EP0677234B1 - Verfahren zur polarisierung akustischer felder, speziell zwecks erzielung eines extrem breiten, ortsungebundenen und sehr räumlichen stereoeffekts bei geringem platzbedarf - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zur Wiedergabe von akustischer Wellenenergie nach den selbständigen Ansprüchen 1, 2, eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5 sowie ein Verfahren zur Aufnahme von akustischer Wellenenergie nach den Ansprüchen 27 und 28 sowie Vorrichtungen zur Aufnahme nach den Ansprüchen 29 und 30.
• Ferner bezieht sich die Erfindung auf Anordnungen aus den Vorrichtungen nach den Ansprüchen 35 bis 38.
• Weiterbildungen der Verfahren und Vorrichtungen sind Gegenstand der auf diese Ansprüche bezogenen Unteransprüche.
Allgemeine Verfahrensbeschreibung
• Das Verfahren gemäß der Erfindung bewirkt die Polarisierung akustischer Wellenfelder. Die Anregung einer progressiv laufenden Wellenfront (z.B. Impuls) wirkt entlang definierten Linien in der Längsrichtung des Erregersystems, mit den Geschwindigkeits-Vektoren der dazu idealerweise orthogonalen, komplanaren Wellenflächen, sog. "ebene Wellen". Über seitliche Pole und systemspezifische Laufzeiten entsteht ein polarisierender Dipol je Achse.
1. Stand der Technik
• 1.1. Gehöradaptive Akustik
  • a) Aufnahmeseitig wird bei Kunstkopf-Stereophonie der Dymmy Head, stellvertretend für beliebig viele Zuhörer, im Konzertsaal positioniert und das Signal, meist über Kopfhörer, zu den Zuhörern portiert.
  • b) Kopfhörer liefern eine bei ca. 180 Grad (rechts-links, quasi axial) liegende, gerichtete Akustik und damit einen realistischen Stereo-Eindruck. Die Achse des Wiedergabesystems liegt dabei zur Gehörachse parallel (gehöradaptiv). Der entscheidende Nachteil ist, daß ein Kopfhörer nur eine Person pro System erreicht.
• 1.2. Übliche Lautsprecher-Anordnungen, das Stereo-Dreieck, Probleme
  • a) Da ein Lautsprecher (Wiedergabe-Wandler) wegen des sog. akustischen Kurzschlusses (Löschung des vorderseitigen Schalldrucks durch die Rückseite und umgekehrt) nicht effizient frei strahlen kann, wird er in ein geschlossenes Gehäuse oder auf eine Schallwand montiert. Reaktive Kräfte (actio=reactio) werden auf die Wände abgegeben. Die Wände schwingen rundherum mit und reflektieren Schallwellen. Gehäuse-Resonanzen wirken, speziell im Baßbereich (Baßreflex), schallverstärkend. Dies wird zur Glättung des Frequenzgangs des Wandlers genutzt. Die reflektierten Wellen, Gehäuseform und Material, beeinflussen die Wiedergabetreue.
  • b) Üblicherweise werden zwei Lautsprecher so angeordnet, daß sie voneinander völlig unabhängige, separate Wellenfelder bilden. Dabei nehmen die von jedem (theoretisch näherungsweise punktförmigen) akustischen Wandler abgestrahlten Wellen in ihrer Intensität mit dem Quadrat der Entfernung ab. Daher ist die Vermittlung eines Stereoeindrucks für mehrere Zuhörer mit Lautsprechern (auch unter Einsatz elektronischer Hilfsmittel) bisher ein Problem. Schon wenige cm Abweichung von der Mittellinie verschieben das Stereo-Bild beträchtlich. Meist besitzen Mehrwege-Systeme zudem, durch verschiedene Laufzeiten bedingt, keine Phasengleichheit mehr.
  • c) Außerhalb der Mittellinie nimmt der Stereo-Effekt stark ab, da sowohl die Laufzeit als auch die Intensität (mit dem Quadrat des Abstandes) verfälscht werden. Übliche Stereo-Anordnungen bieten daher nur auf der Mittellinie zwischen zwei Lautsprechern einen guten Stereo-Eindruck. Bevorzugt wird eine Positionierung im gleichseitigen Dreieck. Die Intensitätsunterschiede erlauben so ein gute Ortung der virtuellen Schallquellen. Diese "Fesselung" ist aber lästig. Erwünscht sind monolithische Systeme, die positionsunabhängig einen Stereo-Eindruck vermitteln.
• 1.3. Bekannte monolithische Stereo-Lautsprecher-Anordnungen
  Lautsprecher-Anordnungen in monolithischer Bauweise sind bekannt. Sie enthalten jedoch relevante reflektierte Schall-Anteile der Boxen unter Zuhilfenahme der seitlichen Wände.
  • a) Schon vor der Markteinführung stereophoner Systeme wurden Lautsprecher in Rundfunkgeräten seitlich angebracht. Mit einer sog. "3D-Schaltung" entsteht ein räumlicher Eindruck, z.B. durch Umpolung eines Wandlers.
  • b) 1959 berichteten LEVI, Sidney, et al. in THE JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, Vol. 31, No.9, (Listener Reaction to Stereophonic Reproduction by Reflected Sound, S. 1256-1259), daß Zuhörer ein monolithisch aufgebautes Stereo-System mit entgegengesetzt seitlich abstrahlenden Lautsprechern als sehr räumlich und insgesamt besser beurteilten als getrennte Boxen. Zur Effektverstärkung wurden achsparallele Paneele, insbesondere unbedingt seitliche, schallharte Wandreflexionen genutzt.
  • c) Monolithisch aufgebaute Stereo-Systeme wie einfache Schallwände, das sog. Stereolith nach US-PS 4,837,826 bzw FR-PS 2,345,046, die innen separierte "Flexible Tube" nach US-PS 4,501,934, der rohrförmige Körper mit zwei Schallwandlern nach US-PS 3,995,124 existieren bereits, arbeiten jedoch prinzipiell mit erheblichen Reflexionen an Montage- oder Trennwänden. Hierdurch treten Reflexionen und Turbulenzen auf der Austrittsseite auf, wodurch der Stereo-Effekt wesentlich verschlechtert wird.
  • d) Bekannt ist ferner aus EP 0 256 688 A2 die Anordnung von Lautsprecher- und Mikrofonpaaren in einem rohrförmigen Körper. Hierbei sind die Lautsprecher- bzw. Mikrofonpaare extrem schräg zur Hauptrichtung der Wirkungslinie geneigt, was zu einer deutlichen Verschlechterung des Stereo-Effektes führt. Außerdem sind nachteiligerweise Mikrofone und Lautsprecher gegeneinander gekapselt.
  • e) Schließlich ist aus US-PS 5,109,416 eine Lautsprecheranordnung zur stereophonen Wiedergabe von Schallwellen bekannt, bei welcher in herkömmlicher Weise auf der mittleren Trennwand eines Gehäuses zwei Lautsprecher an antiparallel angeordnet sind. Die Anordnung ist derart, daß sich innerhalb des Gehäuses Turbulenzen ausbilden, welche dem Stereo-Effekt entgegenwirken.
2. Aufgabenstellung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie Vorrichtungen und Anordnungen zu schaffen, welche Stereo-Wiedergaben bei kleinen Abmessungen der Wiedergabeanorndung mit guter räumlicher Auflösung praktisch im gesamten Wiedergaberaum ermöglichen. Außerdem soll hierfür eine optimierte Aufnahmeanordnung geschaffen werden.
3. Bekannte Elemente zum Lösungsweg
• 3.1. Bekannte Grundlagen
  • a) Bekanntermaßen bilden Ecken und Kanten für Felder "Singularitäten", also Störungen. Jede Art von Verfälschung einer abgestrahlten akustischen Wellenform kann sich bekanntermaßen im Klangbild (Oberwellen) bemerkbar machen. Schallwellen "fließen" mit der Geschwindigkeit von etwa c=340m/sec durch den Luftraum. Daher sind an Ecken oder Kanten für solche Teilchenwellen zusätzliche Masseträgheits-Probleme zu erwarten.
  • b) Wellen bestehen aus progressiven (=fortlaufenden) und reflektierten regressiven (=zurücklaufenden) Wellen. Der jeweilige Anteil mit gleicher Intensität (Amplitude) wird zur "stehenden Welle". Mehrfachreflexionen in einer Achse (hin und her) liefern eine "Resonanz", ebenso auf einem Umfang zirkulierende (rotierende) Wellen. In Abb. 2a ist die Progressionsrichtung der Welle mit P bezeichnet.
  • c) Aufnahmeseitig ist die Störung im Raum bereits durch extrem kleine Aufnahmewandler minimierbar.
    Die punktförmige, das Schallfeld kaum beeinflussende Mikrofonkapsel, deren Abmessungen im Verhältnis zu den übertragenen Wellenlängen klein sind, ist bereits realisiert. Sie verursacht dann weder das Feldbild relevant verfälschende Reflexionen, noch Beugungen, und haben auch keine körperhafte Trennung zwischen rechtem und linkem Kanal zur Folge, sofern auf große Gehäuse und Trennkörper verzichtet wird. Dennoch haben Mikrofone mit kleinen Membrandurchmessern und Kugelcharakteristik oberhalb von 1 kHz oft zunehmende Richtwirkung.
    Bekannt ist das Rohr-Richtmikrofon. Es nutzt die Tatsache, daß die Schallwellen sich durch ein Rohr sammeln lassen, indem sie sich in dessen Längsachse ausrichten. Zylindrische Körper, massiv oder rohrförmig, fördern folglich generell die Wellenausbreitung entlang ihrer Achse, der linearen Koordinate eines Zylinder-Koordinatensystems.
  • d) Auf der Wiedergabeseite fehlt das Ideal eines "Punktstrahlers". Der Schalldruck eines im Vergleich zur minimalen Wellenlänge auch nur annähernd punktförmigen Systems reicht bekanntermaßen nicht aus. Akustiker setzen dabei eine kugelförmige Ausbreitung der Welle von der Wiedergabe-Quelle voraus. Wie mit Abb. 1a veranschaulicht, sind die zugehörigen Eigen-Funktionen im Ausbreitungsraum Wellengleichungen im Kugel-Koordinatensystem.
    Für Schallwellen bilden Lautsprecher eine extreme Störung im Raum, da sie eine Größe haben, die ein Vielfaches der Größe von Aufnahme-Wandlern ist. Aus demselben Grunde ist auch ihre Richtwirkung deutlich ausgeprägt. Noch größer sind die Einbau-Gehäuse, Schallwände und dergleichen. Sie verhindern zwar den akustischen Kurzschluß und führen zu einer Verbesserung des Frequenzgangs, alle Wände stellen jedoch stets reflektierende Anordnungen (z.B. Baßreflex-Box) dar und ihre üblichen Ecken und Kanten stören (knicken z.B.) den Schallfluß. Die Wellengleichungen rechteckiger Boxen werden sinnvollerweise im kartesischen Koordinatensystem beschrieben (Eigenfunktionen).
    Idealerweise sollte der Schallfluß von einem (internen, z.B. kartesischen Raum) zum anderen (externen, Kugel-) Koordinatensystem möglichst störungsfrei (reflexions- und beugungsarm) übergehen. Eine übliche Box verhindert das aber schon durch die Geometrie (Ecken, Kanten, Seiten- und. Rückwand). So ist ein Ziel der Erfindung zur Erfüllung der unter 2 erwähnten Aufgabe ein weniger gestörter Übergang des Schallflusses (Energiefluß) der progressiv laufenden Schallwelle im Wiedergaberaum.
• 3.2. Lösungsansätze
  • a) Das Feldbild einer sich konzentrisch ausbreitenden (Impuls-) Welle im Kugel-Koordinatensystem bildet zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zwei Kugelschalen. Die Tangential-Komponenten auf jeder Kugelschale heben sich auf. Daher existieren nur radiale Komponenten. Ein beliebiges konisches Segment ( in Form eines Trichters) zwischen zwei Kugelschalen geht bei sehr großem Radius in ein Rohr (Zylinder-Koordinatensystem) über. Die Endflächen sind jeweils fast ohne Feldstörung als ebene Membranen ausführbar, die laufzeitversetzt gleichgerichtet (gleichsinnig) schwingen. Entlang einem Zylinder-Koordinatensystem laufende Wellen bilden sog. "ebene progressive Wellen", wie diese in den Abbildungen 1a und 1b in Kugel- und Zylinderkoordinaten dargestellt sind.
  • b) Die Übergänge von einem zum anderen Koordinaten-System sind demnach fließend. Erfolgen- sie im Idealfall reflexionsfrei, so ist das System nach der Wellenlehre mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossen. Zylinder-Koordinatensysteme benötigen aber keine Punktstrahler mehr. In Rohren regen akustische Strahler etwa ebene (komplanare, speziell zylindrische) Eigenfunktionen an. Zur Anregung komplanarer Wellen eignen sich speziell endständig positionierte akustische Strahler mit Flachmembran. Im Rohrumfang zirkulierende Wellen (Rohrhall, Umfangs-Resonanz) sind z.B. durch im Umfang laminierten Aufbau unterdrückbar, insbesondere mit dämpfenden (sogar z.T. luftdurchlässigen) Zwischenlagen. Speziell longitudinal gebündelte Faser-(Stäbchen-) oder Röhrchen-Strukturen im Inneren (durchlässig, differenziert) vermeiden die Ausbildung von Resonanzen, wie dies mit den schematischen Darstellungen gemäß Abb. 1b, 1c und 2b bis 2f angedeutet ist.
  • c) Jeder Kurvenverlauf kann bekanntermaßen als infinitesimale Folge von zeitversetzt superposionierten Rechteck-Impulsen (+/-) betrachtet werden. Daher genügt prinzipiell die Betrachtung der Wirkung eines einzigen Impulses. Bewirkt ein Energieimpuls am Anfang eines (dünnen) Rohres die Auslenkung einer Membran, so läuft die Welle, im Inneren des Rohres als auch außen, mit Luft-Schallgeschwindigkeit. Der primäre Membran-Anstoß pumpt eine progressive Welle vorwärts. Eine endständige zweite Membran würde sich zeitversetzt in dieselbe Richtung bewegen. Die nach ihrer Laufzeit am anderen Ende des Rohres angekommene Energie (Welle) fließt durch die Luftbewegung (oder zweite Membran-) Bewegung des Rohrdurchmessers im Raum weiter. Störungen (Reflexionen, Beugungen) sind in der Ausbreitungsrichtung minimal. Die in rückwärtiger Richtung hörbaren Anteile sind dabei bekanntermaßen gering. Diese Verhältnisse sind für die zwei unabhängigen Anteile eines Stereosignals sinnvoll zu realisieren (vgl. Abb. 1a: Radialauslenkung)
  • d) Jede durch eine Kraft (actio) verursachte Membran-Auslenkung bewirkt auch eine direkte longitudinale Reaktion (actio=reactio) des Rohres und eine dadurch (fast) unverzögerte Reaktion einer gegenüberliegenden Membran, entsprechend der vergleichsweise sehr hohen Impuls- bzw. Schallgeschwindigkeit in fester Materie.
  • e) Im Frequenzbereich ist die Veranschaulichung der Verhältnisse schwieriger verständlich. Gruppenlaufzeiten und starke Dämpfung hoher Frequenz-Anteile treten dabei auf, die den Impulsverlauf nach einer bestimmten Laufzeit bzw. Länge verfälschen. Diese Fehler sind jedoch durch aktive Schaltungen kompensierbar (z.B. durch Frequenz-Kompensation und Laufzeitglieder), die das Verhältnis des Systems für den Außenraum nachbilden.
  • f) Die Räumlichkeit eines Schallereignisses wirkt auf Zuhörer besonders intensiv und nachhaltig. Bekannt ist die überwältigende Räumlichkeit von Aufnahmen mittels Grenzflächen-Mikrofonen. Die Erfindung geht davon aus, daß wiedergabeseitig Vergleichbares ermöglicht wird, indem z.B. die von der o.g. zylindrischen Anordnung (Rohr) emmittierte gerichtete progressive Welle durch Positionierung entlang einer Wand eine progressiv laufende Oberflächenwelle erzeugt.
• 3.3 Ergebnis-Lösung
  Die oben erläuterten Fakten werden gemäß der Erfindung selektiv bzw. kombiniert zur wiedergabeseitigen Reproduktion von Schallwellen genutzt, um so einen räumlichen Stereo-Effekt mit minimalen Mitteln zu erzielen.
  Die mit der Erfindung vorgeschlagenen Wiedergabeverfahren sind Gegenstand der Ansprüche 1 und 2.
  Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren sowie Einzelheiten dieser Vorrichtungen sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 18.
  Aus mehreren Vorrichtungen nach der Erfindung zusammengesetzter Anordnungen zur Wiedergabe sind Gegenstand der Ansprüche 19 bis 22.
  Für die Erzeugung des räumlichen Stereo-Effektes sind folgende Erkenntnisse und Eigenschaften entscheidend.
  • a) Werden in zwei Rohren Schallwandler plaziert, so laufen zwei unabhängige Signale durch ihr jeweiliges Rohr. Nach dem Superpositions-Prinzip gilt dies aber auch für nur je eine Anregung an zwei Stellen nur eines Rohres. Schon diese einfache Anordnung erzeugt entlang einer Fläche (Wand), speziell bei gleichsinnig emmittiertem Stereosignal (gegenpolig=Umpolung eines Kanals) und Unterdrükkung der Rohr-Resonanz (Rohrhall), eine verblüffende Räumlichkeit. Sogar in Nebenräumen ist der Effekt verifizierbar, wo übliche Stereo-Systeme keinerlei Wirkung mehr bieten.
  • b) Das gesamte Verhalten des Systems nach außen gleicht einem (dicken) schwingenden Stab oder Körper mit oszillierenden Endflächen. Jede Frequenzkomponente kann sich zwischen den Endflächen des Systems ihren Anteil aussuchen und sich im Außenraum phasenrichtig schließen. Ein Festkörper, speziell ein Rohr, mit der gewünschten Eigenschaft kann dabei runden, ovalen oder eckigen Querschnitt besitzen. Näherungslösungen entstehen auch durch andere gestreckte, rotationssymmetrische Formen (z.B. Konen, Ellipsoide wie in Abb. 5 oder Hyperboloide).
  • c) Die anfangs, also primär, elementar kugelförmig progressiven Schallwellen werden in ein Koordinatensystem (Eigenfunktion) transformiert, das von der Gehäuse-Struktur, einschließlich seiner Öffnungen, vorgegeben ist. Eine reflexionsarm wirkende längs gestreckte Form mit endständigen Öffnungen deformiert die Kugelform der Progression in Längsrichtung. Selbst bei relativ groben Abweichungen von den Idealformen und nicht idealem Aufbau ist der Effekt noch deutlich hörbar, da das Gehör ein äußerst empfindliches Wahrnehmungsorgan ist.
  • d) Sekundäre Effekte, speziell Reflexionen und Resonanzen, sind zunächst nicht erwünscht, aber zugelassen. Solche Störungen sind sekundär und entsprechen nicht dem erfindungsgemäßen Verfahren, da das Prinzip primär nur progressive Wellen, also fortlaufende Anteile von Wellen, erzeugen soll. Jedoch auch weniger ideale Realisierungen liegen noch im Rahmen der Erfindung. Reflektierte Energien und Resonanzen dürfen dabei, zumindest im ortungsrelevanten Mittel- und Hochtonbereich, den Effekt, speziell die ortsunabhängig stark verbreiterte Stereobasis, nicht relevant stören oder gar zerstören. Speziell dürfen dabei Resonanzen im Baßbereich zugelassen werden, die nicht ortungsrelevant sind.
  • e) Eine Umhüllung o.g. Formen darf andersförmige Gehäuse bilden, denn eine Abdeckung oder Positionierung hinter, auf oder unter Körpern zeigt Verbesserungen. Wichtig ist die Existenz gerichteter, etwa äquidistanter, Grundstrukturen. Dazu gehören einfache Rohr-Strukturen, auch ein Bündel von dünnen Röhrchen im Inneren, wie dies mit Anspruch 8 angegeben ist.
• 3.4 Terminologie und Erläuterung der mit der Erfindung erzielbaren Effekte
  • a) Ein in jeder Raumrichtung identischer Parameter sei SKALAR genannt und ist als konzentrische (Elementar-) Kugel mit überall homogener Eigenschaft vorstellbar. Kristalle z.B. erfüllen diese Bedingung nicht.
    Ein nur in einer Dimension gerichter Parameter (Struktur, Ausbreitung) beschreibt einen VEKTOR.
    Drei (orthogonale Eigen-) Vektoren, also in jeder Richtung verschiedene Parameter, bilden einen TENSOR.
    Werden alle Vektoren eines Tensors identisch, so verjüngt sich dieser Tensor wieder zum Skalar. Ein skalares konzentrisches Feld, ebenso eine solche Welle, ist rein kugelförmig, sowohl elementar als auch makroskopisch.
  • b) Beim bekannten AKUSTISCHEN KURZSCHLUSS löscht die auf der Vorderseite einer Lautsprecher-Membran erzeugte Druckwelle (weitgehend) die auf ihrer Rückseite entstehende Zugwelle (negative Druckwelle). Dies führt z.B. am Gehör durch Superposition von Druck und Zug zur quasi zeitgleichen Löschung eines vorderseitig erzeugten Schalldrucks durch die Rückseite. Jeder Dipol ohne ausreichend lange Wirkungslinie ergibt überall eine Wirkung "Null". - Laufzeiten verhindern dies. Werden sie jedoch durch Trennwände oder Scheiben erzeugt, so verfälschen diese die Wellenform durch Reflexionen und Beugungen. Die spitzwinklige Kante der Wand bildet dabei eine wesentliche Singularität. Da jeder beliebige Abstand, der einer Laufzeit entspricht, den akustischen Kurzschluß auseinanderzieht, darf die trennende Wand z.B. auch als Trichter oder Rohr geformt werden.
  • c) POLARISATION bedeutet: Nicht elementar konzentrisch (kugelförmig). Diese Eigenschaft von Materie oder Wellen mit einer Vorzugsrichtung, speziell entlang einer Strecke mit endständigen Polen, sei polarisiert genannt.
    • Die Vorzugsrichtung einer progressiv fortschreitenden, ebenen Welle ist eine gerichtete endliche Linie (Vektor). Diese kann aus einer oder mehreren laufzeitdefinierten Strecke(n) mit endständigen Polen in Form abschließender Grenzflächen (zumindest am Rohranfang aus Membranen) eines real endlichen (zylindrischen) Systems bestehen.
    • Fallen gleiche, entgegengesetzte Quellen zusammen (Strecke=0, d.h. Kurzschluß der Pole), so ergeben sie 0. Erst eine endliche Wirkungslinie (ausreichend große Strecke) erlaubt die Existenz einer Art von Dipol-Moment.
    • Die Rohrlänge (L) erzeugt ein solches DIPOL-MOMENT als Polarisations-Strecke eines akustisch polarisierten Dipols.
    • Polarisation als hauptsächliche, eindeutige Richtungs-Eigenschaft einer laufenden Welle sei primär polarisiert genannt, im Gegensatz zu sekundär erworbenen Eigenschaften, wie z.B. einer sekundären Reflexion der Welle.
    • Dem elektrischen Dipolfeld ähnlich besitzen solche Felder im ganzen Raum einen Rechts-Links-Charkter. Die Vermeidung von Energiespeichern (Kapazität, Resonanz) unterdrückt Reflexionen. In Abb. 2a ist der Vektor P dargestellt.
  • d) Wird ein rohrförmiger Ring gewählt, so läuft ein emmittierter Impuls als Druck- und Zugwelle beidseitig im Ring herum. Wenn das Rohr nicht mehr geschlossen ist, pflanzt sich der Impuls am Endes des Rohres in der Außenluft fort. Läuft die Energie entgegengesetzt zur Energie im Innenraum (reaktiv), so erreicht eine Welle laufzeitversetzt wieder die andere Seite der Membran. Diese Erscheinung ist analog zum polarisierten Magnetfeld, das sich über die Umgebung schließt.
  • e) Ein in oder am geraden Rohr angeregter Impuls (=Gruppe von Frequenzen) pflanzt sich aufgrund der Wellen-Laufzeit ohne akustischen Kurzschluß auf geraden Linien bis zum Rohr-Ende (Pole, Strecke) fort. Die Wellenfront bildet Flächen (Komplement zur Progressionslinie), die im Inneren gerader Rohre parallel-eben, also komplanar sind.
  • f) Akustisch polarisiert seien solche in einer Vorzugsrichtung progressive Schallwellen genannt.
    Gehöradaptiv (gehörrichtig) polarisiert ist eine Wellenrichtung, die dem Gehör angepaßt oder leicht anpaßbar ist. Speziell ist die senkrechte Wiedergabe eines real waagerechten Schall-Ereignisses nicht gehöradaptiv. Dabei kommt es auf die gehöradaptive Nutzbarkeit des Systems bezüglich ortungsrelevanter Frequenzen an. Bei einer Vorrichtung zur Baßwiedergabe z.B. gemäß EP 0 263 748 A1 und in senkrechter Anordnung kann der Effekt gemäß der Erfindung nicht dargestellt werden.
  • g) Zwei solche Rohre mit je einem endständigen Wandler bilden eine Stereo-Anordnung. Werden stattdessen zwei Wandler in einem Rohr unabhängig voneinander, also mit einem Stereosignal, angesteuert, so liefert das System überall ein derart polarisiertes und, von jedem Wandler ausgehend, quasi reflexionsfreies progressives Stereofeld. Mit zwei seitlich positionierten Wandlern kann z.B. ein gerades Rohr als beugungs- und reflexionsarme Strecke in Gehör-Richtung, also gehöradaptiv, ausgerichtet werden. Der Abstand der Wandler definiert die Signal-Laufzeit T und bewirkt eine Art Dipol-Moment ähnlich dem mechanischen Kräftepaar als Hebel oder den Dipolen in der Elektrotechnik.
  • h) Der Raum wird subjektiv vergrößert. Bereits einfache Stereo-Anordnungen reproduzieren den Effekt. Das Gesamt-System kann dabei mehrfache Phasendrehungen erzeugen. Reale Wandler arbeiten als Feder-Massen-Systeme nicht rückwirkungsfrei und verursachen als Abschluß des genannten Systems mit ihrer Rückwirkung eine gedämpfte "weiche" Reflexion. Der zurücklaufende Anteil der Welle kann zwischen den Polen des Dipols mehrfach hin- und herlaufen und dabei wie die im Original-Signal existenten Hallanteile wirken. Zudem können nicht resonanzgedämpfte Rohre weitere, meist unerwünschte, Hallanteile erzeugen. Das Klangbild allzu einfacher Ausführungsformen ist aufgrund der Mängel kaum akzeptabel. Dies muß, passiv oder aktiv, kompensiert werden.
4. Ausführungsbeispiele: Einfachste monolithische Muster
• a) In Abb. 2a ist ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Mit diesem wird ein akustisches Parallelfeld durch einen akustisch polarisierten Stereo-Dipol erzeugt. In einfachster Form ist eine ununterbrochene Längsverbindung durch einen zylindrischen Körper gebildet, nämlich durch ein zylindrisches Metall- oder Kunststoffrohr AC (Acustik-Conductor).
  Koaxial zu diesen ist ein Paar von Wandlern W1 und W2 angeordnet. Komplanare Wellenformen werden am einfachsten durch endständige, parallele ebene "pumpende" Flächen angeregt, die als Schallwandler wirken und auf den Endflächen dieses Polarisators oder im Inneren wirken. Als pumpende Flächen dienen möglichst komplanare/poliplanare Membranen.
• b) Der Dämpfung von Rohrresonanzen (Rohrhall) können vorteilhafterweise z.B. lamellierte Strukturen am Umfang oder im Inneren, beispielsweise durch geschichtete Stab(Spitz), -Faser oder Röhrchenbündel dienen, wie dies mit den Querschnitten gemäß Abb. 2b, 2c, 2d und 2g gezeigt ist. Auch aufgerollte Wellpappe (innen z.B. schmal, nach außen breit) gemäß dem Querschnitt in Abb. 2e und 2f sind hierbei von Vorteil. Gleichsinnige (gegenpolige) Ansteuerung der Wandler führt zu einem breiten Raumeffekt. Bipolare (auch Kunstkopf-Aufnahmen) sind für die Demonstration dieses Effektes gut geeignet.
• c) Die Umpolung eines Wandlers (künstliche Gleichsinnigkeit) führt zu überraschender Räumlichkeit der Wiedergabe. Hierbei sind Wandreflexionen nicht erforderlich. Wegen der mit dem Wiedergabe-Verfahren bisher völlig unkorrelierten Aufnahmetechnik wird dieser Effekt mit konventioneller Polung erst bei etwas besseren Stereo-Aufnahmen deutlich.
• d) Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel ist ein Paar konischer Breitbandlautsprecher mit einem Durchmesser von 10 cm in ein hartes, ca. 1 Meter langes, mit Watte gedämpftes Kunststoffrohr von 2 mm Wanddicke geklebt. Trennwände sind vermieden, da sie Reflexion, Druckaufbau und Querkomponenten fördern. Schon bei einer derartigen Anordnung ist der Effekt bereits gut wahrnehmbar.
• e) Bei stark reduzierter Baßwiedergabe ist dieser Effekt schon mit kurzen, dünnen Metallrohren einer Länge von ca. 33 cm erreichbar. Zur Herstellung dieser Metallrohre kann 0,25 mm dickes, hartgewalztes Aluminiumblech zu einem Zylinder mit 4,5 cm Durchmesser und mehr aufgerollt werden, wobei das Innere zur Bedämpfung mit Watte gefüllt ist. Endständige, gleichsinnig (gegenpolig) "pumpende" Breitbandlautsprecher liefern schon einen breiten, räumlichen Stereo-Effekt.
• f) Bei größeren Druchmessern ist das Rohr aus drei sich überlappenden Teilen mit Zwischenschichten gerollt. Eine Verbesserung des Effektes ist durch Verwendung innerer Verbindungskanäle, z.B. in Form eines Bündels runder Stäbe, Fasern, Röhrchen unterschiedlicher Länge, erreichbar. Komplanare Lautsprechermembranen verbessern die Höhenwiedergabe (Phase).
• g) Ein guter räumlicher Effekt ist erzielbar, wenn die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung parallel zur Wand, z.B. hinter dem etwa zentral positionierten Fernsehgerät, angeordnet ist. Hierbei erfolgt eine seitliche Abstrahlung, wobei die Seitenwände des Raumes nur mäßig reflektieren sollen. Verbessernd wirkt sich z.B. eine seitliche Dämpfung, z.B. durch Nadelfilz oder Vorhänge, aus. Weitere Verbesserungen ergeben sich, wenn die Vorrichtung auf einem langen Regal positioniert wird. Selbst im Freien, also ohne Seitenreflexion, auf dem Boden liegend und/oder vor einer Wand, ist die Wirkung deutlich vernehmbar.
5. Der erzielte Sound-Effekt
• a) Mit erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtungen bzw. Anordnungen wird ein im ganzen Raum verteilter, ausgeprägt räumlicher und klarer Stereo-Effekt erzielt. Das System erzeugt in einem Wiedergaberaum Phaseneffekte, die eine sehr breite subjektive Ortung der virtuellen Tonquellen (Musikinstrumente, Stimmen) bis hin zu den Seitenwänden simulieren. Die axiale Vorzugsrichtung der laufenden Wellen wird durch hinter der Wiedergabevorrichtung liegende Zimmerwände und -decken oder Auflagen (Regalflächen) verstärkt, was durch Bündelungseffekte des an Wänden gespiegelten Systems erklärbar ist. Die Verstärkung des räumlichen Effektes durch zum System parallele Wände ist auch durch Ausbildung von Grenzwellen (2D, wie bei Grenzflächen-Mikrofon) erklärbar, mit Übersteigerung des Effekts am Rand kreisförmiger Räume.
  Auf und unter Schränken, auf Böden und vor Rückwänden, sogar in großen Hallen, wirken kleine Wiedergabesysteme oft voluminös (max. 2 x 4 Liter, evtl. gleiche Polung). Die Wirkung ähnelt der von Resonanz-Böden, die den Klang z.B. einer Stimmgabel laut verbreiten.
• b) Subjektiv wirkt das System in seiner verlängerten Achse offenbar weit über die Abmessungen der Anordnung hinaus und zeigt deutlich horizontale Wirkung. Die zur Richtung des Gehörs gleichgerichtete Schwingungsachse der erzeugten Wellen täuscht eine sehr breite, transparente Stereo-basis vor, bei der die Höhen erstaunlicherweise kaum vermißt werden. Bei gegensinniger Schwingung der Membranen (gleiche Polung) verengt sich die Stereo-Basis meist zugunsten der Baßwiedergabe. Doch auch dann ist der Effekt bei vielen Aufnahmen sehr deutlich.
• c) Verblüffend ist, daß die Höhen, auf den ganzen Raum bezogen, meist besser hörbar sind, als bei nach vorn abstrahlenden Systemen. Negativ wirkt sich der anfangs noch unkompensierte Frequenzgang und fehlendes Baß-Volumen aus. Testpersonen, darunter Tonmeister, befanden sich bei der Beurteilung teils direkt vor den versteckten Anordndungen im Abstand von 1 bis 4 m, teils in einem Winkelbereich von bis zu 90°. Das System wurde bei gleichsinniger Polung fehlerhaft als zwei Dummyboxen in den Zimmerecken lokalisiert. Die Zuhörer bewegten sich um Raum, teils in offen angrenzenden Nebenräumen, ohne daß der Effekt verschwand. Bei herkömmlichen Vergleichsboxen wurde dies nie verifiziert.
6. Zur 3D-Theorie
• 6.1 Der Gaußsche Integral-Satz
  Nach dem bekannten Gaußschen Integralsatz liefert das Volumen-Integral über ein Quellenfeld die Quellstärke innerhalb des Volumens und ist mit dem Hüllenintegral der Vektoren seines Flusses gleich. Die Differenz zwischen der in die Volumenoberfläche ein- und austretende Energie entspricht der im Volumen enthaltenen Energie (vgl. Lit. # 1: E.A. Guillemin, Mathematische Methoden des Ingenieurs, R. Oldenbourg Verlag, München u. Wien 1966, S. 237 ff.). Ebenso anschaulich beschreibt der Stokesche Satz die momentanen Wirbel-Komponenten des Feldes (Lit. # 1, S. 248), wie sie auch in der Akustik an Schallwandlern (Mikrofon-, Lautsprecher-Membran) auftreten.
• 6.2 Theorie einer dreidimensionalen Anordnung
  Ein Segment zwischen zwei Kugelschalen definiert jene (konische) Form, die eine konzentrisch von nur einem Punkt abgestrahlte Welle im Zeitraum zwischen zwei Zeitpunkten durchläuft. Im Fernfeld entartet die Form zum oben erwähnten Zylinder. Mehrere Quellen erfordern mehrere Zylinder oder ein System aus 3 orthogonalen Komponenten (vgl. schraffiertes Segment in Abb. 1a).
  • a) Die Theorie der Wellen ist insbesondere für komprimierbare Medien, wie z. B. Luft, komplex. Auch ihr Energiefluß besteht generell aus Wirbelfeldern, wie zeitvariablen Rotoren bzw. Frequenzen, und wirbelfreien, translativen Feldern. Dagegen bleibt der Gaußsche Satz anschaulich: Beim gerichteten (vektoriellen) Eintritt von Energie (Feld, Welle, Teilchen) in ein Volumen entsteht im Innern der Volumenoberfläche eine Differenz zwischen schon eingetretener und noch nicht ausgetretener Energie. Da dies energetische Grundgleichungen sind, gelten die Sätze universell sowohl für Teilchenfelder als auch für Strahlung und Wellenfelder. Jede Art von Energiefluß durchströmt dabei die gedachten Seitenflächen eines Volumens gerichtet. Aufnahme und Wiedergabe sollten diesen Energiefluß aber nicht verfälschen, ihn speziell reflexionsfrei reproduzieren. Außerhalb des Volumens entstehende Absorptionen und Reflexionen bilden lediglich Spiegel-Quellen und charakterisieren dabei die Akustik des Aufnahmeraums (vgl. Abb. 1a: Nur Radialkomponenten).
  • b) Ein solches Volumen darf theoretisch beliebig gewählt werden. Als gleichseitiges Polyeder, speziell als Rechteck bzw. Würfel, theoretisch sogar eine in Richtung jedes Energieflusses bzw. Schallflusses selektiv "atmende" (polarisierte) Kugel, die dabei nicht konzentrisch atmen darf. Der Würfel ist von allem die einfachste Form.
  • c) Ein Würfel von 50 cm Kantenlänge werde im Fernfeld gewählt. Es schadet dabei zur Veranschaulichung nicht, die laufende Energie der Wellen als fließende Teilchen-Ströme mit bestimmten Richtungen aufzufassen. Soll die Wiedergabe der Aufnahme möglichst naturgetreu entsprechen, so dürfen die Aufnahme- und Wiedergabe-Schallwandler nicht durch Körper (Wände, Boxen) getrennt werden, die den Energie- (Schall-)Fluß verändern.
• 6.3 Eine resultierende Theorie für die Aufnahmeseite
  Durch je eine passive Membran, ersetzt durch (mehrere) Meß-Mikrofone pro Seitenfläche, sind aufnahmeseitig ein- und austretende akustische Energien meßbar. Näherungsweise genügt dazu ein Meß-Mikrofon pro Fläche, solange die Volumengeometrie, relativ zum Abstand der (Schall-)Quellen vom Mikrofon klein bleibt. Die Meßdifferenz zwischen je zwei gegenüberliegenden Membranen des Würfels beschreibt in drei Raumdimensionen drei Vektoren, die insgesamt nach Gauß (s. o) die momentanen Quellen im Volumen näherungsweise beschreiben. An die Stelle einer einseitigen Druckmessung pro Richtung tritt nun je eine zweiseitige "Durchfluß"-Messung, die laufzeitversetzt ein- und austretende Energien (Differenzen, Vektoren) erfaßt. Dies entspricht drei Wandler-Dipolen (s. Abb. 1a, 2a mit T(L) = natürliche Laufzeitdifferenz).
• 6.4 Die Wiedergabeseite
  Im Wiedergaberaum soll nun eine idealerweise identische (kubische) Volumen-Membran die aufnahmeseitigen Messungen reproduzieren. Jede Seitenfläche des o. g. Würfels kann als rechteckige Teil-Membran angesehen werden. Idealerweise wird jede Stelle der Oberfläche so angeregt, daß die hier inverse Wirkung der Membran (Ringfeld) eine mit dem Aufnahmeraum phasengleiche Schwingung erzeugt. Theoretisch wäre dies mit verteilten Schwingspulen pro angeregter Membran möglich. Näherungsweise genügt aber eine Wandlermembran pro Fläche. Im Idealfall wirkt die Schwingung des Wiedergabe-Würfels im Nahbereich wie die des Aufnahmewürfels. Pro möglicher Gehör-Richtung erfordert eine optimierte Reproduktion von Laufzeit- und Phasendifferenzen nun je zwei gegenüberliegende Membranen des Wandler-Würfels. Zwei Wandler pro Stereo-Kanal wären ein optimierter Dipol. Ein Kreuzdipol verspricht bereits die Reproduzierbarkeit der horizontalen (gehöradaptiven) Komponenten).
• 6.5 Theoretisches Ergebnis
  Wird der Wiedergabe-Würfel nach einer Aufzeichnung im Aufnahmeraum exakt dort plaziert, wo zuvor der Aufnahme-Würfel stand, so sollten bei der Wiedergabe an jedem Ort im Wiedergaberaum die ursprünglichen Phasen-Korrelationen (Differenzen) des Aufnahmeraums weitaus besser als bisher möglich reproduziert werden können. Da die Zeit positiv sein muß, gilt die Vergleichbarkeit wohl nur für einen Halbraum, also jene Orte, die in Richtung der ursprünglichen Schallausbreitung liegen. Dies ist aber ohnehin der Raum für die Zuhörer.
  • a) Das aufnahme- und wiedergabeseitige Volumen kann theoretisch beliebige Formen besitzen, kann also auch ein beliebiges Polygon (speziell Quader; Kegel, speziell wiederum gleichseitig) oder sogar eine nicht konzentrisch "atmende" Kugel sein. Selbst inkomplanare Anordnungen und schiefwinklige Vektorsysteme sind theoretisch möglich, wenn auftretende Laufzeitunterschiede ausreichend kompensiert werden oder subjektiv irrelevant sind.
  • b) Der Würfel entspricht drei einzelnen vektoriell gerichteten (polarisierenden, Stereo-)Anordnungen. Durch je einen erfindungsgemäßen Stereo-Dipol kann in jedem Wiedergaberaum die zu ihrem Vektor des Aufnahmeraums fiktiv kolineare Wiedergabe-Komponente erzeugt werden. Im Nahfeld wird der Energiefluß des Aufnahmeraums etwa reproduziert. Ein erfindungsgemäßer Stereo-Dipol, wie er z. B. in Abb. 2a dargestellt ist, deckt davon höchstens eine Komponente (Dimension) ab.
  • c) Von allen Richtungen benötigt das Gehör jeweils nur die eine Richtung, in der es ausgerichtet ist (Stereo). Polarisierte Stereophonie ist also nur die gehöradaptiv gerichtete horizontale Komponente der lokal vollständigen Rauminformation. Durch nur je eine aktive Membran, z. B. von einem möglichst planaren Rechteck-Lautsprecher von 20 cm, werden die ein- und austretenden Energien im Wiedergaberaum näherungsweise so reproduziert, wie sie zuvor aufnahmeseitig, bereits vereinfacht durch nur je ein Mikrofon pro Seite, gemessen wurden.
• 6.6 Komponentenweise Realisierung; elektronische und mechanische Varianten
  • a) Je zwei gegenüberliegende Flächen des Würfels können als je ein polarisiertes System aus einem (rechteckigen) Rohr betrachtet werden und umgekehrt. Da die Wirkungsweise jedes solchen Polarisators nach Gauß nur durch sein Verhalten an der Oberfläche bestimmt ist, spielt der innere Aufbau dabei nur noch insofern eine Rolle, als das Gesamtsystem das beschriebene Verhalten nach außen hin zeigt. Selbst Festkörper können das Verhalten der Hülle reproduzieren, z. B. wenn Elektrostaten-als Wandler auf die Endflächen montiert sind.
  • b) Aufgrund der Aufhebung der Quer-Komponenten einer Welle im Kugelkoordinaten-System (Konus, Trichter, Entartung zum Zylinder-Koordinatensystem) sollte die Zylinderoberfläche eines Dipols keine Querkomponenten zulassen. Ist sie hart, so sollte sie innen reflexionsarm sein. Sie kann auch völlig aus Dämmstoffen bestehen, solange der longitudinale (tangentiale) Schallfluß nicht zerstört wird. Wichtig ist ein durch das System möglichst exakt reproduzierter Energiefluß entlang jeder Achse bzw. in jeder Richtung im Gegensatz zur Behinderung des Energieflusses (totale Reflexion, starke Krümmung) bei üblichen Schallwänden oder durch die Wände von Boxen (also nur Radialkomponenten, wie Abb. 1a zeigt).
  • c) Erfindungsgemäß ideale Anordnungen sollen neben der Polarisation aufnahme- und wiedergabeseitig analoge Geometrie mit dem Ziel einer für jeden Stereokanal (vom Mikrofonabstand abhängig) laufzeitbedingt zeitversetzten, gleichphasigen Membran-Schwingung aller Mikrofone und Lautsprecher anstreben. Exakte Phasenkorrelationen verbessern die Wiedergabetreue mit laufzeitbezogen identischer Korrelation der Phasen der Aufnahme und Wiedergabe in der näheren Umgebung des Stereo-Aufnahme- bzw. Stereo-Wiedergabe-Systems (vgl. Abb. 1a, 2a mit Laufzeit T(L)).
  • d) Trennwände im Innern stören immer. Sie behindern die Ausbildung erfindungsgemäßer akustischer Ringfelder durch die Barriere im Innern, so daß bei konventioneller Lautsprecher-Polung (Feld gegensinnig) kein hörbarer Effekt auftritt. Bei Umpolung (Feld gleichsinnig) oder Hinzufügung von künstlichen oder systemeigenen Laufzeiten entsteht jedoch bereits ein hörbarer, wenngleich durch Reflexion gestörter Effekt. Elektronisch kann die Membranauslenkung durch reflektierte (signalfremde) Anteile sogar verhindert werden.
  • e) Die Existenz polarisierter akustischer Felder ist vielfach unbekannt. Es ist jedoch bekannt, daß elektromagnetische Dipole definitionsgemäß polarisierte Schwingungsfelder bewirken. Mathematisch gibt es auch keinen Grund für eine gesonderte akustische Wellenlehre. Dann wären aber die bekannten Grundlagen anderer physikalischer Dipole (Dipolzeilen, -spalten, Reflektoren) übertragbar. Lokaler (differentieller) Schalldruck und lokale (differentielle) Schallschnelle besitzen Analogien in der Elektrotechnik mit Spannung (E, D-Feld) und Strom (H, B-Feld).
  • f) Die Laufzeitverhältnisse für den Schall zwischen den Wandlern sind auf bekannte Art mit Laufzeitgliedern reproduzierbar, die hier um ca. 3 ms/m z. B. mittels "Digital Sound Processor" (DSP) 16-bit-Schieberegistern nach AD-Wandlung usw. verzögern. Die innere Struktur des Systems ist dann weniger relevant.
7. Erfordernisse, elektronische System-Varianten
• 7.1 Elektronische System-Simulation
  • a) Zur Erzielung des räumlichen Effektes genügt es, das Verhalten einer (gedachten) Hülle des Gesamtsystems z. B. elektronisch zu simulieren. Laufzeit-Verhältnisse zwischen den Wandlern der erfindungsgemäßen Anordnung errechnen sich dabei aus dem Abstand L zwischen den beiden Wandlern eines solchen Systems, dividiert durch die Schallgeschwindigkeit c = 340 m/s. Dem eigenen Signal jeder Quelle wird das laufzeitversetzte Signal der gegenüberliegenden Quelle superponiert, dessen hochfrequente Anteile bei der mechanischen Lösung noch abgeschwächt worden sind. Die Summen- oder Einzelkomponenten können dabei zusätzlich gedämpft als Hall-Effekt mehrfach hin- und herschwingen. Ein aus reinem Reaktionsverhalten (actio = reaktio) herrührender (fast) unverzögerter Anteil kann gemessen und problemlos hinzugemischt werden. Die einfache Umpolung jeder Komponente oder des Lautsprechers entspricht der jeweiligen Zwischenschaltung eines Signal-Inverters (+/-). Eine derartige Anordnung ist schematisch in Abb. 1c dargestellt. Das hier zur Anwendung kommende Simulationsverfahren ist Gegenstand der Ansprüche 23 bis 26.
  • b) Mit variabler Laufzeiteinstellung ist für jeden Kanal ein subjektives Optimum ermittelbar. Symmetrische Laufzeiten entsprechen dabei der mechanischen Lösung, sind nun aber variierbar. Folglich läßt sich die erfindungsgemäße Lehre auch mit Schaltungen realisieren, mit welchen auf o. g. Art das Verhalten erfindungsgemäßer Systeme nachgebildet wird. Wenn die Phase (Länge) des Wiedergabe-Systems auch mit der eines Aufnahme-Systems korrelieren soll, sind aufnahme- und wiedergabeseitig korrelierende Phasen (Laufzeiten, Längen, Abstände) anzustreben (vgl. hierzu die Laufzeitschaltung gemäß Abb. 1d).
• 7.2 Frequenzgang-Kompensation und -Messung nach neuer Norm
  a) Der Frequenzverlauf von Schallwandlern wird nach dem Einbau z. B. in genormte Schallwände, Autos, Boxen in Strahlungsrichtung der Wandler bei 1 Watt Leistung in einem Abstand von 1 m gemessen. Diese Meßmethode ist für die Messung des erfindungsgemäßen Systems ungeeignet. Wegen der seitlichen Abstrahlung kann eine sinnvolle Messung nur nahe der sog. "stereophonen Hauptachse" erfolgen (vgl. Vortrag "2 Jahre Kugelflächenmikrofon", gehalten auf der 17. Tonmeister-Tagung 1992 von J. Wuttke, Fa. Schoeps, Karlsruhe). Sie sollte zudem systemadäquat gehöradaptiv erfolgen, also mit zwei seitlichen Wandlern, parallel angeordnet, z. B. mittels eines Kunstkopfes.
     Diese neue Meßmethode impliziert auch, daß für das System systemadäquate Wandler zu entwickeln sind, die diesen Anforderungen des erfindungsgemäßen Systems an den Frequenz- und Phasengang genügen. Mängel im Frequenzgang und Laufzeitverzögerung des mechanischen A.P.S.-Systems gemäß der Erfindung werden gemessen und auf bekannte Art aktiv, nämlich elektronisch, kompensiert. Mikroprozessoren erlauben zusätzlich subjektiv sinnvolle Modifizierungen.
• 7.3 Parallele Abstrahlung der Phasen, hohe Basisbreite auch bei konventioneller Polung
  Schallwandler mit flachen Membranen stehen kaum zur Verfügung. Wichtiger ist die Phasentreue an den Polen der Gehäuse. Konische Membranen bewirken mit ansteigender Frequenz Laufzeitfehler bis hin zur Löschung, die erst bei relativ zum Wandlerdurchmesser langen Rohren vernachlässigbar wird. Die Membran kann also auch so ausgebildet und z. B. im Rohr angebracht werden, daß näherungsweise dennoch ebene Wellen entstehen. Wandler können folglich nach innen versetzt, z. B. im Innern eines Rohres, angebracht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel sind sehr phasentreue Wandler (JORDAN JX 50, Durchmesser D = 50 mm) in einen aus flexiblem durchlässigen Schaumstoff aufgerollten Zylinder einer Länge von L = 35 cm eingeklebt und mit Abstandhaltern in einem 40 cm-Rohr versenkt. Trotz geringen Schalldrucks wird bei gleicher Lautsprecherpolung mit einer derartigen Anordnung eine hervorragende Basisbreite erzielt, wobei eine Unsymmetrie zur Achse vernachlässigbar ist. Eine Ausbildung des Rohrmantels ist in Abb. 2f und 2g veranschaulicht. In Abb. 1c ist das Rohr gestrichelt angedeutet.
• 7.4 Komplementäre Transversal-Wellen superponiert
  Mit Hilfe von Subwoofern können noch fehlende Bässe, die ortungs-irrelevant sind, auf vorbekannte Art hinzugefügt werden. Im konventionellen gleichpoligen Betrieb des erfindungsgemäßen akustisch polarisierten Stereosystems (A.P.S.) pumpen die Monoanteile das Rohr im Baßbereich quasi pneumatisch auf und bewirken eine verbesserte Baßwiedergabe. Zudem zeigt eine kleine zentrale Öffnung meßbare Baßreflexeffekte bei der halben unteren Frequenz (ca. 50 Hz). Die Transversal-Welle kann daher selektiv und für ein optimiertes System einer Longitudinalwelle superponiert werden. Die Hülle des neuen Systems pumpt transversal. Dies entspricht der Dilatation und Kontraktion des o. g. Gehäuse-Zylinders. Während die ortungsrelevanten Frequenzen, z. B. longitudinal (hier über die seitlichen Pole) abgestrahlt werden, darf die Abstrahlung der ortungsirrelevanten Bässe dann rein transversal erfolgen.
  Eine elektrodynamische Dilatation und Kontraktion oder quasi "pneumatisches" Aufpumpen einer elastischen zweiten Hülle über dem o. g. festen Rohr lösen das Problem. Über einen unteren festen Zylinder wird ein dehnbarer Zylinder gestülpt, der auf beliebige Art transversal im Frequenz-Rhythmus "pumpen kann" (Analogie zu der Darstellung Abb. 1c).
8. Von der Aufnahme zur Wiedergabe, 3D-Akustik
• 8.1 Aufnahme-Systeme
  Auch die Aufnahmeseite kann die äquivalenten, zum beschriebenen Lautsprechersystem lediglich inversen Gesetzmäßigkeiten zwecks polarisierter, empfängerseitiger Rekonstruktion (je) einer aufnahmeseitigen akustischen Achse nutzen. Die Übertragung auf die Aufnahmeseite führt zu folgenden theoretischen Voraussetzungen:
  • a) Aufnahmeseitig entspricht das bekannte Druckgradienten-Mikrofon (Nierencharakteristik) schematisch weitgehend dem Konstruktionsprinzip einer akustisch polarisierenden Aufnahmeanordnung. Die Mikrofon-Membranen liegen dort sehr dicht beisammen, dem Sinn des Wortes "Gradient" entsprechend.
  • b) Um zu einer Anordnung gemäß dieser Erfindung zu gelangen, muß ein übertragener Gradient des Mikrofons nunmehr kanalweise getrennt übertragen werden, statt in einem Kanal summiert zu werden. Im Sinne einer besseren wiedergabeseitigen Korrelation mit den derzeit sehr großen Wandler-Geometrien muß der Gradient auch zu einer merklichen, laufzeitdefinierten Differenz werden. Daher sind mehrere Zentimeter Abstand (z. B. 15 bis 100 cm) und eine möglichst ungestörte, aber resonanzarme innere Verbindung (vgl. o. g. Wiedergabesystem) erforderlich. Die Flächen der Wandler dürfen jedoch im Zylinder-Koordinatensystem theoretisch große Membranen besitzen.
  • c) Der akustische Energiefluß (Vektor), der aufnahmeseitig von Schallquellen ausgeht, müßte theoretisch für jede orthogonale Komponente statt mit einem konventionell einseitigen Druckaufnehmer durch idealerweise minimal zwei Wandler (besser: seine Membranen) gemessen oder erzeugt werden bzw. "hindurchfließen". Für die Aufnahme ist eine Anordnung eines Dipols gemäß Abb. 2a geeignet.
  • d) Das erfindungsgemäß mit bisher nur einem Wiedergabe-Dipol erzeugte Ergebnis ist durch eine Art "Kreuzdipol" verbesserungsfähig (s. o.: Gaußscher Integralsatz). Zur Erfindung gehören Aufnahmesysteme gleicher Art, insbesondere, wenn sie für akustisch polarisierte Wiedergabesysteme gemäß dieser Erfindung bestimmt sind. Ein Kreuzdipol läßt sich durch zwei polarisierende Stereo-Dipole gemäß Abb. 1a in gekreuzter Anordnung realisieren.
• 8.2 Korrelierendes Gesamtsystem von der Aufnahme zur Wiedergabe
  • a) Gemäß der Erfindung ist idealerweise im Aufnahme- und Wiedergaberaum eine der Wellenlaufzeit zwischen den Wandlern entsprechend gleichgerichtete Phase (Membranbewegung) zusammengehöriger Wandler angestrebt. Dies ist besonders einfach dadurch erreicht, daß jeweils gleiche Abstände der Wandler im Aufnahme- und Wiedergaberaum, z. B. 70, 50 oder 17 cm (etwa Gehörabstand) eingehalten werden. Vorhandene Unterschiede in der Laufzeit können für positive Zeit-Differenzen durch Korrektur abstandsbedingter Zeitkonstanten, z. B. durch Laufzeitglieder, kompensiert werden. Mehrere Systeme (parallel und koaxial, passiv und aktiv, laufzeitversetzt) verstärken die Wirkung. Eine Anordnung zur Laufzeitkorrektur ist in Abb. 1d veranschaulicht.
  • b) Polarisierte Schwingungen sind für jede Raumachse auf je ein polarisiertes Aufnahmesystem übertragbar. Die Wiedergabesysteme können dann ein polarisiertes Abbild jeder Koordinate des Aufnahmeraumes übertragen. Idealerweise werden Laufzeit- und Intensitätsverhältnisse des Aufnahmeraums im Wiedergaberaum in jeder Achse reproduziert. Dies ist bei gleichen Abständen der Aufnahme-/Wiedergabe-wandler voneinander möglich.
  • c) Der über ein- und austretende Energien im Aufnahmeraum komponentenweise gemessene akustische Fluß (angestoßen durch Lautsprechermembranen) wird im Wiedergaberaum mit möglichst hoher geometrischer bzw. laufzeitadaptierter Korrelation reproduziert. Theoretisch werden für eine gehörrichtige Reproduktion jeweils mindestens zwei Dipole mit möglichst vier Wandlern benötigt (= ein Kreuzdipol mit seinen jeweils gehöradaptiven Komponenten) . Subjektiv genügt aufnahme- und widergabeseitig schon ein einzelner Stereo-Dipol, ein durch Superposition entarteter antiparallel (Winkel 180°) und monolithisch gewordener "Kreuzdipol".
  • d) Im Wiedergaberaum laufzeitversetzt angeordnete Boxen und Schallwände sind bekannt, doch enthält schon ein System in sich selbst Laufzeitdifferenzen. Die Wandler arbeiten möglichst längenadaptiert und laufzeitversetzt, wodurch der Schallfluß im Raum wie durch eine Pumpe weitergeleitet wird. Der Aufnahmeraum kann laufzeitgenau mit mehreren Aufnahme-Dipol-Linien (Zeilen, Spalten) durchzogen werden. Die bis auf eine Zeitkonstante (Verzögerung) kanalweise phasengleiche Ansteuerung geometrisch gleicher Wiedergabesysteme im Wiedergaberaum kann dann den ursprünglichen Schallraum ungewöhnlich weitgehend reproduzieren. In Abb. 1a ist der Laufzeitversatz mit T bezeichnet.
  • e) Die rein subjektive exakte elektronische Kompensation von Fehlern der Laufzeit und Intensität ist schwierig. Bei dem erfindungsgemäßen System genügen hierfür jedoch bereits zwei Dipol-Systeme als Ersatz für vier Surround-Lautsprecher herkömmlicher Surround-Systeme.
9. Abgrenzungen (Disclaimer)
• Trennende oder reflektrierende System-Wände und -Knicke be- oder verhindern einen progressiven Energiefluß.
• Erzeugte reflektierte Wellen laufen zur Originalwelle invertiert und heben diesen akustischen Fluß z. T. auf.
• Diese stehenden Komponenten verfälschen den Fluß, die originale, primär akustisch polarisierte Charakteristik.
• Der Erfindung entsprechen dagegen Wellen, die bereits invertiert erzeugt werden, um erst durch Reflexion ihre definitive Charakteristik zurückzugewinnen, um weitgehend erst in dieser Form abgestrahlt zu werden.
• Die Physik verlangt gemäß obigen Ausführungen unter 3.2a idealerweise laufzeitadaptiert gleichsinnige Membranauslenkungen. Künstliche Umpolung wirkt spektakulär, korreliert aber selten oder nur mit einer Komponente mit der Aufnahmeseite. Das bedeutet, daß extreme Raumeffekte (Ringfluß) durch Manipulation von Elementen der Erfindung, speziell der Laufzeit, möglich sind, da nur die Wirkung der Systemhülle im Außenbereich des Systems darüber entscheidet.
• 9.1 Konventionelle Mikrofonanordnungen mit gerichteter Wirkung
  Bekannte Aufnahmesysteme mit zwei entgegengesetzt gerichteten Mikrofonen pro Stereo-System haben durchaus manchmal schon einen geringfügigen Polarisierungseffekt, der aufgrund der großen Empfindlichkeit des Gehörs sogar hörbar sein kann. Dies ist aber ein sekundärer Effekt. Dieser Effekt hat ohne explizite, die Wellen primär polarisierende Maßnahmen wie Erzeugung von primär progressiven, also reflexions- und möglichst auch beugungsarmen Wellen entlang Linien einer gehöradaptiven Aufstellung und Aufnahme nach dem o. g. Prinzip mit der Erfindung nichts zu tun.
  • a) Schallwellen im Raum erzeugen auf großen, den Schall gut leitenden Flächen bzw. Körpern zweidimensionale Oberflächen-Wellen (2D-Grenzflächen-Wellen) . Eine solche bereits (von 3D zu 2D) flächenhaft entartete OberflächenWelle wird bekanntermaßen vom Grenzflächen-Mikrofon genutzt, dessen Aufnahmen äußerst räumlich wirken können. Polarisation wird jedoch erst durch eine zusätzlich Krümmung einer bereits flächenhaft entarteten Raumstruktur, z. B. Biegung einer ebenen Grenzfläche zum Rohr oder zur Rohrhalbschale, erreicht. Die Welle entartet in diesem Teilraum zu einer linienhaft (1D) progressiv laufenden, ebenen Welle. Gestreckte Formen, z. B. Zylinderformen, können aufnahme- und wiedergabeseitig solche durch endständige Pole begrenzte Strecken bilden, auch in oder an Grenzflächen.
  • b) Mit dem bekannten Druckgradienten-Mikrofon ist ein erster Schritt in Richtung auf das erfindungsgemäße Mikrofon gemacht. Der schematische Aufbau ist prinzipiell derart wählbar. Gemäß der Erfindung sind aber zwei gleiche Membranen für je einen eigenen Übertragungskanal erforderlich. Außerdem sind die Abstände der endständigen Membranen bei den erfindungsgemäßen Mikrofonen größer gewählt, z. B. entsprechend dem Gehörabstand. Sie nutzen die akustische Polarisation entlang der erzeugten Strecke (Linie).
    Vergleichbares gilt wiedergabeseitig für Druckgradienten-Lautsprecher.
  • c) Eine partiell polarisierte Aufnahme erfolgt z. B. mit dem bekannten ORFT-Mikrofon. Bei diesem verbindet ein Rohr die beiden endständigen Aufnahmekapseln. Die von diesem Rohr weit abgesetzten Kapseln befinden sich schon außerhalb der unmittelbaren Rohr-Richtwirkung und sind zu einem Winkel von ca. 110° geknickt. Da ihr Gesamtabstand nur ca. 17 cm beträgt, ist die Richtwirkung des weit kürzeren Zwischenrohres ohnehin nur gering. Zusätzlich unterscheidet sich dieses Mikrofon hinsichtlich des Innenaufbaus von der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung.
  • d) Das bekannte Kugelflächen-Mikrofon (KFM) weist wie das erfindungsgemäße Mikrofon zwei seitliche, einander gegenüberliegende Wandler auf. Seine Aufnahmen zeichnen sich ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Mikrofon durch bestechende Räumlichkeit aus. Dieses Mikrofon entspricht jedoch ebensowenig wie der Kunstkopf dem erfindungsgemäßen Vorschlag, weil die Kugel konzentrisch wirkt und jede Polarisation durch Raumachsen (Zylinder- oder elliptische Koordinaten) fehlt.
    • Wiedergabeseitig wäre aber aufgrund viel größerer Wandler ein Kugel-Mittelsegment (besser Ellipse) wählbar.
    • Wie beim Kugelflächen mikrofon (KFM) (seitliche Wandler) ist der Frequenzgang hier bezüglich der Stereo-Hauptachse zu optimieren.
    • Das Kugelflächen mikrofon (KFM) ist auch ein entartetes Grenzflächen-Mikrofon. Letzteres nutzt bereits eine flächig entartete laufende Oberflächenwelle (hier: auf der Kugel umlaufend) aber ohne jede linienhafte Entartung, also Polarisation, gemäß der Erfindung.
  • e) Für Aufnahmen mit Richtmikrofonen werden bekanntermaßen Rohre bei Rohr-Richtmikrofonen und ebene oder Parabol-Reflektoren zur Schallbündelung in Aufnahmerichtung genutzt. Diese Richtmikrofone werden auf eine von mehreren Schallquellen gerichtet, um Nebenquellen auszusondern. Beim Stereo-Dipol wird.primär nicht dieser Richtwirkungseffekt genutzt, sondern hauptsächlich die unselektive, dazu teils orthogonale Charakteristik. Die Gesamtwirkung berücksichtigt unselektiv viele Quellen, besonders die gehöradaptiv gerichtete Charakteristik; sie ist also insgesamt unselektiv. Ein derartiger nicht selektiver Aufnahme-Dipol gemäß der Erfindung, z. B. ein Rohr oder Röhrchen mit eingeklebten Membranen gemäß Abb. 2, möglichst mit Dämpfung, wird dabei höchstens zufällig in Richtung einer bestimmten Aufnahmeschallquelle zeigen, ohne selektiv zu wirken. Wie beim Kugelflächen-Mikrofon zeigen die Wandler nur zufällig auf ein spezielles Aufnahmeobjekt von mehreren.
• 9.2 Wiedergabe-Seite
  Jeder Elementar-Rechteckimpuls einer Schallwelle kann wie ein Druckstoß betrachtet werden, der von einer Luftpumpe erzeugt wird, die auf der zweiten Seite offen oder mit einem zweiten Kolben (Membran) abgeschlossen ist. Bekannte Lautsprecher-anordnungen verwenden aber keine primäre Polarisation im Sinne der Erfindung (weitgehend komplanare, progressive, laufzeitversetzt ebene Welle von meist endständig strahlenden Polen - vgl. Abb. 1a: Radiale Auslenkungen bei T1, T2).
  • Bei idealer Resonanzunterdrückung (speziell Umfangsresonanz) entstehen beim erfindungsgemäßen System weitgehend nur progressive (laufende) Wellen. Sie enthalten dabei keine wesentlichen regressiven oder stehenden Anteile. Die Kombination der erfindungsgemäßen Elemente reproduziert dabei den Effekt mehr oder minder signifikant. Einige sekundäre Resonanz-Anteile toleriert das Prinzip dabei durchaus, speziell im Tieftonbereich.
  • Trenn- und und Reflexionswände lassen den Effekt nur noch partiell (als Sekundäreffekt) wirken. Die entstehenden signifikant reflektierten Anteile und stehenden Wellen (Resonanzen) zerstören dabei weitgehend den primären Polarisationseffekt der monodirektional laufenden Wellen, also die möglichst reine Progression ohne Regression. Durch Überlagerung progressiver und regressiver Wellen entsteht eine stehende Welle, bei Mehrfachreflexion mit einer Frequenzselektion eine Resonanz. Ebenso bilden die Montagewände und andere innere Wände in relevantem Ausmaß Hindernisse für den Energiefluß, der sich dann auf den Außenraum beschränken muß. Die Fehler sind aber aktiv weitgehend kompensierbar.
  • Die Bedingung weitgehend fehlender Reflexion erfüllen aber auch schallschluckende Innenräume (Schallsumpf). Die innere Kopplung zwischen den Wandlern ist zwar gestört, aber das Verhalten der Systemhülle entscheidet. Sie kann durch zusätzliche Maßnahmen, speziell elektronischer Art (selektive Verstärkung, z. B. durch Equalizer, elektronische Kopplungen, simulierte Laufzeiten) zu ähnlichem und gleichartigem Verhalten gebracht werden. Die Laufzeitschaltung T(L) gemäß Abb. 1d korrigiert die innere Kammertrennung.
  • Jede aktive Lautsprechermembran wirkt für die ankommende Welle des anderen aktiven Wandlers (Stereo-Kanals) passiv und näherungsweise wie eine Öffnung. Bei idealer Phasenkorrelation zwischen Aufnahme und Wiedergabe würde der im System aufgebaute transversal wirkende Druck minimal.
  • a) Handelsübliche konische Wandler haben wenig Phasentreue, wodurch die Wiedergabe der Höhen leidet. Relevant schiefwinklig angeordnete Membranen oder Trennflächen sind noch weniger geeignet. Bereits die schiefwinklige Anordnung von zwei im Verhältnis zu wichtigen Wellenlängen großen, ebenen starren Membranen führt durch entgegengesetzte Phasenanteile am selben starren Objekt zu einer Löschung bestimmter Frequenzen. Dazu kommen noch relevante Reflexionen, so daß die Kriterien der Erfindung nicht mehr erfüllbar sind.
  • b) Resonanzen der Gehäuse sind bei den konventionellen Systemen als stehende Wellen (Resonanzverstärker, Baßreflex, Frequenzgang-Glättung) zum Teil erwünscht. Bei dem erfindungsgemäßen System dagegen sollen solche Verfälschungen möglichst vermieden werden. Bei Anordnungen gemäß 2.3 entstehen aber an starren Montage- oder Trennwänden Reflexionen oder Vibrationen, die einen eventuell partiell erzielten Polarisationseffekt mit der superponierten Welle merklich stören. Dafür ist eine möglichst systemadäquate und optimierte Charakteristik der Wandler sinnvoll.
  • c) Die oben unter 2.3c erwähnte "flexible tube" besitzt z. B. eine Trennwand mit harter Schallreflexion. Auch andere Rohranordnungen entsprechen nicht der Erfindung. Dennoch können sie wie am einfachen Rohr bei gleichsinniger oder zueinander (stereophon) systemadäquat laufzeitversetzter Ansteuerung im für den Außenraum relevanten Verhalten ein Ringfeld erzeugen und entsprächen dann dem erfindungsgemäßen System für geringere Qualitätsansprüche.
  • d) In bekannter schräger aktiver oder passiver Anregung von Rohren können grundsätzlich polarisierte (vektorielle) Komponenten erzeugt werden. Eine im Minimalabstand einer starren Schräge früher ankommende Welle stimmt aber nicht mehr mit der später ankommenden, z. B. im Maximalabstand, überein und verfälscht sie stark.
    • Die Schräge verursacht an starren Membranen Laufzeitdifferenzen am selben Objekt, zwischen oben und unten, die bei höheren Frequenzen relevant werden und zur Löschung führen können. Bei flexiblen dünnen Membranen (vgl. MANGER-WANDLER (R)) wird diese Löschung dagegen durch eine auf der passiven Seite quer über die Membran laufende Welle weitgehend verhindert, so daß diese Welle kaum verfälscht in den Außenraum weitergeleitet wird. Beim passiven Durchlaufen eines solchen flexiblen Kontinuums (plastische Haut) bleiben ausreichende Komponenten polarisiert.
  • e) Auch der oben unter 2.3c erwähnte STEREOLITH verursacht Reflexionen, die an den Schrägen teilweise zum Gehäuseboden weitergeleitet und nochmals reflektiert werden. Durch die relativ sehr großflächige schräge Anordnung der reflexionsarmen Lautsprecher sind aber durchaus wesentliche Anteile zwischen je zwei Lautsprechern direkt gekoppelt. Es entstehen für höhere Frequenzen jedoch relevante Phasenfehler, welche durch die unterschiedlichen Laufzeiten der dort verwendeten konischen, starren und zudem noch schräg angeordneten Lautsprecher bedingt sind.
• 9.3 Einige tolerierbare, aber verbesserungsfähige Mängel
  • a) Theoretisch lösen flexible statt starre Membranen einen Teil der Phasenprobleme. Ein komplanares Feldbild ändert sich zudem, infinitesimal gesehen, auch bei leichteren Krümmungen und Knicken nicht relevant. Phasenfehler starrer Membranen in Winkelanordnung wären daher theoretisch weitgehend im Sinne der Erfindung kompensierbar, z. B. durch gebogene Verbindungsrohre im Gehäuseinnern. So könnten durch Modifikationen bekannter Lösungen nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag auch axiale Komponenten erzeugt werden.
  • b) Die unangenehme singuläre Umfangsresonanz eines Zylinders sollte möglichst unterdrückt werden, zumal sie meist etwa der gleichen Resonanzfrequenz von eingepaßten, z. B. eingeklebten Wandlern entspricht. Neben einer unökonomischen resonanzhemmenden Wanddicke helfen auch variierende Rohrquerschnitte. Hierbei stellen Ellipsen und Hyperboloide zuverlässige Näherungsformen des Zylinders dar. Querschnittsänderungen erzeugen jedoch bei allen longitudinalen Strömungen bekanntermaßen Querkomponenten. In Querschnittsrichtung aus diesem Grunde verstärkt entstehender Druck und Zug bildet bei allen nichtzylindrischen Formen eine zwangsläufige Störung.
  • c) Der Aufbau von Innendruck-Querkomponenten ist sehr weitgehend durch eine innere Längsstrukturierung, z. B. durch Rohre und Röhrchen eliminierbar. Luftdurchlässig längsstrukturierte, sogar geschachtelte Bündel bewirken eine Dilatation der zunächst kugelförmigen Wellen-Ausbreitung. Die konzentrische Elementarwelle wird in Längsrichtung verformt, z. B. durch längenvariante innere Röhrchen, Wellpappe als effiziente Billigstlösung, aufgerollten Bast und/oder Kunststoffolien mit Abstandhaltern. Eine Ausbreitungsrichtung wird bei diesen Lösungen stärker gefördert, während andere Ausbreitungsrichtungen unterdrückt werden. Ein im Umfang leicht luftdurchlässiges laminiertes Rohr behindert, auch bei einfachen Lösungen, den Druckaufbau und die Umfangsresonanz. Ein Bündel gleich langer Röhrchen kann zur Bildung diverser Grundformen ganz unterschiedlich verformt werden. Verschiedene Querschnittsgestaltungen sind in den Abb. 2e bis 2g und 4 dargestellt und Gegenstand der Ansprüche 7 bis 9.
  • d) Gleichsinnige Ansteuerung des erfindungsgemäßen Systems durch umgepolte Lautsprecher führt bei der Wiedergabe vieler Aufnahmen subjektiv häufig zu einer äußerst spektakulären Öffnung des Raumes. Bei Verwendung von ONE-POINT-Stereoaufnahmen mit großer Korrelation zwischen dem Aufnahme- und Wiedergabeabstand der beiden jeweiligen Schallwandler (48 cm) wirkt die Wiedergabe subjektiv noch breiter und natürlicher.
  • f) Echte Stereosignale besitzen stets Amplituden- und Phasenunterschiede. Diese werden aufnahmeseitig bereits durch gegebene oder bewußte Unsymmetrie bei der Mikrofonaufstellung (z. B. ONE-POINT-Aufnahme) erreicht. Reine Monosignale verursachen bei gleichsinniger Ansteuerung des akustisch polarisierten Stereosystems im schalltoten Raum eine Auslöschung auf der System-Mittelsenkrechten. Auch in Wiedergaberäumen wird diese durch Unsymmetrien und Wandreflexionen korrigiert. Mittels Klangprozessor können Monoanteile auf vorbekannte Art selektiert und, wie bei einem Surround-System, zu einem separat wiedergegebenen Mittenkanal zusammengeführt werden.
  • g) Das erfindungsgemäße System wirkt phasen-stereophon. Wo bisher mehr als zwei Aufnahmekanäle zu einer Art "Mischpult-Stereophonie" zusammengeführt, also summiert und konventionell intensitäts-stereophon (amplituden-stereophon) wiedergegeben worden sind, kann dies Ortungsfehler erzeugen.
• 9.4 Transversal eindimensional polarisiertes Schallfeld
  • a) Aufgrund bisheriger Betrachtungen wird deutlich, daß ein eindimensional transversal polarisiertes Schallfeld durch Bündelung (Schichtung) paralleler Ebenen mit Abstandshaltern statt durch Bündelung von Rohrformen erreicht wird. Wenn z. B. senkrechte parallele Ebenen eine Rohrform bilden, werden die waagrechten Komponenten unterdrückt, da sie zu den Schichten orthogonal liegen, d. h. parallel zu den Flächenvektoren der Schichtung. Anstelle der eindimensionalen, röhrchenförmigen Strukturierung finden zweidimensionale ebene Strukturen (Schichten) Verwendung. Dabei wird nur eine einzige transversale Komponente der Welle unterdrückt. Es ist anzunehmen, daß derart polarisierte akustische Wellenformen auch anders nutzbar sind.
    In Abb. 1b sind Röhrchenstrukturen dargestellt.
  • b) Die oben beschriebene Struktur entspricht der Erfindung. Wird sie z. B. in Längsrichtung eines Rohres aus elastischem Schaumstoff eingesetzt, so wirken z. B. Tieftonkomponenten transversal verstärkt auf den Rohrmantel. Die longitudinal endständigen Mittel- und Hochton-Membranen geben die höheren Frequenzen ab. Um den akustischen Kurzschluß in Wandlernähe zu unterdrücken, kann der Rohrmantel dort steifer als in der Mitte gewählt werden.
  • c) Alle zur jeweiligen Primäranordnung (Wandler, Polarisator) parallelen passiven und aktiven Systeme (interne und externe) können die Polarisation durch Bündelungseffekt verstärken. Allgemein liefern alle parallelen, auch längswärts geschachtelte oder gespiegelte Elemente, eine Effektverstärkung. Parallele Hoch-, Mittel- und Tiefton-Systeme und laufzeitkorrekt phasenversetzte Anordnungen, interne und externe, sind sinnvoll.
10. Zusammenfassungen
• 10.1 Eindimensionale longitudinale Strukturierung
  Eine Monoquelle am einseitig geöffneten Rohr erzeugt den Polarisationseffekt. Die zweite Öffnung ist durch eine passive Membran, z. B. einen ausgeschalteten zweiten Lautsprecher, ersetzbar. Erst die Stereoanordnungen verdeutlichen den Effekt.
  • Eine aktiv angesteuerte Membran, z. B. ein gerichteter Impuls, erzeugt die primäre progressive Schallwelle.
  • Eine laufzeitverzögert passiv reagierende zweite Membran oder eine Öffnung behindert den Aufbau von Luftdruck.
  • Das Rohr bündelt dabei den Schall longitudinal in der Hauptrichtung, wie vom Rohr-Richtmikrofon bekannt.
  • Der vorzugsweise gedämpfte Innenraum behindert Längskomponenten kaum; sie treffen laufzeitversetzt am Rohrende ein.
  • Auch eine außen, entlang dem Rohr laufende Welle wird am Rohrende zeitversetzt reproduziert.
  • Im Gegensatz zum geschlossenen Gehäuse besitzt das offene Rohr in Längsrichtung keine reflektierende Fläche.
  • Sinnvolle Dämpfung eliminiert störende, besonders Umfangs- bzw. Querresonanzen der Schallwelle.
  • So entsteht ein etwa laufzeitgleicher Schallfluß in einem Körper bzw. um einen Körper herum.
  • Selbst kleinere Laufzeitunterschiede liefern noch einen subjektiv erkennbaren räumlichen Effekt.
  • Ein direkt oder vom Wandler angestoßenes dünnes Rohr bewegt sich reaktiv quasi zeitgleich longitudinal.
  • Eine gegenüberliegende Membran kann reaktiv eine quasi unverzögerte gleichsinnige Bewegung erfahren.
  • Durch Membranen abgeschlossene Ellipsoide oder das Mittelstück einer Kugel sind Näherungsformen.
  • Wie Boxen verhindern Gehäuse in Rohrform mit endlicher Abmessung den direkten "akustischen Kurzschluß".
  • Im ortungs-irrelevanten Baßbereich, unter ca. 100 Hz, können Querresonanzen zugelassen werden.
  • Eine Rohrform ist nicht unbedingt zylindrisch. Elektronische Laufzeitsimulationen verbessern das System.
• 10.2 Einige wesentliche Eigenschaften
  • a) Folgendes spricht bei ausreichender Unterdrückung der vorhandenen (Quer-)Resonanzen für tangentiale, also axial gerichtete Wellenausbreitung und damit für eine, zumindest lokal, deutliche Schall-Polarisierung:
    • Entlang dem (Verbindungs-)Rohr ist, besonders bei Baßfrequenzen, deutlich tangentialer Luftzug spürbar.
    • Durch seitliche (axiale) Schallabstrahlung sind die Lautsprecher bei gleichsinniger Phase kaum noch ortbar.
    • Wie ein Empfangs-Dipol arbeitet ein in Richtung des aktiven akustischen Dipols ausgerichtetes Gehör optimal.
    • Äußere Trennkörper, auch Positionierung hinter Körpern, können den Effekt verbessern. Die Welle umläuft sie.
    • Sogar im Freien, auf Beton oder Erde liegend, macht das System den Effekt deutlich erkennbar.
    • Aufeinanderliegende Längsspalten im laminierten zylindrischen Mantel klirren auch bei hoher Ansteuerung nicht.
    • Auch bei entsprechender anderer Bauweise vibriert das Gehäuse (Rohr) in Querrichtung kaum.
    • Das an ein 2 mm dickes Edelstahlrohr herangehaltene Ohr registriert z. B. nur einen leisen, entfernten Klang (in Abb. 4 ist ein laminiert aufgebautes Rohr dargestellt).
  • b) Mit den Patentansprüchen sind Verfahren und Vorrichtung zur primären Erzeugung und Nutzung von durch schwingende Körper erzeugten polarisierten akustischen Wellen allgemein gekennzeichnet. Die Unteransprüche sind auf spezielle Ausführungsbeispiele gerichtet. Die gewählte Wandlertechnik, auch unangepaßte Lautsprecher, nicht dem Polarisationsprinzip angepaßte Wandlerpaare, derzeit noch unpolarisierte Aufnahmetechnik, ist dabei sekundär.
  • 10.3 Einige Varianten
    Die Polarisatoren, Polarisator-Formen, akustische Leiter, Effektverstärker und Wandler können in vielfältiger Weise, z. B. durch folgende Maßnahmen variiert werden:
    • a) Durch Bildung akustisch polarisierter Dipole, speziell gebildet durch koaxiale Anordnung je eines Wandlerpaares mit dazwischenliegender polarisierender materialler Verbindung, dem sogenannten akustischen Leiter zur Polarisierung.
    • b) Durch unterschiedliche Wirkungshauptachsen (Polarisationsachsen), insbesondere geometrische Längsachsen.
    • c) Durch Körper (Schall-Leiter, Isolatoren) bzw. deren Oberflächen, mit zur Polarisation nutzbarer Hauptrichtung.
    • d) Durch näherungsweise kreisförmige, elliptische oder polygonale, insbesondere rechteckige Querschnitte.
    • e) Durch rotationssymmetrische akustische Leiter, insbesondere einfache Rohre aber auch näherungsweise runde, elliptische oder hyperbolische, doppelt konische (rautenförmige) oder andere eckige Rotationsflächen.
    • f) Durch beliebig zylindrische, speziell runde, polygonale, z. B. rechteckige, auch stellenweise verjüngte oder erweiterte Querschnitte, also variierende Querschnittsflächen ohne wesentliche Reflexionseigenschaften.
    • g) Durch möglichst laufzeitadaptierte phasengleiche Erregung, jedoch auch Zwischenformen bis zur gegenphasigen Erregung mit dem Ziele einer Stereo-Wiedergabe/-Aufnahme mit subjektiv sehr räumlicher, stark verbreiterter Stereo-Basis.
    • h) Durch monodirektional geordnete Systeme, insbesondere mit mehreren quasiparallel auch antiparallel oder entlang Linien gebündelten Systemen, mit der Laufzeit zwischen den Systemen angepater Ansteuerung.
    • Mit aktiven Systemen (Verstärkung der Polarisation im Raum durch mehrere entlang Linien polarisierte Systeme mit Zuordnung von einem oder mehreren akustischen Wandlern je Polarisator, speziell auch laufzeitversetzt).
    • Mit passiven Körpern, Fasern oder laminierten Körpern zur Längswellenverstärkung (Querwellen-Unterdrückung).
    • Mit aufgeteilten Polarisatoren oder akustischen Leitern, speziell Zuordnung je eines Leiters (Gehäuses, Rohrs) pro akustischem Wandler in entgegengesetzter, insbesondere antiparalleler Anordnung derart, daß durch gegenseitige Superposition der Einzelwellen eine Differenz- bzw. Additions-Welle ensteht, die polarisiert wirkt.
    • Mit parallel oder koaxial laufzeitverzögert angeordneten Wandlern oder kompletten·Systemen zur Bildung eines neuen Systems.
  • i) Durch Polarisationsverstärker, die in einer Vorzugsrichtung (äquivalent: Quer-Suppressoren) wirksam sind, insbesondere
    • mit gerichtet wirkenden Polarisatoren aus materiellen Körpern, Oberflächen oder gebündelten (Rohr-) Strukturen,
    • mit in der Erregerachse liegenden oder zu ihr (quasi-)parallelen aktiven und passiven Polarisatoren oder Resonatoren.
  • k) Durch Erregung akustischer Längswellen bzw. polarisierter Oberflächenwellen längs einer Polarisationslinie eines Körpers und seiner Nutzung. Hierbei kann wiedergabeseitig dies sogar eine direkte (elektromagnetische) Schwingungserregung (einer Membran z. B.) an einem elektrisch oder magnetisch leitenden Körper, speziell an oder in einem metallischen Rohr sein, so daß dadurch akustisch polarisierte Schwingungen entstehen.
    • Durch gebündelte Flächen mit Abständen (parallele Ebenen) entstehende transversale Polarisation.
  • 1) Durch Krümmung oder mäßige Knickung der Hauptrichtung oder Anordnungsachsen, speziell orthogonal zu Zuhörern oder aufnahmeseitig zu natürlichen Quellen zwecks Erzeugung eines möglichst guten räumlichen Eindrucks ohne Direktschall aus einem Lautsprecher, z. B. um Zuhörer/Tonquellen herum, oder von ihnen weggerichtet (zu ihnen überall etwa orthogonal, also mit Achsrichtung überall etwa in Richtung der Ohren).
  • m) Durch Anordnung von polarisierten Systemen in mehreren Raumachsen zur Erzielung von 2D- oder 3D-Effekten.
  • n) Durch wiedergabe- und aufnahmeseitig abgestimmte Geometrie oder/und Phase aller Membranen und Systeme.
  • o) Durch Hilfsfrequenzen (speziell hochfrequente Trägerfrequenz oder Resonanz) angesteuerte Systeme, also der Modulation einer beliebigen hochfrequenten, auch bereits ebenen akustischen Welle mit hörbaren Frequenzen.
  • p) Durch Ersatz einer aktiven Dipol-Membran durch eine passive, speziell die laufzeitversetzte Mono-Wiedergabe, wodurch auch zwei Mono-Quellen räumliche Effekte erhalten. Dies kann durch Ausschalten eines Lautsprechers erreicht werden. Wie eine Öffnung verhindert die passive Membran den Aufbau von Luftdruck im Innern mit Gehäusevibration und unterscheidet sich darin von festen Abschlüssen wie Trennwänden oder Schallwänden.
  • q) Durch energetisch andere akustische Anregung eines polarisierenden Körpers, speziell elektrostatische oder bipolare Anregung eines Magneten (statt über getrennte Lautsprecher-Membranen können Systeme durchaus direkt über (zwei) auf einen Körper bzw. seine Endflächen wirkende Kräfte axial zum Schwingen angeregt werden).
  • r) Durch eine beliebige in einer Hauptrichtung merklich verstärkt wirkende Struktur oder Oberfläche (Mantel), die zur primär polarisierten Wiedergabe/Aufnahme mittels Struktur oder Mantelwellen eines Körpers dient.
  • s) Eine Aufnahmetechnik gleicher Art erscheint sinnvoll. Speziell sollte ein 2D- oder 3D-System (Achsenkreuz orthogonaler Polarisatoren) 3D-Effekte vermitteln. Auch - in der Phase laufzeitmäßig abgestimmte - Zeilen und Spalten solcher Systeme sind denkbar.
  • t) Die zusätzliche Anbringung äußerer Trennkörper (Dämm-Material, Trennwand, Trennscheibe) kann von Vorteil sein. Dies schwächt akustische Kurzschlüsse im Nahbereich der Anordnung ab und verstärkt so den akustischen Fluß im Fernfeld. Ferner zusätzliche Anbringung einer anderen Trennwand, auch zwischen Zuhörer und Anordnung. Die Anordnung ist hierbei derart, daß zwei erfindungsgemäße Dipol-Systeme vier Boxen von Surround-Systemen ersetzen.
• 10.4 Ergänzende Bemerkungen
  • a) Das Gesamtsystem bildet einen aktiven, "akustisch polarisierten Stereo-Dipol". Dies ist ein axialer Strahler, der wie andere, z. B. elektrische, Dipole schwingt und dabei zwei akustische Wandler (Lautsprecher, Schallquellen) an den Polen (Enden) besitzen kann. In dem mit einem vorzugsweise gedämpften Rohr verbundenen Zwischenraum bilden sich in der Verbindungsachse dieses akustischen "Leiters" etwa parallele, polarisierte äquipotentiale Ebenen aus: Entlang der Oberfäche, also des Mantels, bilden sich progressiv laufende Wellen (Längswellen, Impulsgesetz). Dieser polarisierte akustische Dipol ist mit vorbekannten Dipolstrahlern (dipole speaker) nicht zu verwechseln.
  • b) Hohe Frequenzen bilden wiedergabeseitig vorwiegend ebene statt konzentrische Wellen (vgl. EP 0 500 294 A2, Spalte 2, Zeilen 11 bis 14). Diese sonst unerwünschte allzu gerichtete Struktur wird nun jedoch in gehöradaptiver (waagerechter) Richtung für ortungsrelevante Frequenzen nutzbar. Solche horizontal polarisierten, also etwa zum Gehör komplanaren Felder sollten sich im Idealfall einer Kopfhörer-Charakteristik (180°) annähern, denn die Wellenflächen treffen die in Feldlinienrichtung ausgerichteten Ohren gehöradaptiv von links und rechts, statt konventionellerweise mehr von vorn. Ihre Schwingungsrichtung liegt zur Gehörachse parallel.
  • c) Jede linienhafte Entartung bewirkt eine Polarisation, die zu nutzen Ziel der Erfindung ist. Wie bei optischen Systemen und Antennen schwächt bekanntermaßen Polarisierung störende Komponenten einer Schwingung ab. Diese Eigenschaft ist auch bei Beschallungsanlagen nutzbar.
  • d) Der Gradient der Energie einer (akustischen) Quelle ist stets eine gerichtete Größe, also ein Vektor. Seine zeitliche Änderung, die primär fortlaufende Welle (Zug), ist eine zur ankommenden Welle (Druck) negativ gerichtete Komponente. Daraus resultiert idealerweise eine laufzeitbezogen gleichphasige Ansteuerung des Systems. Daher sollten Aufnahmesysteme alle Komponenten in einem definierten Abstand aufnehmen, zudem evtl. polarisiert.
  • e) Ein polarisiertes Stereosignal ist auch mit minimal zwei polarisierten Monoquellen erzeugbar. Superposition zweier idealerweise antiparalleler, getrennter, polarisierter Monoquellen mit gehöradaptiver Ausrichtung führt zu einem polarisierten Stereo-Dipol. Beide sind in einem Gehäuse integrierbar und dann gekoppelt. Da eine aktive Quelle in der gegenüberliegenden Lautsprecher-Membran (wie eine Öffnung) eine passive Membranschwingung bewirkt, ist das aktive Signal dieses zweiten Lautsprechers der ersten Schwingung superponierbar.
  • f) Mehr als zwei beliebig verteilte Quellen lassen sich, z. B. mit den drei Komponenten ihrer Gradienten, in einem orthogonalen Achsenkreuz darstellen, bilden also einen 3D-Vektor in Richtung der Intensitätänderung und der Lauf zeitdifferenzen. Dies komplettiert in bisher nicht genutzter Weise die Rauminformation.
11. Von der ursprünglichen Idee zur Erfindung
• a) Die ursprüngliche Idee war, daß jeder Stab mit einer festen Länge mindestens eine Resonanzfrequenz besitzt. Die Hauptresonanz liegt bei einer Länge, die der halben Wellenlänge entspricht. Stäbe unterschiedlicher Länge von sehr kurz bis sehr lang sollten das gesamte hörbare Spekturm abdecken und in ihrer Längsrichtung zum Schwingen angeregt werden. Mit je einem an den Polen eines mit solchen Stäben gefüllten Rohres angebrachte Lautsprecher bzw. mit einem Lautsprecherpaar werden diese Stäbe zum Schwingen angeregt. Anstelle von Stäben sind Glasfasern unterschiedlicher Länge vorgesehen.
• b) Bei dieser Gelegenheit wurde festgestellt, daß der dabei gefundene Effekt auch ohne diese Maßnahmen, also gemäß der bisherigen Beschreibung, wirksam ist. Offenbar bewirken vorwiegend luftdurchlässige Zwischenräume den Effekt. Bei Umpolung eines Lautsprechers wird er sogar ohne großen Aufwand regelmäßig gut hörbar. Dabei können Röhrchenbündel verschiedener Längen verwendet werden. Es war anfangs noch nicht klar, ob die Luftsäulen der unterschiedlich langen Röhrchen schwingen und den Effekt erzeugen. Überraschend ist, daß selbst einfache, gedämpfte Rohre im gegenpoligen Betrieb eine deutlich erkennbare Wirkung zeigen, wenngleich das Klangbild dabei, auch aufgrund nicht systemadäquater Wandler, noch nicht befriedigt. Mit den beschriebenen Modifikationen sind diese Mängel weitgehend behoben. Die Erfindung reproduziert künstlich die Verhältnisse im Fernfeld der Kugelwelle mit großem subjetivem Gewinn. Dieses in Abb. 1a dargestellte Fernfeld entartet zu der Form gemäß Abb. 1b.
• c) Noch zu untersuchen ist, welchen Anteil die reaktiven Kräfte haben (actio = reactio), die axial (longitudinal) und nahezu ohne Zeitverzögerung wirken. Aufgrund der extrem hohen Schallgeschwindigkeit in Materie könnte jeder akustische Leiter, relativ zu den daraus resultierenden (sehr langen) Wellenlängen in Materie, ähnlich wie ein HERTZ'scher Dipol wirken, wie er speziell aus der Hochfrequenztechnik bekannt ist. Es kann sogar jeder Quelle des Außenraums ihre virtuelle Spiegelquelle im Innenraum des Körpers zugeordnet werden - oder umgekehrt.

Claims (38)

1. Verfahren zur Wiedergabe von akustischer Wellenenergie mit ortungsrelevanten Frequenzbereichen mit Hilfe von mindestens einem Schallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenenergie durch mindestens einen Körper mit selektiver Richtwirkung, welcher bezüglich der Wellenlänge der verwendeten ortungsrelevanten Frequenzen in Luft ein Dipolmoment bildet, in mindestens einer der drei Ausbreitungsrichtungen gegenüber den anderen Richtungen abgeschwächt bzw. unterdrückt oder verstärkt wird, wobei die Ausbreitungsrichtung gehörrichtig im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie der Ohren eines Hörers verläuft.
2. Verfahren zur Wiedergabe akustischer Wellenenergie mit ortungsrelevanten Frequenzbereichen mit folgenden Verfahrensschritten:

   - Erzeugen einer Schallwelle mittels wenigstens zweier aktiver Schallwandler, welche die zu einer Ortung nötigen relevanten Frequenzen übertragen;

   - Polarisieren der Schallwellen mittels wenigstens eines direkt an die Schallwandler gekoppelten Körpers, den die Schallwellen reflexionsarm im wesentlichen längs einer von zwei Endflächen des Körpers begrenzten Wirkungslinie durchlaufen,
   wobei der Vektor der Endflächen zu dieser Wirkungslinie näherungsweise parallel verläuft und durch den Abstand der Endflächen des Körpers ein Dipolmoment, also ein akustischer Dipol, gebildet wird;

   - reflexionsarme Weiterleitung der aus den Endflächen dieses Körpers austretenden Schallwellen.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einem Schallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler mit einem Körper (AC) verbunden ist, der sich in Ausbreitungsrichtung P der Schallwellen erstreckt, und den Schallwellen in Erstreckungsrichtung einen geringen und quer zur Erstreckungsrichtung einen größeren Widerstand bietet, so daß der Gradient in Querrichtung ein Maximum aufweist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit

   - wenigstens zwei Schallwandlern, welche die zu einer Ortung nötigen relevanten Frequenzen übertragen;

   - mindestens einem Körper, der die von den Wandlern erzeugten Schallwellen im wesentlichen als längs einer Wirkungslinie fortlaufende Welle zu zwei einander gegenüberliegenden, leicht beweglichen Endflächen des Körpers leitet,

   wobei die den Körper begrenzenden abstrahlenden Endflächen einen akustischen Dipol bilden.
5. Anordnung zur stereofonen akustischen Wiedergabe,

   - bestehend aus mindestens zwei im wesentlichen antiparallel ausgerichteten, vorzugsweise unmittelbar benachbarten Vorrichtungen nach Anspruch 3, welche vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind.
6. Vorrichtung bzw. Anordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß Membranen von Schallwandlern die Endflächen des Körpers sind und gleichsinnig oder gegensinnig schwingen.
7. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (AC) zur Verhinderung von Resonanzen im Innern eine ausreichende Dämpfung der Schallwellen besitzt, wobei der Dämpfungsgradient vorzugsweise orthogonal zur Richtung der Wirkungslinie verläuft.
8. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (AC) aus einem in Erstreckungsrichtung verlaufenden Rohr, einem aus mehreren Röhrchen zusammengesetzen Rohrbündel oder aus in Erstreckungsrichtung verlaufenden, gebündelten, längsgeschichteten und gegebenenfalls geschachtelten Stäben oder Fasern besteht.
9. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (AC) aus relativ zur Wellenlänge eng zusammenliegenden, zueinander parallel verlaufenden ebenen oder gerollten Lagen besteht.
10. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler ein Lautsprecher (W1, W2) ist.
11. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (AC) in Ausbreitungsrichtung reflexionsarm derart ist, daß der Fluß der akustischen Wellenenergie sich im wesentlichen progressiv in Ausbreitungsrichtung fortpflanzt und regressive Anteile der Wellenenergie unterdrückt werden.
12. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schallwandler eine möglichst ebene Membran aufweist, deren Flächenvektor insbesondere direkt auf der Wirkungslinie liegt.
13. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (AC) ein zylindrisches Rohr aus Metall oder Kunststoff ist, in dessen Enden Lautsprecher eingesetzt, vorzugsweise eingeklebt, sind.
14. Vorrichtung bzw. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Länge von 0,15 m bis 1 m, einen Durchmesser von 4,5 cm bis 10 cm und eine Wandstärke von 0,25 mm bis 2 mm besitzt und die Lautsprecher Breitbandlaufsprecher sind.
15. Vorrichtung bzw. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Metall, vorzugsweise aus hartgewalzten und gerollten Aluminiumblechen, besteht.
16. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr auf achsparallelen, als Reflektor dienenden Wandpaneelen angeordnet ist.
17. Vorrichtung bzw. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rohr von ca. 1 m Länge die Wandpaneele eine Länge von ca. 2,5 m und eine Achsendrehung zwischen 0° und 70° besitzen.
18. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in der Brennpunktachse von Kegelschnittformen, vorzugsweise von hyperbolisch geformten Flächen, angeordnet ist.
19. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zueinander ausgerichtet sind.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Schallwandlern versehene Körper (AC) gebündelt und derart angeordnet sind, daß deren Achsen parallel, insbesondere koaxial und/oder geschachtelt verlaufen, wobei insbesondere die Schallwandler mit laufzeitgleichen oder laufzeitversetzten Signalen angesteuert werden.
21. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole in mehreren Raumachsen ausgerichtet sind, die vorzugsweise orthogonal zueinander stehen.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 mit mehreren Schallwandlern, 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 Frequenzbereich ein akustischer Dipol gebildet ist.
23. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandler unter Ausnutzung natürlicher oder künstlicher Laufzeiten zur stereofonen Wiedergabe gesteuert und die von diesen erzeugten Schallwellenschwingungen ganz oder teilweise den Schwingungen des jeweils anderen Schallwandlers zeitverzögert überlagert werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23 mit mindestens zwei jeweils einem Kanal zugeordneten Schallwendlersystemen, dadurch gekennzeichnet, daß den Signalen eines Kanales zur elektronischen Simulierung natürlicher Laufzeit- bzw. Frequenzverhältnisse zeitversetzte Anteile der Signale des anderen Kanales überlagert werden.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz- und/oder Phasengang vorzugsweise mittels aktiver elektronischer Kompensationsschaltungen linearisiert wird.
26. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase vorzugsweise mittels variierbarer Laufzeiten zur subjektiven Optimierung veränderbar ist.
27. Verfahren zur Aufnahme von akustischer Wellenenergie mit ortungsrelevanten Frequenzbereichen mit Hilfe von mindestens einem Schallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenenergie durch mindestens einen Körper mit selektiver Richctwirkung, welcher bezüglich der Wellenlänge in Luft ein Dipolmoment bildet, in mindestens einer der drei Ausbreitungsrichtungen gegenüber den anderen Richtungen abgeschwächt bzw. unterdrückt oder verstärkt wird, wobei die Ausbreitungsrichtung gehörrichtig im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie der Ohren eines Hörers verläuft.
28. Verfahren zur Stereoaufnahme von akustischer Wellenenergie mit folgenden Verfahrensrensschritten:

    - Verfahren einer Schallwelle mittels wenigstens zweier Schallwandler;

    - Polarisieren der Schallwelle mittels eines direkt an die Schallwandler gekoppelten Körpers, den die Schallwellen im Innern reflexionsarm im wesentlichen längs einer von zwei Endflächen des Körpers begrenzten Wirkungslinie durchlaufen,
    wobei der Vektor der Endflächen zu dieser Wirkungslinie näherungsweise parallel verläuft und durch den Abstand der Endflächen des Körpers ein passiver akustischer Dipol gebildet wird;

    - reflexionsarmes Eintreten der Schallwellen in die Endflächen dieses Körpers.
29. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 28 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, welcher bezüglich der Wirkungslinie des Empfängers, insbesondere der Verbindungslinie der Ohren eines Hörers, gehörrichtig, vorzugsweise parallel hierzu, ausrichtbar ist.
30. Anordnung zur stereofonen Aufnahme,

    - bestehend aus mindestens zwei im wesentlichen antiparallel ausgerichteten, vorzugsweise unmittelbar benachbarten, Vorrichtungen nach Anspruch 29, welche vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind.
31. Vorrichtung bzw. Anordnung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen von Schallwandlern die Endflächen des Körpers sind.
32. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zur Vermeidung von Resoanzen im Innern Schallwellen ausreichend dämpft, wobei der Dämpfungsgradient vorzugsweise orthogonal zur Richtung der Wirkungslinie verläuft.
33. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper längsgeschichtete Faser- oder Rohrstrukturen enthält, die insbesondere längs seinen Wirkungslinien verlaufen.
34. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schallwandler eine möglichst ebene Membran aufweist.
35. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole parallel zueinander ausgerichtet sind.
36. Anordnung aus mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole in menreren Raumachsen ausgerichtet sind, die vorzugsweise orthogonal zueinander stehen.
37. Anordnung nach Anspruch 35 oder 36 mit menreren Schallwandlern, 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 Frequenzbereich ein akustischer Dipol gebildet ist.
38. Vorrichtung bzw. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß diese hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Phase der Wandlermembranen der Vorrichtung bzw. Anordnung zur Aufnahme nach den Ansprüchen 29 bis 37 entspricht.

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