NO168500B - Elektroakustisk transdusersystem til reproduksjon eller opptak av lyd. - Google Patents

Abstract

Et elektroakustisk transdusersystem til reproduksjon eller opptak av lyd, omfatter 2 k+1 transdusere av samme type og hovedsakelig med de samme egenskaper, idet k er et heltall, fortrinnsvis slik at 2 i k i 4, koblet til en felles elektrisk transmisjonskanal og fortrinnsvis anordnet pa linje med sarane innbyrdes avstand mellom de enkelte transdusere. Samtlige transdusere er koblet i et parallelt nettverk og slik at minst 4 og maksimalt 2 k transdusere har samme faseforskyvning, idet den ene transduser i minst ett par av de transdusere som er anordnet symmetrisk om transduseren i midten og med en avstand til denne fra hver transduser i paret som er et odde multippel av nevnte innbyrdes avstand mellom de enkelte transdusere, har sin fase forskjøvet 180° i forhold til den andre transduser i paret eller parene. Hver transduser i det eller de nevnte par hvor de enkelte transdusere befinner seg således i motfase og er koblet i parallell mellom henholdsvis en negativ og en positiv terminal pa de tilstøtende transdusere, idet faseforskyvningen av den eneransduser i paret eller parene skaffes ved at dette transduser er koblet i omvendt parallell. Systemet kan utfores med transdusere i form av mikrofoner. I det siste tilfelle oppnås ved bruk av 2 systemer en særlig god gjengivelse av lydfeltet ved reproduksjon av stereofonisk musikk.

Description

Oppfinnelsen angår et elektrisk transdusersystem av den art som fremgår av innledningen til krav 1, idet transduserne kan være høyttalere eller mikrofoner. Hvor systemet spesielt skal benyttes til stereofonisk reproduksjon av musikk er transduserne høyttalere.

Et elektroakustisk transdusersystem av den art som fremgår av innledningen til krav 1, er i hovedtrekk kjent fra US-PS nr. 4 399 328. Dette transdusersystem viser i likhet med den foreliggende søknads 2k+l transduserenheter, idet transduserenhetene har hovedsakelig identiske direktivitetsmønstre og hver transduserenhet innbefatter en transduser og en amplitude-kontrollinnretning for å justere omformingsfaktoren til den forbundne transduserenhet, slik at transduserenheter som er anordnet symmetrisk relativt til en sentral transduserenhet har omformingsfaktorer med samme verdi. Videre er faseforskyvnin-gene i transduserenhetene de samme, bortsett fra at faseforskyvningen i den ene transduseren i hvert par av de transduserenheter som er anordnet symmetrisk om midttransduseren og slik at hver transduser i paret som befinner seg på en avstand fra den sentrale transduserenhet som er et odde multiplum av avstanden d^ mellom hver transduser, har en faseforskjell som utgjør 180°. Hensikten med denne oppfinnelse er ved hjelp av et enkelt nettverk å oppnå en i betydelig grad frekvens- og retningsuavhengig omforming av lydbølgene ved et passende valg av omformingsfaktorene som kan justeres ved amplitudekontroll-innretningen. Dette oppnås ved at transduserne er koblet i et serie-parallelt nettverk.

Ved stereofonisk reproduksjon eller opptak av lyd hvor det benyttes to elektriske transmisjonskanaler, kalt henholdsvis høyre og venstre kanal, har det vist seg vanskelig å oppnå et tilfredsstillende lydbilde. Den primære hensikt med stereofonisk reproduksjon eller opptak av lyd, fremfor alt musikk, er på en naturlig måte å gjengi det tredimensjonale lydfelt på opptaksstedet enten for lagring i et registreringsmedium eller ved reproduksjon i et elektroakustisk transdusersystem. Imidlertid viser det seg at både ved opptak og reproduksjon i et tokanals stereofonisk system er det vanskelig å få en tilfredsstillende gjengivelse av lydbildet, dvs. det tredimensjonale lydfelt.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å kunne gjengi inntrykket av tredimensjonaliteten til det lydfelt som skal tas opp eller reproduseres. Denne hensikt oppnås ved et elektroakustisk transdusersystem som er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken til krav 1. Ytterligere trekk og fordeler fremgår av de vedføyde uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i tilknytning til utførelseseksempler vist på den ledsagende tegning, idet de elektroakustiske transdusere i utførelseseksemplene er høyttalere for reproduksjon av lyd, fortrinnsvis musikk, uten at det på noen måte skal begrense rammen for oppfinnelsen. Fig. 1 viser skjematisk et elektroakustisk transdusersystem i henhold til oppfinnelsen, bestående av fem høyttalere. Fig. 2 viser et skjematisk koblingsdiagram for systemet på

fig. 1, hvor høyttalerne er tegnet som impedanser.

Fig. 3 viser et elektrisk koblingsskjema i henhold til

oppfinnelsen for syv høyttalere tegnet som impedanser.

Fig. 4 viser et elektrisk koblingsskjerna i henhold til

oppfinnelsen for ni høyttalere tegnet som impedanser.

Fig. 1 viser fem høyttalere 1-5 koblet i et parallelt nettverk slik at høyttalerne 1, 3 og 5 er koblet i parallell og høyttaler 2 er koblet i omvendt parallell mellom den negative terminal på høyttaler 1 og den positive terminal på høyttaler 3, dvs. at den negative terminal på høyttaler 2 er forbundet med den positive terminal på høyttaler 3 og den positive terminal på høyttaler 2 med den negative terminal på høyttaler 1. Likeledes er det mellom høyttaler 3 og høyttaler 5 koblet en fjerde høyttaler 4 i direkte parallell. Samtlige høyttalere eller transdusere er anordnet på linje med samme innbyrdes avstand d, slik at høyttalerne 2 og 4 utgjør et symmetrisk i forhold til midthøyttaleren 3 anordnet par og med parets transdusere koblet slik at de befinner seg i motfase eller med en innbyrdes faseforskyvning på 180°.

Det elektriske koblingsskjerna for transdusersysternet på fig. 1 er vist på fig. 2, idet de enkelte høyttalere skjematisk er betegnet som impedanser Z1-Z5. Som vel kjent kan en elektroakustisk transduser i form av en høyttaler sees som kombinasjon av en resistitiv og en reaktiv impedans, den siste i form av en induktans som må identifiseres med høyttalerspolen hvis det dreier seg om elektrodynamiske høyttalere.

Er høyttaleren av elektrostatisk type, er den reaktive impedans naturligvis en kapasitans.

Fig. 3 gjengir på samme måte som på fig. 2, koblingsskjemaet for en konfigurasjon med syv høyttalere, hvor det benyttes to symmetrisk i forhold til midthøyttaleren motfasekoblede par av høyttalere, idet hvert av disse par er anbragt med en symmetri-avstand i forhold til midthøyttaleren som er et odde multiplum av den faste innbyrdes avstand d mellom hver av høyttalerne Z11-Z17. Her utgjør henholdsvis høyttalerne Z13 og Z15 samt Zll og Z17 de motfasekoblede par.

Tilsvarende viser fig. 4 en konfigurasjon med 9 høyttaler-elementer Z21-Z29, hvor det er benyttet to symmetriske par koblet i motfase, nemlig Z24 og Z26 resp. Z22 og Z28.

Det vil være innlysende at for å gjengi et sterofonisk kilde-program, må det benyttes to elektroakustiske transdusersystemer eller høyttalersystemer, nemlig ett for hver transmisjonskanal som i henhold til vanlig praksis betegnes henholdsvis høyre og venstre kanal. Inntrykket av lydbildet har i praksis vist seg som noe av det som er vanskeligst å måle ved sterofonisk gjengivelse av f.eks. musikk. Den sensoriske oppfatning av et tredimensjonalt lydfelt er således i høy grad påvirket av psykoakustiske forhold som vanskelig lar seg kvantifisere. I praksis er det derfor bare mulig med omfattende lytteprøver med forskjellige programkilder og gjerne med sammenligning av forskjellige høyttalersystemer som gjør det mulig å danne seg et inntrykk av kvaliteten på det reproduserte lydbilde og da særlig hva angår inntrykket av tredimensjonalitet og dermed rom. Samtidig må det også tas hensyn til at lytterommet i høy grad påvirker inntrykket av lydbildet, så sant lytteprøvene ikke foregår under lyddød- eller frifeltforhold. Ved prøving av det elektroakustiske transdusersystem i henhold til oppfinnelsen ble det benyttet et transdusersystem bestående av fem elektrodynamiske høyttalere for reproduksjon av henholdsvis høyre og venstre lydkanal. Det ble benyttet programkilder med både monofoniske og stereofoniske signaler, herunde_r sinusbøl-ger, musikk, tale, rosa støy og firkantbølger. Samtidig ble det elektroakustiske transdusersystem, dvs. det stereofoniske høyttalersystem utført i henhold til oppfinnelsen, sammenlignet med et par av konvensjonelle elektrodynamiske høyttalere, med separate enheter for bass, mellomtone og diskant og bruk av delefilter. Dette systemet var levert fra en anerkjent produsent på området. Lytteprøvene viste at uansett program-materiale fremsto gjengivelsen: av lydbildet med et langt bedre inntrykk av rom og tredimensjonalitet enn hva tilfellet var med det kjente høyttalersystem. Endringer i kildens direktivitet ga inntrykk av en jevn overgang- uten en konsentrasjon om den ene eller den annen kanal og monofoniske signaler ble nøyaktig sentrert mellom de to kanaler. Dessuten hadde transdusersystemet et forholdsvis jevnt dynamisk frekvensforløp innenfor det reproduserte frekvensområde som imidlertid ikke omfattet de 2 eller 3 nederste oktaver av det hørbare område. Det viste seg overraskende at inntrykket av lydbildet også ble beholdt når testpersonen beveget seg i forhold til høyttalerenhetene, dvs. at retning og avstand fra lyttepunkt og til høyttalerne ikke var kritisk, idet inntrykket av rom og tredimensjonalitet ble bibeholdt ved en sterkt asymmetrisk plassering i forhold til høyttalerne. I et vanlig lytterom kunne videre høyttalerne med en passende justering av utstrålingsvinkelen opprettholde inntrykket av et sammenhengende lydbilde selv når avstanden mellom høyttalerne var opptil det dobbelte av avstanden mellom testpersonen og midtpunktet på linjen mellom høyttalerne. Det oppsto således ikke den ellers så velkjente hull-i-midten-effekt som så ofte høres med konvensjonelle systemer.

Det er velkjent at hørselssansens oppløsningsevne i tidsdomenet er av vesentlig betydning for inntrykk av direktivitet, ved siden av forskjeller i intensitetsnivå som også spiller en stor rolle for den psykoakustiske oppfatning av lydkildens kvalite-ter og plassering. Således kan øret oppfatte tidsforskjeller ned til under 0,5 ms. Disse tidsforskjeller avspeiler seg som faseinformasjon i de akustiske stimuli og det er derfor av vesentlig betydning at faseinformasjon i kildesignalet gjengis så naturtro som mulig for å oppnå et tredimensjonalt lydbilde med høy kvalitet. De foretatte lytteprøver viste at dette var tilfelle ved bruk av et elektroakustisk transdusersystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse, idet det naturligvis måtte benyttes to slike transdusersystemer for å gjengi programkildens lydfelt og formidle den faseinformasjon som lå til grunn for den stereofoniske effekt.

Benyttes det transdusere i form av høyttalere til gjengivelse av musikk, kan høyttalerne godt være fullfrekvensenheter, dvs. gi en forholdsvis jevn dynamisk respons over hele det hørbare frekvensområdet. Benyttes det høyttalerenheter med et mindre frekvensområde, bør disse fordelaktig i alle fall dekke de seks-syv øverste oktaver av det hørbare frekvensområde, samtidig som det benyttes en eller to basshøyttalere for å gjengi frekvensområdet under 200 Hz. Transduserne som benyttes som høyttalere, kan være enten av elektrodynamisk type, bånd-eller foliehøyttalere eller elektrostatiske høyttalere. I de to siste tilfeller kan transduserne i så fall utgjøre seksjoner av transdusere i form av folier eller bånd.

Transdusersystemet i henhold til oppfinnelsen kan også benyttes til opptak av lyd, fremfor alt musikk. Transduserne vil i så fall utgjøres av mikrofoner og disse kan være enten elektrodynamiske eller kapasitive.

I og med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes fremfor alt et elektroakustisk transdusersystem som når transduserne har form av høyttalere og benyttes til reproduksjon av musikk, gir mulighet for å realisere et særdeles vellydende høyttaler-system som kan utføres med forholdsvis små høyttalerelementer og som i en utførelse med f.eks. bare fem elementer i hvert system, altså totalt ti elementer i et høyttalerpar for stereofonisk musikkreproduksjon, kan gi et høyttalersystem til rimelig pris og uten altfor store dimensjoner, samtidig som lydgjengivelsen er bedre enn ved langt dyrere systemer. Realisert på denne måte er derfor transdusersystemet i henhold til oppfinnelsen særlig godt egnet i private hi-fi-anlegg til hjemmebruk.

Claims (4)

1. Elektroakustisk transdusersystem til reproduksjon eller opptak av lyd, spesielt til stereofonisk reproduksjon av musikk, hvor systemet omfatter 2k+l transdusere av samme type og hovedsakelig med de samme egenskaper, idet k er et heltall, fortrinnsvis slik at 2<k<4, koblet til en felles elektrisk transmisjonskanal og fortrinnsvis anordnet på linje med samme innbyrdes avstand mellom de enkelte transdusere, karakterisert ved at samtlige transdusere er koblet i et parallelt nettverk og slik at minst 4 og maksimalt 2k transdusere har samme faseforskyvning, at den ene transduser i minst ett par av de transdusere som er anordnet symmetrisk om transduseren i midten og med en avstand til denne fra hver transduser i paret som er et odde multiplum av nevnte innbyrdes avstand mellom de enkelte transdusere, har sin fase forskjøvet med 180° i forhold til den andre transduser i paret eller parene, at hver transduser i det eller de nevnte par hvor transduserne således befinner seg i motfase, er koblet i parallell mellom henholdsvis en negativ og en positiv terminal på de tilstøtende transdusere, idet faseforskyvningen av den ene transduser i paret eller parene skaffes ved at denne transduser er koblet i omvendt parallell.

2. Elektroakustisk transdusersystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at antall par av transdusere som er koblet i motfase maksimalt er 1/2(k+1) dersom k er odde eller k/2 dersom k er like.

3. Elektroakustisk transdusersystem i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at hver transduser er en separat enhet.

4. Elektroakustisk transdusersystem i henhold til krav 2, karakterisert ved at hver transduser utgjør en seksjon av en transduserenhet bestående av flere seksjoner.