NL1023702C2 - Luidsprekerzuil met een frequentieafhankelijke, akoestische lengte. - Google Patents

Description

LUIDSPREKERZUXL HET EEN FREQUENTIEAFHANKELIJKE, AKOESTISCHE LENGTE

5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een luidsprekerzuil, omvattende een behuizing met een voorwand en een aantal volgens een rechte lijn gerangschikte, in de voorwand opgestelde luidsprekers.

10 Dergelijke luidsprekerzuilen zijn algemeen bekend.

Dergelijke luidsprekerzuilen hebben een constante akoestische lengte. Dat wil zeggen dat aan elke luidspreker van de zuil hetzelfde signaal wordt toegevoerd.

Hierbij wordt opgemerkt dat het in principe mogelijk is 15 gebruik te maken van een enkele luidspreker om spraak en muziek weer te geven. Bij gebruik van een enkele luidspreker ontstaat een zwak richtingsafhankelijk effect. Dan wordt het effect waargenomen dat de hoge tonen zich enigzins bundelen, terwijl de midden tonen en lage tonen zich naar alle zijden 20 toe verspreiden, hetgeen, in het bijzonder in een gesloten matig akoestisch gedempte ruimte, kan leiden tot veel galm, hetgeen de verstaanbaarheid sterk verslechtert.

Om deze problemen te vermijden is het in de stand van de techniek bekend gebruik te maken van luidsprekerzuilen. Bij 25 dergelijke luidsprekerzuilen is de frequentieafhankelijke verspreiding van het geluidssignaal veel beter beheersbaar dan bij losse luidsprekers.

Ter illustratie wordt verwezen naar figuur 1, waarin een diagram is afgebeeld van een tot de stand van de techniek 30 behorende luidsprekerzuil. Door toepassing van een zuil wordt, in het bijzonder bij hoge frequenties, een plat . verspreidingsgebied verkregen.

1023702 I Zo toont figuur 1 dat het verspreidingsgebied van tonen I in het frequentiegebied omtrent 4 kHz zich volgens een plat I gebied uitstrekt. De verticale openingshoek voor frequenties I van 4kHz is bij de zuil klein. Geluiden in het I 5 frequentiegebied van rond 1 kHz strekken zich uit volgens een gebied dat zich in de richting dwars op de normaal van de I luidsprekerzuil wat verder uitstrekt, de verticale I openingshoek wordt groter. Geluidssignalen met frequenties van omstreeks 500 Hz zich binnen een gebied met een nog 10 grotere uitstrekking verspreiden in de richting dwars op de normaal van het voorvlak van de luidspreker zuil. De verticale openingshoek wordt nu zeer groot.

I Veelal worden dergelijke luidsprekerzuilen toegepast voor het verspreiden van gesproken mededelingen, zodat in het 15 bijzonder het spraakfrequentiegebied, dat wil zeggen tussen I circa 500 Hz en circa 4 kHz zo goed mogelijk moet worden weergegeven.

Bij het bovenstaande voorbeeld is dit alleen het geval I binnen het ruimtelijke gebied, waarbinnen de frequentie van I 20 4 kHz goed hoorbaar is; de lagere frequenties en midden I frequenties zijn, als gevolg van hun ruimtelijke verspreiding daar eveneens goed hoorbaar.

Het luistergebied van deze tot de stand van de techniek behorende luidsprekerzuil bevindt zich dus in de 4kHz lob op 25 en rondom het middenloodvlak van de akoestische as van deze I luidsprekerzuil.

Bij toepassing in grote ruimten, zoals vliegveldhallen, I stationshallen, stadions, evenementenzalen en dergelijke stuit een dergelijke oplossing op bezwaren; bij dergelijke 30 toepassingen is het immers alleen mogelijk de luidsprekers te plaatsen op het gebied boven het niveau waar de toehoorders zich bewegen.

I 1 02 3 702 I , 3

Dit leidt tot een situatie, zoals is weergegeven in figuur 2. Hieruit blijkt dat bij een dergelijke opstelling het effectieve gebied, waarin de door de luidsprekerzuil uitgezonden spraaksignalen goed hoorbaar zijn, sterk wordt 5 beperkt. Dit is alleen het gebiedje waar het 4kHz signaal aanwezig is.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke luidsprekerzuil, waarbij het verspreidingsgebied van het geluid beter beheersbaar is wat 10 resulteert in een groter luistervlak.

Dit doel wordt bereikt, doordat de akoestische lengte van de zuil, welke gedefinieerd is als de afstand tussen de het verste van elkaar gelegen, een signaal opwekkende luidsprekers, afhankelijk is van de frequentie van de door de 15 luidsprekers opgewekte signalen.

Hiermee is het mogelijk het verspreidingsgebied van elke frequentieband afzonderlijk te besturen, zodat het gehele verspreidingsgebied van het geluid beter beheersbaar wordt.

Uiteraard is het mogelijk een dergelijke luidsprekerzuil 20 te vervaardigen, welke voorzien is van bestuurbare, frequentieafhankelijke versterkers. Hiermee is uiteraard een optimale besturing uit te voeren, maar de kostprijs hiervan is aanzienlijk, temeer daar een dergelijke bestuurbaarheid eigenlijk alleen maar realiseerbaar is met behulp van 25 digitale signaalbewerking.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding verschaft dan ook de maatregel dat de luidsprekerzuil passief is. Hiermee wordt het gebruik van actieve componenten, zoals versterkers en digitale 30 signaalbewerking vermeden, zodat de kostprijs van een dergelijk systeem voorziene luidsprekerzuilen relatief laag is. Men maakt hierbij immers alleen gebruik van passieve, analoge filters toe te passen.

1023702 ' H Een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de akoestische lengte bij hogere frequentie afneemt.

Deze maatregel maakt gebruik van de fysische eigenschap 5 van de luidsprekerzuil dat geluidssignalen in het verticale I vlak worden gebundeld. Een grote akoestische lengte leidt tot I een klein, plat verspreidingsgebied, terwijl een kleine akoestische lengte leidt tot een groot, breed I verspreidingsgebied. Door voor lage frequenties een grotere I 10 akoestische lengte toe te passen, voor midden frequenties en I kleinere akoestische lengte toe te passen en voor hoge I frequenties een zeer kleine akoestisch lengte toe te passen, I wordt het optimale van de fysische eigenschap van de I luidsprekerzuil gebruikt.

I 15 Om, evenals bij de stand van de techniek, de luidsprekers I te kunnen plaatsen op een niveau boven het luistergebied, I hetgeen de schuine plaatsing van de luidsprekerzuil met zich I meebrengt, is het aantrekkelijk dat de luidsprekers a- I symmetrisch zijn gerangschikt. Dit levert een a-symetrische I 20 afstraling op. Dan wordt een goede geluidsverdeling verkregen I in het luistervlak, waarbij alle geluidssignalen I (geluidsspectrum) zo goed mogelijk hoorbaar zijn.

I Weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de I maatregel dat de luidsprekers zijn gerangschikt voor het I 25 verkrijgen van een luistervlak met zo groot mogelijke afmetingen.

Hiermee wordt het mogelijk een zo groot mogelijk gebied te laten bestrijken door een enkele luidsprekerzuil, zodat I het aantal benodigde luidsprekerzuilen zo klein mogelijk is.

I 30 Een andere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de luidsprekers in een aantal groepen zijn I ingedeeld, en dat elk van de groepen met een filter verbonden I is.

I 1 02 3 702 5

Het zal duidelijk zijn dat door toepassing van analoge filters een frequentieafhankelijk gedrag van de luidsprekers kan worden verkregen. Dit wordt gebruikt voor het verkrijgen van de variatie van de akoestische lengte van de 5 luidsprekerzuil.

Door de luidsprekers in te delen in een beperkt aantal groepen wordt het mogelijk de luidsprekers per groep van een filter te voorzien, zodat zo min mogelijk filtercomponenten noodzakelijk zijn.

10 Hierbij wordt erop gewezen dat het uiteraard evenzeer mogelijk is gebruik te maken van luidsprekers, waarvan het frequentiegebied inherent frequentieafhankelijk is. Ook hiermee wordt het mogelijk frequentieafhankelijk gedrag van de luidsprekers te creëren en daarmee de akoestische lengte 15 van een luidsprekerzuil de. variëren.

Een specifiekere uitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de luidsprekers in drie groepen zijn verdeeld; in het bijzonder, doch niet uitsluitend wanneer de luidsprekerzuil gebruikt wordt voor het hoorbaar maken van spraaksignalen, is 20 het mogelijk de frequenties in drie gebieden te verdelen. Hierbij wordt gewezen dat het uiteraard mogelijk is om de luidsprekers in meerdere groepen te verdelen.

Er wordt hierbij op gewezen dat de overgang van de ene groep luidsprekers naar de volgende groep luidsprekers 25 geleidelijk plaatsvindt. Hierbij spelen immers de frequentieafhankelijke karakteristieken en fasekarakteristieken van de toegepaste filters, eventueel in samenhang met de frequentieafhankelijke karakteristieken van de toegepaste luidsprekers een rol.

30 Men gaat thans van de veronderstelling uit dat de toepassing van filters van de eerste orde voldoende zijn voor het verkrijgen van de gewenste, weinig steile amplitude- 1023702 - 6 frequentiekarakteristieken. Hierbij wordt immers eveneens een zo vlak mogelijke fasekarakteristiek verkregen.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de luidsprekerzuil gedimensioneerd voor het verkrijgen van een 5 optimaal luistervlak dat zich onder een van 90 graden verschillende hoek ten opzichte van de voorwand van de luidsprekerzuil uitstrekt.

Een laatste uitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de luidsprekerzuil is gedimensioneerd voor het verkrijgen van 10 een zo klein mogelijke variatie van de perceptie van het geluidsniveau en geluidsspectrum (toonvariatie) binnen het luistervlak.

Het zal duidelijk zijn dat de geluidsdruk afneemt met een toenemende afstand van de luisteraar tot de luidsprekerzuil. 15 Dit effect kan worden gecompenseerd door een juiste specifieke plaatsing van de luidsprekers, waarbij voor alle frequenties binnen het luistergebied dit effect zoveel mogelijk wordt gecompenseerd.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden 20 toegelicht aan de hand van bijgaande figuren, waarin voorstellen: figuur 1: een schema van het afstraalgedrag van een tot de stand van de techniek behorende luidsprekerzuil; figuur 2: een schema ter verklaring van de effecten van 25 het schuin ophangen van een tot de stand van de techniek behorende luidsprekerzuil in het daarmee verkregen luistervlak; figuur 3: een perspectivisch schematisch aanzicht van een luidsprekerzuil volgens de uitvinding; 30 figuur 4: een schakelschema van de luidspreker volgens de uitvinding; figuur 5: een met figuur 1 overeenkomend schema van een luidsprekerzuil volgens de onderhavige uitvinding; en 1023702 7 figuur 6: een met figuur 2 overeenkomend schema van een luidsprekerzuil volgens de uitvinding en het daarmee verkregen vergroot luistervlak.

In figuur 1 is een luidsprekerzuil 1 volgens de stand van 5 de techniek afgeheeld die voorzien is van zes, equidistant geplaatste luidsprekers 2. Aan elk van de luidsprekers wordt hetzelfde, ongefilterde signaal toegevoerd.

Hierdoor ontstaat een afstraaldiagram, zoals in figuur 1 is afgebeeld. Dit afstraaldiagram is symmetrisch ten opzichte 10 van de luidsprekeras 3. Hieruit blijkt dat de "lob", waarin geluid in het frequentiegebied omtrent 4 kHz is, tamelijk smal is. De "lob", waarin geluid in het frequentiegebied omtrent 1 kHz hoorbaar is, is aanzienlijk breder, terwijl de "lob" 15 voor het frequentiegebied omtrent 500 Hz nog veel breder is en in het onderhavige voorbeeld bijna bolvormig is. Hierbij wordt er op gewezen dat aldus alleen binnen de "lob" van 4 kHz er sprake is van een goede verstaanbaarheid.

In figuur 2 is de situatie weergegeven, waarin een 20 dergelijke luidsprekerzuil 1 schuin geplaatst is boven een luistervlak. Het luistervlak is in figuur 1 met de stippellijn 4 weergegeven. Hieruit blijkt dat in het luistervlak de ruimtelijke uitstrekking van het gebied, waarin het signaal goed hoorbaar is, uiterst beperkt is.

25 In figuur 3 is een luidsprekerzuil 5 volgens de onderhavige uitvinding weergegeven. Deze luidsprekerzuil 5 omvat een voorvlak 6, waarin op ongelijke afstanden zes luidsprekers 7 zijn aangebracht. Het zal duidelijk zijn dat in plaats hiervan andere aantallen luidsprekers kunnen worden 30 toegepast, in afhankelijkheid van het te bereiken effect.

In figuur 4 is de elektrische schakeling van de luidsprekerzuil weergegeven. De elektrische schakeling omvat de zes luidsprekers (LS1-LS6), twee filters 8a,8b, een 1 02 3 70? H transformator 9 en aansluitklemmen 10, welke alle volgens het schema van figuur 4 met elkaar zijn verbonden.

De luidsprekers (LS1-LS6)zijn samengevoegd tot drie groepen, te weten een eerste groep (LS1,LS2,LS3), een tweede I 5 groep (LS6) en een derde groep (LS4,LS5) De eerste groep (LS1,LS2,LS3) is door middel van filter 8A verbonden met I transformator 9. De laatste groep, (LS4,LS5), is direkt I verbonden met de transformator 9, maar staan in serie met LS6 I (groep 2) en filter 8B.

I 10 De transformator 9 dient slechts ter aanpassing van de impedantie. Deze heeft verder geen invloed op het akoestisch gedrag van de luidspreker.

I Als gevolg van deze schakeling wordt het gehele frequentiespectrum toegevoerd aan de luidsprekers (LS4-LS5), I 15 terwijl signalen, waaruit de hoge tonen zijn verwijderd en I welke aldus alleen bestaan uit middentonen en lage tonen, I worden toegevoerd aan de groep (LS6). Het filter 8B is hiervoor gedimensioneerd. Het filter 8A dient voor het weg I filteren van de midden tonen en hoge tonen aan de I 20 luidsprekergroep (LS1,LS2,LS3).

Als gevolg van deze maatregelen ontstaat een afstraaldiagram, zoals in figuur 5 is weergegeven. Uit een vergelijking met figuur 1, welke de overeenkomstige situatie I bij de stand van de techniek weergeeft, blijkt dat de breedte I 25 van de "lobben" van frequenties omtrent 1 kHz en 4 kHz I aanzienlijk is vergroot. Hierdoor is het gebied, waarin spraak duidelijk verstaanbaar is, sterk vergroot. Dit blijkt I in het bijzonder bij schuine ophanging, wanneer het luistervlak 4 ontstaat. Dit is ook weergegeven in figuur 6.

I 30 Uit figuur 6 blijkt dat het gebied in het luistervlak, I waarin spraak goed hoorbaar is, aanzienlijk vergroot is ten I opzichte van de in figuur 2 weergegeven situatie.

I 1023702 ’ 9

Tevens wordt gewezen op de mogelijkheid, de luidsprekerzuil zodanig te dimensioneren, dat de verzwakking van de geluidsdruk met toenemende afstand van de luisteraar tot de luidsprekerzuil zo veel mogelijk wordt gecompenseerd 5 door de karakteristieken van de luidsprekerzuil, oftewel de vormgeving van de lobben. Dit moet voor elk van de frequentiegebieden geschieden. Dit levert als voordeel op dat in het luistervlak slechts geringe perceptuele geluidsniveau variaties en zeer geringe geluidsspectrum (toonhoogte) 10 variaties hoorbaar zijn.

Bovengenoemde maatregelen (luidspreker keuze, filtering en luidspreker positionering in de luidsprekerzuil) leiden er toe dat in de verticale openingshoek van 0 graden op de hoofdas tot 15 a 20 graden, de luidsprekerzuil 15 gecontroleerder afstraalt wat alle bovengenoemde voordelen oplevert.

Het zal duidelijk zijn dat de hierboven beschreven maatregelen op talloze wijze kunnen worden gevarieerd zonder buiten de uitvinding te vallen.

1 023 /02

Claims (8)

1. 2. Luidsprekerzuil volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de luidsprekerzuil passief is.
2. 3. Luidsprekerzuil volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de akoestische lengte bij een grotere frequentie I 15 afneemt.
3. 4. Luidsprekerzuil volgens een van de voorafgaande I conclusies, met het kenmerk, dat de afstanden tussen naburige I luidsprekers óngelijk zijn.
4. 5. Luidsprekerzuil volgens conclusie 4, met het kenmerk, 20 dat de luidsprekers a-symmetrisch zijn gerangschikt.
5. 6. Luidsprekerzuil volgens een van de voorafgaande H conclusies, met het kenmerk, dat de luidsprekers zijn I gerangschikt voor het verkrijgen van een luistervlak met zo I groot mogelijke afmetingen. I 25 7.Luidsprekerzuil volgens een van de voorafgaande I conclusies, met het kenmerk, dat de luidsprekers in een aantal groepen zijn ingedeeld, en dat elk van de groepen I luidsprekers met een afzonderlijke filter is verbonden.
6. 8. Luidsprekerzuil volgens conclusie 7, met het kenmerk, 30 dat de luidsprekers in drie groepen zijn verdeeld.
7. 9. Luidsprkerzuil volgens een van de voorafgaande I conclusies, met het kenmerk, dat de luidsprekerzuil is I gedimensioneerd voor het verkrijgen van een luistervlak dat I 1023742 zich onder een van 90 graden verschillende hoek ten opzichte van de voorwand van de luidsprekerzuil uitstrekt.
8. 10. Luidsprekerzuil volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de luidsprekerzuil is gedimensioneerd voor het verkrijgen 5 van een zo klein mogelijke variatie van de perceptie van het geluidsniveau en een zo klein mogelijke variatie in geluidsspectrum in het luistervlak. 1023702