-
Elektroakustische Übertragungsanlage Die Erfindung betrifft eine elektroakustische
Vbertragungsanlage, die im wesentlichen ein oder mehrere N-likrofone, wenigstens
einen Verstärker und eilieii oder inelirere Lautsprecher aufweist. Die Lautsprecher
kiinn",ti dabei in demselben Ratun wie die \likrofoiie angeordnet sein, zu dein
Zweck, die Wiedergabe all durch direkten Sehall unzureichend @crsorgten 1'1ä tz-en
zu verbessern; dies ist insbesondere in großen Räumen oder in solchen sclilecliter
Iliirsainkeit voll Bedeutung. Die Lautsprecher können ferner auch in anderen, vorn
Aufnalinieort mehr oder weniger weit entfernten bäumen angeordnet sein. Zwischen
der Aufnahme-und Wiedergabeeinrichtung können weitere Einrichtungen zur Schallaufzeichnung
eingeschaltet sein, so daß die Wiedergabe zu einem wählbaren späteren Zeitpunkt
erfolgen kann, wie z. 13. beim Rundfunk.
-
Bei diesen Anlagen wurde bisher im allgemeinen ein von der Frequenz
unabhängiges Gesamtübertragungsmaß angestrebt, wobei das Übertragungsmaß sich immer
nur auf den Schalldruck in der Mittelsenkrechten vom Mikrofon bzw.Lautsprecher bezog.
Lediglich bei der Übertragung von Sprache wurden bisweilen die Tiefen unterhalb
300 Hz abgeschnitten, weil die ungeschwächte Wiedergabe
der
Tiefen oft einen halligen Charakter der wiedergegebenen Sprache hervorrief und so
die Verständlichkeit beeinträchtigte.
-
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Übertragung mit einem
von der Frequenz unabhängigen Übertragungsmaß in einem Raum mit Nachhall deshalb
lautsprecherhaft klingt, weil die tiefen Frequenzen zu stark nach allen Seiten abgestrahlt
und durch den frequenzabhängigen Nachhall noch verstärkt werden, während die hohen
Frequenzen nur direkt in geringem Maße auf die Zuhörerteile abgestrahlt werden,
die sich in der Schallrichtung befinden. Wegen der Eigenschaften des menschlichen
Ohres werden aber die tiefen Frequenzen lautstärkemäßig überbetont, und die Übertragung
klingt unnatürlich dumpf. Diese Erscheinungen zeigten sich insbesondere bei Untersuchungen,
die im Zusammenhang mit der praktischen Einführung der Schallveilentechnik gemacht
wurden, bei der eine Anzahl von Lautsprechern oder Mikrofonen, beispielsweise nach
Art einer geraden Strahlergruppe, angeordnet sind.
-
Die Erfindung beruht nun auf der neuartigen Erkenntnis, daß ein Lautsprecher
oder insbesondere eine Lautsprecherzeile die einzelnen Frequenzen entsprechend dem
Verhältnis von Zeilenlänge zur jeweiligen Wellenlänge verschieden stark gerichtet
abstrahlt und es besser ist, die tieferen Frequenzen, die in den gesamten Raum strahlen,
weniger stark zu übertragen, da der Hörer durch den Nachhall auch die seitlich abgestrahlten
Anteile indirekt noch zusätzlich zugetragen bekommt, während er die hohen Frequenzen
infolge der schärferen Richtwirkung immer nur direkt zugestrahlt erhält. Es kommt
ferner hinzu, daß ein Abschneiden aller Sprachfrequenzen unterhalb iooo Hz noch
85% Silbenverständlichkeit ergibt, während ein Abschneiden über iooo Hz nur .4o%
Verständlichkeit ergibt, d. h daß die Prägnanz der Sprache und damit die Verständlichkeitserhöhung
vor allem durch die hohen Frequenzanteile gegeben ist und es somit offenbar für
das Gehör genügt, die tieferen Formantgebiete zum Teil auch aus dein Nachhall zu
entnehmen.
-
Entsprechend diesen Erkenntnissen werden daher gemäß der Erfindung
die den Frequenzgang der Anlage bestimmenden Teile so bemessen und ausgebildet,
daß das Übertragungsmaß der Anlage von der tiefsten Frequenz des gesamten zu übertragenden
Frequenzbandes vorzugsweise proportional mit der Frequenz ansteigt bis zu einer
Grenzfrequenz, die zwischen etwa iooo Hz und der höchsten zu übertragenden Frequenz
des gesamten Frequenzbandes liegt.
-
Iii demselben Maße, in dem die Bündelung steigt, nämlich linear mit
der Frequenz bei konstanter Zeilenlänge, ist es besonders zweckmäßig, eine lineare
Frequenzbandbeschneidung vorzunehmen. Mit anderen Worten, es wird ein solcher Frequenzgang
vorgesehen, daß bei konstantem Schalldruck auf der Aufnahmeseite die von einem Lautsprecher
oder einer Lautsprecherzeile abgestrahlte Schallleistung, integriert über jede durch
die frequenzabhängige Richtcharakteristik des Lautsprechers bzw. der Zeile gegebene,
für die jeweilige Frequenz maßgebliche Hüllfläche, d. h. über den gesamten Übertragungsbereich,
im wesentlichen konstant ist. Man kann auch sagen, daß die Frequenzkurven von Mikrofon-
und Lautsprecherzeilen im diffusen Schallfeld annähernd horizontal verlaufen sollen.
-
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen wirken sich naturgemäß besonders günstig
bei Lautsprechern mit stärkerer Richtwirkung aus, d. h. insbesondere bei Lautsprecherzeilen
z. B. nach Art der geraden Strahlergruppe, vorzugsweise mit einseitiger Richtwirkung.
Man erzielt dabei nicht nur den Vorteil einer größeren Verständlichkeit, insbesondere
in halligen Räumen, sondern es wird auch die Gefahr einer akustischen Rückkopplung
zwischen Mikrofon und Lautsprecher wesentlich herabgesetzt.
-
Ein Frequenzgang bei einer Anlage gemäß der Erfindung läßt sich auf
verschiedene' Weise erreichen. So ist es z. B. möglich, einen oder mehrere Lautsprecher
so zu dimensionieren, daß ihr Übertragungsmaß von der tiefsten Frequenz des gesamten
zu übertragenden Frequenzbandes bis zu der gewünschten Grenzfrequenz ansteigt. Wird
z. B. die Membraneigenresonanz eines Lautsprechers so gelegt, daß sie etwa mit der
Grenzfrequenz zusammenfällt, so ergibt sich für den Bereich unterhalb der Membraneigenresonanz
der gewünschte Frequenzgang. Die Lautsprechermembran kann so ausgebildet sein, daß
das erste Maximum des Strahlungswiderstandes etwa mit der Grenzfrequenz zusammenfällt;
diese Maßnahme kann auch in Verbindung mit einer entsprechend gelegten Membraneigenresonanz
angewendet werden, so daß sich verschiedene Möglichkeiten für den Verlauf des mit
der Frequenz ansteigenden Teiles der Frequenzkurve ergeben.
-
Eine weitere Möglichkeit, um den gewünschten Frequenzgang zu erhalten,
besteht darin, für den Lautsprecher eine verhältnismäßig kleine Schallwand vorzusehen,
so daß im Bereich unterhalb der Grenzfrequenz akustischer Kurzschluß eintritt. Auch
diese Maßnahme kann in Verbindung mit einer entsprechend gewählten Membraneigenresönanz
und/oder einer Membran kleinen Strahlungswiderstandes angewendet werden. Die Anwendung
dieser Maßnahmen ist nicht nur auf Einzellautsprecher beschränkt, sondern es ist
auch durchaus möglich, sie bei den obenerwähnten Lautsprecherzeilen anzuwenden.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt der Verstärker
der Anlage eine Verstärkung, die von der tiefsten Frequenz des gesamten zu übertragenden
Frequenzbandes vorzugsweise proportional mit der Frequenz bis zur Grenzfrequenz
ansteigt. Dies läßt sich z. B. in an sich bekannter Weise durch entsprechend bemessene
RC-Glieder oder durch frequenzabhängige Gegenkopplung erreichen. Gegebenenfalls
wird ein solcher Verstärker in Verbindung mit Lautsprechern betrieben, die ebenfalls
gemäß den durch die Erfindung gegebenen technischen Regeln dimensioniert sind.
l')ei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere Mikrofone derart
an den Verstärker angepaßt, daß das Übertragungsmaß von der tiefsten Frequenz bis
zur Grenzfrequenz ansteigt. Bei einem Kondensatormikrofon wird z. B. der Eingangswiderstand
der Schaltung so gewählt, (laß er gleich dem Scheinwiderstand des -Mikrofons bei
der gewünschten Grenzfrequenz ist. Das Übertragungsmaß der Anlage fällt dann unterhalb
der Grenzfrequenz proportional mit der Frequenz als. Schließlich ist es auch möglich,
ein oder mehrere Mikrofone zu verwenden, dessen bzw. deren Übertragungsmaß entsprechend
dem vorher geschilderten Frequenzgang verläuft.
-
Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten werden an Hand der Fig.
i bis 5 beispielsweise erläutert.
-
Die Fig. i und 2 zeigen im Längsschnitt einen Raum R, in dessen linker
oberer Ecke eine Lautsprecherzeile angeordnet ist. Die Lautsprecherzeile besteht
beispielsweise aus einer schmalen langgestreckten Schallwand S, an der übereinander
eine Anzahl Lautsprecher I_ befestigt sind. In den Figuren sind jeweils drei Lautsprecher
eingezeichnet; es können jedoch selbstverständlich auch eine größere Anzahl von
Lautsprechern in dieser Weise angeordnet sein. Die Lautsprecherzeile ist schräg
nach unten geneigt, so daß das Maximum der Richtwirkung auf die schematisch angedeuteten
Zuhörerplätze Z gerichtet ist. Die Anordnung in Fig. i besitzt in der Hauptstrahlrichtung
ein von der Frequenz unabhängiges Übertragungsmaß, so daß die Richtcharakteristiken
für die Tiefen T1 und für die Höhen H sich in dieser Richtung überdecken. Der durch
direkten Schall hervorgerufene Schalldruck an den Zuhörerplätzen Z ist also für
alle Frequenzen gleich groß.
-
Bei der 2lnordnung nach Fig. 2 sind dagegen die Tiefen geschwächt,
so daß bei unveränderter Richtcharakteristik H für die Höhen die Richtcharakteristik
T2 für die Tiefen in der Hauptstrahlrichtung ein wesentlich kleineres Übertragungsmaß
aufweist als bei der Anordnung nach Fig. i. Der den Zuhörern direkt zugetragene
Schall ist also für die Tiefen bedeutend schwächer als für die Höhen; durch Reflexionen
an der Decke und an den Wänden des Raumes wird den Zuhörern jedoch ein weiterer
Anteil an den Tiefen zugestrahlt, der den durch entsprechende Reflexionen von Höhen
zugetragenen Anteil beträchtlich überwiegt, da die Bündelung für die Tiefen nicht
so scharf ist. Es ist somit durch entsprechende Schwächung der Tiefen gemäß der
Erfindung möglich, die Summe des direkten und indirekten Schalls an den Plätzen
für alle Frequenzen etwa gleich zu machen und so einen natürlichen Klangeindruck
hervorzurufen.
-
In Fig. 3 istein rechtwinkliges Koordinatensystem im doppeltlogarithmischen
Maßstab dargestellt; auf der Abszissenachse ist die Frequenz f in Hertz, auf der
Ordinatenachse das Übertragungsmaß ü --- p1 fi m der Gesamtanlage in I)ezihel
aufgetragen, wobei pl. clen Schalldruck auf der Mittelachse des bzw. der Lautsprecher
und pm den Schalldruck auf der Mittelachse des Mikrofons bezeichnet. Die Kurve i
gibt den Frequenzgang einer Anlage wieder, deren Grenzfrequenz an der höchsten zu
übertragenden Frequenz des gesamten Frequenzbandes, beispielsweise io ooo Hz, liegt,
der Anstieg des übertragungsmaßes ü erfolgt dabei proportional mit der Frequenz
f. Bei der Kurvet liegt die Grenzfrequenz bei iooo Hz, unterhalb dieser Grenzfrequenz
erfolgt ebenfalls ein frequenzproportionaler Abfall des Übertragungsmaßes ü, während
im Bereich von i ooo bis i o ooo Hz das Übertragungsmaß ü von der Frequenz unabhängig
ist. Die strichpunktierte Kurve 3 gibt einen Frequenzgang wieder, bei dem das Übertragungsmaß
zunächst stärker, dann schwächer mit der Frequenz bis zur Grenzfrequenz bei io ooo
Hz ansteigt. Außer den dargestellten Frequenzgängen sind natürlich noch weitere
möglich, so kann z. B. das Übertragungsmaß ü quadratisch mit der Frequenz ansteigen.
Es ist ferner zweckmäßig, regelbare Mittel vorzusehen, z. B. im Verstärker, um bei
fertig installierter Anlage den günstigsten Frequenzgang einstellen zu können.
-
Will man den gewünschten Frequenzgang mittels eines besonderen Mikrofons
erreichen, so kann beispielsweise ein auf den Druckgradienten ansprechender Elongationsempfänger,
z. B. ein Kondensator- oder Kristallmikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik,
verwendet werden, der unterhalb der Grenzfrequenz steifegehemmt ist.
-
In Fig. 4 bezeichnet die über der Frequenz f aufgetragene Kurve 4
die Auslenkung einer Membran, die über den gesamten Frequenzbereich mit konstanter
Kraft angetrieben wird und deren stark gedämpfte Eigenresonanz bei der Frequenz
fg, liegt. Die Resonanzfrequenz fällt etwa mit der Grenzfrequenz zusammen. Unterhalb
der Resonanzfrequenz ist die Membran ste-ifegehemmt. Wird diese Membran von beiden
Seiten mit Schall beaufschlagt, so daß sie auf den Druckgradienten anspricht, so
steigt die auf sie einwirkende resultierende Kraft gemäß Kurve 5 proportional mit
der Frequenz an. Für einen gemäß Kurve 4 steifegehemmten Empfänger ergibt sich dann
eine Membranauslenkung und damit eine Mikrofonspannung, die etwa bis zur Grenzfrequenz
proportional mit der Frequenz f ansteigt und dann horizontal weiterverläuft, wie
Kurve 6 zeigt.
-
Ein ähnlicher Frequenzvorgang läßt sich auch mit einem auf den Druckgradienten
ansprechenden Geschwindigkeitsempfänger, z. B. einem Bändchenmikrofon, mit achtförmiger
Richtcharakteristik erzielen, der unterhalb der Grenzfrequenz reibungsgehemmt ist.
Derartige Mikrofone geben eine Spannung ab, die proportional der Geschwindigkeit
der Membran ist. Bei Reibungshemmung ergibt sich unter dem Einfluß ' des mit der
Frequenz ansteigenden Druckgradienten eine Membranauslenkung, die der Kurve 4 in
Fig. q. entspricht. Infolge der bei konstanter Auslenkung mit der Frequenz ansteigenden
Membrangeschwindigkeit ergibt sich für den horizontalen Teil der Kurve 4 eine mit
der Frequenz ansteigende Mikrofonspannung,
für den abfallenden Teil
oberhalb der Grenzfrequenz eine von der Frequenz unabhängige Spannung. Das Übertragungsmaß
eines solchen Geschwindigkeitsempfängers entspricht somit der Kurve 6 in Fig. 4.
-
Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine solche Zusammenschaltung
von eine von der Frequenz unabhängige Empfindlichkeit aufweisenden Druckgradientenempfängern
verwendet, daß ihre resultierende Mikrofonspannung der Differenz der Druckgradienten
an beiden Mikrofonorten entspricht. Eine derartige Anordnung mit zwei Kondensatormikrofonen,
die eine achtförmige Richtcharakteristik besitzen, ist in Fig. 5 dargestellt. Mit
7 und 8 sind die Membranen, mit 9 und io die Gegenelektroden von zwei 1@-likrofonen
schematisch angedeutet; die Gegenelektroden 9 und io sind perforiert, so daß der
Schall von beiden Seiten auf die Membran 7 bzw. 8 auftreffen kann. Die beiden Membranen
liegen an Masse, während die Gegenelektroden 9 und io über einen Koppelkondensator
i i am Gitter einer Verstärkerröhre 12 liegen. Zwischen Gitter und Masse liegt ein
Gitterableitwiderstand 13; die Gittervorspannung wird an dem durch einen Kondensator
14 überbrückten Kathodenwiderstand 15 erzeugt. Das aus Membran 7 und Gegenelektrode
9 bestehende Mikrofon erhält über einen Hochohmwiderstand 16 eine positive Vorspannung
+ U,,; das durch Membran 8 und Gegenelektrode io angedeutete Mikrofon über den Hochohmwiderstand
17 eine negative Vorspannung- U, Die beiden auf verschiedenem Gleichspannungspotential
befindlichen Gegenelektroden 9 und io sind gleichstrommäßig durch den Kondensator
18 voneinander getrennt. Beide Mikrofone liegen wechselstrommäßig parallel am Gitter
des Rohres 12, besitzen jedoch im Luftspalt entgegengesetzt gerichtete elektrische
Felder. Sie weisen jedes für sich eine achtförmige Richtcharakteristik auf, deren
Minima in Richtung des Pfeiles i9 bzw. entgegengesetzt liegen; bei Schalleinfall
in Richtung des Pfeiles i9 oder entgegengesetzt ist die Mikrofonspannung also Null.
Trifft dagegen Schall in Richtung des Pfeiles 2o oder entgegengesetzt auf die beiden
Mikrofone, so erzeugen sie ihre maximale Spannung; an beiden Mikrofonorten herrschen
dahei verschiedene Phasenzustände des Schalldruckes, und wegen der Gegeneinanderschaltung
beider Mikrofone wird am Gitter des Rohres 12 die Differenz der Mikrofonspannungen,
die dem Druckgradienten zwischen den beiden Mikrofonorten entspricht, wirksam. Der
Druckgradient weist einen finit der Frequenz ansteigenden Verlauf auf und somit
auch die Empfindlichkeit der Mikrofonanordnung.
-
Entsprechende Anordnungen von Empfängern 1:<>herer Ordnung lassen
sich auch mit Kristalltnikrofonen sowie dynamischen Mikrofonen aufbauen. Ferner
eignen sich an Stelle von Mikrofonen finit achtförmiger auch solche mit nierenförmiger
Richtcharakteristik. Schließlich ist es auch möglich, =11 ikrofonanordntingen in
Form der geraden Strahlergruppe so zu bemessen und aufzubauen, daß unterhalb einer
gewünschten Grenzfrequenz eine mit der Frequenz ansteigende Empfindlichkeit erhalten
wird.