1/4 der Wellenlänge der gemeinsamen Frequenz, gegebenenfalls in Verbindung mit
der Gegenpolung, alle vorkommenden Phasenverschiebungen beherrschen können; gegebenenfalls
kann hierbei-auch noch die Kettenleiteranordnung hinzugenommen werden.
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Um diejenigen schalltoten Stellen auszuschalten, die auch bei konphasem
Arbeiten der beiden Lautsprecher in einem gewissen Abstand von der Hauptstrahlrichtung
noch auftreten können, sind die beiden Lautsprecher i und a gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einem Abstand a voneinander angeordnet, der gleich :der Hälfte
der Wellenlänge der Überlappungsfrequenz ist. Bei der Überlappungsfrequenz von :25o
Hz :ist also a. = 69 crn. Bei diesem Abstand werden die optimalen Verhältnisse
unter Berücksichtigung des konstruktiven Aufbaues der Lautsprecher erreicht. Wenn
jedoch der konstruktive Aufbau einen größeren Abstand erfordert, so kann dieser
Abstand mit Rücksicht hierauf bis zu einer Größe von zwei Wellenlängen der Überlappungsfrequenz
gewählt werden. In der Praxis wird man reit einem Abstand in der Größenordnung
einer
Wellenlänge der 1Tberlappungsfrequen7 arbeiten, da dann noch brauchbare akustische
Resultate erzielbar sind, ohne daß der Konstrukteur in der Rauanfrage allzusehr
beengt ist.
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Die Erfindung ist unabhängig von der Lautsprecherform. So läßt sie
sich beispielsweise sowohl bei Trichterlautsprechern wie auch bei Konuslautsprechern
oder auch bei Kontislautsprechern mit Trichter anwenden. Die Erfindung ist auch
unabhängig von der Antriebsart sowie der Meinbranform; sie läßt sich nicht nur bei
Anwendung zweier Lautsprecher, sondern auch ebensogut bei mehreren Lautsprechersystemen
anwenden sowie bei mehrfacher Aufteilung des Frequenzbandes.