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Aus mehreren in einer Reihe in eine gemeinsame lattenartige Schallwand
eingebauten Lautsprechern bestehende Lautsprecher-Gruppenanordnung Es sind bereits
Lautsprechergruppenanordnungen vorgeschlagen und bekannt, bei denen in eine gemeinsame
Schallwand mehrere Lautsprecher in einer Zeile eingebaut sind. Bei senkrechter Aufstellung
einer solchen Gruppe erzielt man in der Horizontalebene achtförmige Richtcharakteristiken
und in der Vertikalebene Richtcharakteristiken in Form einer Doppelkeule. Bei der
Schallversorgung eines Luftraumes mit Sprache und Musik sind diese Richtcharakteristiken
häufig nicht besonders günstig, und die Erfindung strebt daher eine Verbesserung
der Richtwirkung dieser Lautsprechergruppenanordnungen an. Es wurde zwecks Erzielung
einer kardioidenförmigen Strahlungscharakteristik zwar bereits vorgeschlagen, einzelne,
innerhalb der Gruppe zweckmäßig verteilte Systeme durch Gehäuse nach rückwärts abzuschließen.
Hierdurch sollen sich achtförmige Richtcharakteristiken und kreisförmige Charakteristiken
überlagern, was aber nur unter bestimmten Voraussetzungen der Fall ist und in der
Praxis nur sehr schwierig verwirklicht werden kann. Die Erfindung nutzt demgegenüber
zur Erzielung bestimmter Richtwirkungen das Prinzip der Laufzeitverzögerung durch
Laufzeitglieder aus, welches bei elektroakustischen Wandlern, nämlich Mikrophonen
und Lautsprechern, an sich bereits bekanntgeworden ist. Erfindungsgemäß wird dieses
Prinzip in der Weise auf Lautsprechergruppenanordnungen der eingangs erwähnten Art
angewendet, daß bei den Lautsprechern in an sich bekannter Weise gegenüber der Rückseite
der beiderseits abstrahlenden Membran ein akustisches Laufzeitglied angeordnet ist,
durch welches der von dieser Membranseite ausgehende
Schall nach
Betrag und Phase derart beeinflußt wird, daß er hinter den Lautsprechern den von
der Membranvorderseite ausgehenden Schall durch Interferenz auslöscht, um in einer
Ebene ein einseitiges, z. B. nierenförmiges Richtdiagramm und in der dazu senkrechten
Ebene durch das Zusammenwirken der Lautsprecher als Strahlergruppe ein einseitiges
keulenförmiges Richtdiagramm zu erzielen. Auf diese Weise gelingt die Erzeugung
der angestrebten Richtcharakteristiken in einwandfreier Weise, da in der erfindungsgemäßen
Lautsprechergruppenanordnung zwei Maßnahmen sinnvoll zusammenwirken, nämlich die
Bündelung durch Gruppenwirkung und die Auslöschung der Abstrahlung durch Laufzeitverzögerung.
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Es ist auch bereits bekannt, Lautsprecher mit Phasendrehgliedern in
solcher Dimensionierung zu versehen, daß unter Ausschaltung des sogenannten akustischen
Kurzschlusses eine Verstärkung der abgestrahlten Energie bei tiefen Frequenzen durch
entsprechende Phasenzusammensetzung erzielt wird. Eine Richtwirkung wurde damit
weder angestrebt noch kann sie erreicht werden, wenn auch bei diesen bekannten Phasendrehgliedern
Laufzeitunterschiede auftreten.
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Die angestrebte Richtwirkung wird demgegenüber bei der erfindungsgemäßen
Lautsprechergruppenanordnung wie bei den eingangs erwähnten bekannten Wandlern dadurch
erzielt, daß die Laufzeitglieder über den zu übertragenden Frequenzbereich oder
einen Teil davon eine konstante Laufzeitverzögerung bewirken. Dieser Frequenzbereich,
in dem die Laufzeitverzögerung wirksam ist, erstreckt sich zweckmäßig von der tiefsten
zu übertragenden Frequenz nach oben mindestens bis zu einer Frequenz, bei der die
halbe Wellenlänge etwa die Membranabmessungen erreicht. Von dieser Frequenz ab tritt
im allgemeinen die natürliche Richtwirkung des Gebildes auf Grund seiner eigenen
Dimensionen ein. Die Laufzeitglieder sind also bei tiefen und mittleren Frequenzen
von größerer Bedeutung als im oberen Frequenzbereich. Besonders vorteilhaft ist
es, die Laufzeitglieder so einzurichten, daß sie eine Laufzeitverzögerung entsprechend
dem Schallumweg zwischen Vorder- und Rückseite des Lautsprechers bewirken. Dabei
wird der von der Membran nach vorn und hinten abgestrahlte Schall gerade so weit
in der Phase,gegeneinander verschoben, daß in der einen Richtung völlige Auslöschung
und in der anderen Richtung eine gegenseitige Unterstützung erfolgt. Die Richtcharakteristik
besitzt in diesem Falle die Form einer Niere. Bei kleineren oder größerenLaufzeiten
als derjenigen des Schallumweges nähert man sich einerseits in Zwischenformen der
achtförmigen Charakteristik und andererseits der kreisförmigen Charakteristik. Durch
die Laufzeitglieder wird eine konstante Laufzeit z erzielt, welche gleich dem Quotient
aus Phasenwinkel 9p und Kreisfrequenz co ist. Bei größer werdender Kreisfrequenz
co nimmt dabei für konstante Laufzeit z der Phasenwinkel 9p zu. Als Laufzeitglieder,
die diese Bedingung erfüllen, .eignen sich im einfachsten Falle solche akustische
Elemente" die in Analogie zu elektrischen RC-Gliedern aufgebaut sind, d. h. aus
einem akustischen Ohmschen Widerstand und einer akustischen Kapazität bestehen.
Man kann auch eine aus mehreren solchen Gliedern gebildete Kette verwenden. Es kommen
ferner in Analogie zur Elektrotechnik auch akustische LC-Glieder in Betracht, also
Glieder, die aus einer akustischen Induktivität und einer akustischen Kapazität
bestehen. Eine aus mehreren solchen Gliedern gebildete Kette wirkt nach Art eines
Tiefpasses, der bis zur Grenzfrequenz eine annähernd konstante Laufzeit besitzt.
Die LC-Glieder -können dabei außerdem auch R-Glieder enthalten. Als akustischer
Ohmscher Widerstand dient zweckmäßig ein reibungsgedämpftes Element, als akustische
Kapazität ein definierter Luftraum mit einer bestimmten Steifigkeit und als akustische
Induktivität eine schwingende Masse, z. B. die Luftmasse von Öffnungen und Löchern
oder die Masse von mitschwingenden Begrenzungs- oder Trennwänden bzw. Membranen.
Für die Reibungsdämpfung wird vorteilhaft Dämpfungsmateral aus Filz, Watte od. dgl,
benutzt. Die akustischen RC-Glieder bewirken außer der Phasendrehung auch eine Amplitudenverkleinerung.
Die akustischen LC-Glieder beeinflussen die Amplitude nicht oder nur sehr wenig.
Der über den Schallumweg um den Lautsprecher herumgeleitete Schall erleidet aber
durch die Schattenwirkung des Gebildes auch gewisse Amplitudenverluste. Nach der
Erfindung wird deshalb die Amplitudendämpfung im Laufzeitglied gleich der Amplitudendämpfung
im Schallumweg, d. h. gleich der durch Schattenwirkung erzeugten Amplitudendämpfung
gemacht. In Minimumrichtung, d. h. auf der Rückseite, ist dann der von der Membranvorderscite
kommende Schall amplitudengleich mit dem von der Membranrückseite kommenden, in
der Phase jedoch entgegengesetzt. Bei den akusfischen LC-Gliedern wird deshalb zweckmäßig
auch eine Dämpfung vorgesehen. Die erforderliche Dimensionierung der Laufzeitglieder
kann nach den angegebenen Grundlagen rechnerisch oder empirisch gefunden werden.
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Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten sind an Hand von Fig.
r bis 8 näher erläutert.
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In Fig. T ist eine Lautsprechergruppenanordnung nach der Erfindung
in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Sie besteht aus der lattenartigen Schallwand
16, in der sich, in einer Reihe angeordnet, sechs Einzellautsprecher 17 befinden.
Eine solche Latte ist, vorzugsweise in vertikaler Lage, besonders vorteilhaft in
großen Räumen mit Nachhall, da sie eine weitgehend reflexionsfreie Beschallung zuläßt.
Gemäß der Erfindung sind an den Lautsprechern 16 Laufzeitglieder vorgesehen, die
eine einseitige, vorzugsweise nierenförmige Richtcharakteristik hervorrufen. Dadurch
wird der nach rückwärts gerichtete Schall, der zu störenden Reflexionen an rückwärtigen
Flächen führt, unterdrückt. Die Gruppenanordnung wird besonders einfach, wenn man
für alle Einzellautsprecher 17
gemeinsame Laufzeitglieder vorsieht, vorzugsweise
einen
gemeinsamen Luftraum i8 und eine gemeinsame Packung ig aus Dämpfungsmaterial. Zwischen
dem Luftraum 18 und der Packung ig ist gegebenenfalls eine mit Löchern versehene
Begrenzung, z. B. Platte, angeordnet. Man kann auch das Luftpolster zwischen der
Membran und dem durchbrochenen Membrankorb ausnutzen. In diesem Falle wird zweckmäßig
der Raum zwischen den Lautsprechern 17 bis an die Membrankörbe heranreichend mit
Dämpfungsmaterial gefüllt. Die Dämpfungsschicht i9 kann gegebenenfalls hinten noch
mit einer Abdeckplatte versehen sein. Diese kann mit mehr oder weniger Druck aufgeschraubt
werden und gestattet, die Reibungsdämpfung in der Schicht i9 zu regeln.
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Bei vertikaler Aufstellung besitzen die nach Art einer Latte aufgebauten
Lautsprechergruppen in der Horizontalebene die in Fig. a dargestellte nierenförmige
Richtcharakteristik und in der Vertikalen die in Fig. 3 dargestellte einseitige
keulenförmige Richtcharakteristik. Die Latte kann gegebenenfalls auch etwas gegenüber
der vertikalen Lage geneigt sein. Es können in einem Raum mehrere solcher Latten
benutzt werden. Sofern ein Besprechungsmikrophon sich im gleichen Raum befindet,
wird dieses zweckmäßig zur Vermeidung akustischer Rückkopplung im Minimum der Lautsprechercharakteristiken
aufgestellt, z. B. hinter oder etwas unterhalb der Lautsprechergruppen. Das Mikrophon
besitzt vorteilhaft ebenfalls eine einseitige, z. B, nierenförmige Richtcharakteristik,
deren Minimum seinerseits auf den Lautsprecher zeigt. Die Lautsprechergruppen werden
zweckmäßig nicht zu dicht an der kaumwand befestigt, um den von der Rückseite kommenden
Schall, der zur Bildung der Richtwirkung dient, nicht zu stören.
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Die Lautsprechergruppe nach der - Erfindung kann auch aus mehreren
in einer Schallwand nebeneinanderliegenden Reihen mit Einzellautsprechern bestehen.
Man erzielt hierdurch auch in der Horizontalen eine schärfere Bündelung des Schalls.
Eine Anordnung dieser Art mit drei nebeneinanderliegenden vertikalen Reihen von
je sechs Einzellautsprechern 17 ist in Fig. q. dargestellt. Sie besitzt in
der Horizontalen die in Fig. 5 dargestellte einseitige keulenförmige Richtcharakteristik.
Die vertikale Richtcharakteristik ist in Fig. 6 dargestellt und entspricht im wesentlichen
derjenigen der Lautsprechergruppe nach Fig. i. Die Bündelung ist in der Vertikalen
schärfer ausgeprägt als in der Horizontalen, da die Höhe der Schallwand durch sechs
und die Breite durch drei Lautsprecher bestimmt ist. Sofern in der Horizontalen
eine noch schärfere Bündelung erforderlich ist, können noch weitere vertikale Lautsprecherreihen
vorgesehen werden.
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Gemäß Fig.7 ist es unter Umständen zweckmäßig, die nebeneinanderliegenden
Lautsprecherreihen gegeneinander versetzt anzuordnen; man erreicht hierdurch im
wesentlichen die gleiche Richtschärfe, benötigt aber eine geringere Anzahl von Lautsprechern.
Eine weitere Lautsprecheranordnung mit Richtwirkung ist in Fig.8 dargestellt, sie
besteht aus zwei sich kreuzenden Reihen mit Einzellautsprechern 17, vorzugsweise
in gemeinsamer Schallwand, und besitzt eine rotationssymmetrische Richtcharakteristik.
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Die Lautsprechergruppen nach Fig. q. und 7 eignen sich insbesondere
zur Beschallung langer schmaler Räume, z. B. Kirchenschiffe. Der Lautsprecher nach
Fig: 8 dient zur Anstrahlung eines punktförmigen Zieles. In der praktischen Ausführung
sind diese Lautsprechergruppen vorzugsweise entsprechend wie bei der in Fig. i dargestellten
Anordnung aufgebaut mit analog angebrachtem Dämpfungsmaterial ig.
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Die Lautsprechergruppen nach der Erfindung eignen sich ferner für
Lautfernsprechgeräte nach dem Gegensprechprinzip, bei denen in einem gemeinsamen
Gehäuse sowohl Lautsprecher als auch Mikrophone untergebracht sind. Bei diesen Anlagen
kann man ebenfalls die akustische Rückkopplung durch geeignete Anordnung der Richtlautsprecher
zu den Richtmikrophonen dämpfen, indem man Lautsprecher und Mikrophon mit ihrem
Minimum aufeinander richtet.
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Die Lautsprechergruppen nach der Erfindung mit einseitiger Richtwirkung
eignen sich auch für sogenannte dezentralisierte Lautsprecheranlagen, bei denen
viele Einzelgruppen gleichmäßig über ein großes Zuhörerfeld verteilt sind. Hierbei
werden erfindungsgemäß - die Lautsprechergruppen derart angeordnet, daß sie auf
die Zuhörerreihen zustrahlen, während die Minima nach dem Redner mit dem Mikrophon
zeigen. Man vermeidet hierdurch den bisherigen dezentralisierten Anlagen anhaftende
Nachteile, daß die Hörer auch Schall von einem rückwärtigen Lautsprecher aufnehmen,
während sie den Sprecher vorn sehen, was zu unnatürlichen akustischen Eindrücken
Anlaß gibt. Bei der Erfindung hören hingegen die Anwesenden jeweils nur die vorderen
Lautsprechergruppen.
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Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Lautsprechergruppen
auch mit veränderbaren Laufzeitgliedern versehen werden; man kann hierdurch die
Richtcharakteristik im Betriebe verformen, z. B. wahlweise nierenförmige, achtförmige
oder kreisförmige Diagramme einstellen. Man erzielt dies durch verstellbare Klappen,
Schlitze od. dgl. Man kann die Laufzeitglieder auch ganz unwirksam machen, z. B.
durch Abklappen oder Verschieben. Es besteht hierdurch die Möglichkeit, wahlweise
ein bestimmtes Gebiet ganz zu beschallen oder nur einen- Teilbereich davon.