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I NTE RFERE NZLAUTSP RECH E RSYSTEM ZUR STEREOPHONEN WIEDERGABE Factigebiet:
Elektrotechnik - Stereoakustik AnwendungO Das Interferenzlautsprechersystem eignet
sich für die akustische stereophone Wiedergabe von Darbietungen.
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Es läßt sich mit Vorteil verwendenSstereophoner "Lautsprecher" in
Kleingeräten.
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Es kann in normalen Stereoanlagen zur Verbesserung der Tiefenwirkung
des Klangbildes zusätzlich eingesetzt werden.
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Zweck und Aufgabe: In erster Linie bezweckt das Lautsprechersystem,
die stereophone Wiedergabe in relativ einfacher Weise zu ermöglichen - ohne zwei
Lautsprecherboxen verwenden zu müssen ! -Es ist zu gewährleisten, daß Amplituden-
und Laufzeitdifferenzen an den Ohren des Hören so auftreten,wie sie am Orte des
Stereoaufnahmemikrophones vorhanden waren; daß dem Hörer eine örtliche Auflösung
der virtuellen Schallquellen ermöglicht wird - auch der Schallquellen weit neben
dem Lautsprechersystem. Die ursprünglichen Richtungen sollen erscheinen. Voraussetzung
möge sein, daß die Darbietungen mittels eines Stereomikrophones aufgenommen wurden,
dessen Gesamtcharakteristik der des menschlichen Ohres entspricht.
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Derzeitige stereophone Wiedergabe: Eine Schallquelle wird geortet
durch Lautstärke- und Laufzeitdifferenzen" (E.G. Neibmann: Phys.u.techn. Akustik)
Beide Merkmale werden bei der üblichen stereophone Wiedergabe ausgenutzt, wenn der
Hörer gleichweit von beiden Lautsprechern entfernt ist.
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Wird ein Signal nur im rechten bzw.linken Kanal Übertragen, so ist
die Richtungsempfindung eine natürliche: Der Schall kommt fUr de Hörer aus der Richtung
des einen Lautsprechers, und der virtuelle Entstehungsort stimmt mit dem tatsdchlichen
überein: mit dem des Lautsprechers. Eine weitere Tiefhnaufldsung ist erst möglich,
wenn
auch der andere Lautsprecher ein entsprechendes Signal abstrahlt. Sieht man von
weiteren Reflexionen im Wiedergaberaum ab, so wird der natürliche Eindruck dadurch
geringfügig verfälscht, daß das eine Ohr jeweils ein amplitudenschwächeres (durch
Beugung frequenzabhängig),laufzeitverzögertes Signal des Lautsprechers der anderen
Seite zusätzlich wahrnimmt. Der aus Laufzeit- und Ampl itudendifferenz gebildete
Tiefeneindruck wird dadurch etwas verfälscht.
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Mittels des lnterferenzlautsprechersystems kann diese Verfälschung
verringert werden1 der Tiefeneindruck also verbessert werden; die Richtungsinformation
wird ebenfalls vermittelt. Notwendig ist, daß sich der Hörer in der Ausstrahf richtu
ng des Lautsprechersystems befindet. Eine elektronische Steuerung erlaubt die optimale
Anpassung des Klangbildes an die Entfernung des Hörers vom Lautsprecher0 Lösung:
Die gestellte Aufgabe ist lösbar. Lautsprecher (zwei oder mehr) können so in einer
verhältnismäßig kleinen Ebene versetzt angeordnet und angesteuert werden, daß am
Ort des Hörers das gewünschte Klangbild angenähert auftritt.
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Bild 2 und Bild 3 zeigen zwei gefundene Möglichkeiten,die möglichst
geringen Aufwand erfordern. Die einzelnen Lautsprecher sind nebeneinander angeordnet.
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Bei Verwendung von noch mehr Lautsprechern lassen sich natürlich analoge
Möglichkeiten angeben. Eine gut gebündelte, nach vorn gerichtete Abstrahlung der
Lautsprecher erscheint hierbei vorteilhaft - um zusätzliche Reflexionen von seitlichen
Gegenständen im Raume herabzusetzen.
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Seien R, L die Signale des rechten bzw. linken Kanals. Durch zwei
nebeneinander angeordnete, gegenphasig arbeitende Lautsprecher, angesteuert mit
p(w)( L -wird ein Interferenzwellenbild erzeugt, Diesem wird das geeignet ausgestrahlte
Signal ( L + R) akustisch überlagert. Beide werden so superponiert, daß am Ort des
Hörers annähernd jenes Klangbild entsteht, das am Stereoaufnahmemikrophonherrschte.
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1 .Ausführungsbeispiel: (Hierzu Bild 1) Das am linken Ohr des Hörers
eintreffende Signal läßt sich darstellen in der Form: L' # p(w)#i#sin wto#(L - R)
+ ½(L + R); p(w): Frequenzgang des Kanals "L - R", w: Kreisfrequenz to: to = #I/2c
, c: Sc%allgeschwindigkeit; Sei b « « 1; dann gilt angenähert: t0c = ba = Wl Ur
a = 15 cm, b = 25 cm, 1 = 200 cm wird beispielweise # = 0,46 cm.3 Sei der Frequenzgang
gegeben durch p(w) = iwtS11 (realisierbar durch RC-Glied ); dann wird für den Ublichen
Frequenzbereich (bis 18 kHz ) annähernd L'= L und R'= R.
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Man wähle # = 0,3 cm , das bedeutet b = 0,08 1 und erhält annähernd
eine Grenzfrequenz f0 = 18 kHz, mit FO = 1/2#to.
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2. Ausführungsbeispiel: Das Beispiel zeigt bei Verwendung zweier Lautsprecher
die Ausfuehrung des Interferenzlautsprechersystems, wie es sich fUr Kleingeräte
besonders gut eignet.
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Nach gewissen Idealisierungen, die stillschweigend auch im 1 . Beispiel
gemacht wurden, erhält man: L = p(w)-i.sin wt;CL - R) t cos wt (L + R) Und für b
« I ergibt sich wieder nach einigerlApproximationen L* = L und R = R.
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Bei dieser Anordnung empfiehlt es sich jedoch, das Verhältnis b/l
kleiner zu wählen - etwa 0,05 bis o,o8 .
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Dieses Beispiel ist in Bild 2 skizziert.
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Bemerrkungen: Mit den Größen Lund sind die linken und rechten Signal
amplituden der üblichen Stereokanäle, mit p(w) (L -R) und (L + R) die Signal amplituden
an den Lautsprechermembrnnen gemeint. Die Größen L'und R geben nicht direkt die
Schallintensität an den Ohren an ; sie lassen sich aber über einen frequenzabhngigen
Proportionalitätsfaktor umrechnen. p(w) gibt an den Frequenzgang des Kanals "(L
- Rr' gegenüber dem Kanal "L R" bis zur Lautsprechermembran: akustische Verkoppelungen
der Lautsprecher untereinander sind also enthalten.
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Die mathematiscken Beziehungen-selbst schließlich beschreiben z.T.
nur sinnvoll gewählte Idealisierungen und Approxirnationen - welcher Art, wird der
Leser jeweils sofort erkennen. Sie sollen die prinzipielle Wirkung hervorheben:
das Wesentliche in Ubersichtlicher Weise erläutern. Die wirklichen akustischen Verhältnisse
weichen je nach der Anordnung mehr oder weniger ab von der Darstellung (Beugung,
Dispersion, keine punktförmigen Schallquellen) Zur Realisierung: Wegen der erforderlichen
hohen Verstärkungsunterschiede bei niedrigeren Frequenzen in den Kanälen "L- R"
und "L + R" - unterhalb 300 Hz jedoch darf sein p(w) = 0 - scheint zunächst die
Realisierung schwierig zu sein.
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Versuche aber zeigen, daß unter Ausnutzung der akustischen Verkopplung
der Lautsprecher und der Abstrshlcharckteristiken - durch Berücksichtigung letzterer
stellt sich R und L'etwas anders dar - sich befriedigende Ergebnisse erzielen lassen,
vor allem beim 1 .Ausführungsbeispiel. Die gegenphasig arbeiterden Lautsprecher
S 1 und S2 kann man auch hier unterhalb 300 Hz ausnutzen: Sie können durch Frequenzweicherschaltungen
gleichphasig mit S 3 angesteuert werden und zu der erforderlichen kräftigeren Abstrahlung
der tiefen Frequenzen beitragen.
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Das beste Klangbild bei der Entfernung I des Hörers vom Lautsprecher
stellt men ein durch Veränderung der Verstärkung des Kanals " L - R" gegenüber "L
+ R". Für höhere Ansprüche ist der Frequenzgang p(w) mit zu korrigieren. Es empfiehlt
sich, Geräte mit einer Einstellvorrichtung mit entfernungsskala zu versehen.
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Bei festbleibender Entfernung I kann man durch die Änderung dieses
VerstärkungsR verhältnisses den Breiten- und Tiefeneindruck des Klangbildes geringtgig
variieren.
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Weitere Ausführungen und Erfahrungswerte gibt der Urheber bei Bedarf
gern an.
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Erzielbare Vorteile: Die Anzahl der stereophonen Sendungen ist heute
so groß, daß es bereits als Nachteil empfunden wird, bei Kleinempfängern noch auf
stereophone Wiedergabe verzichten zu müssen. Es läßt sich hier - wie auch in anderen
Wiedergabegeräten - der Lautsprecher ersetzen durch ein Lautsprecherpaar als Interterenzsystem.
Bei Rundfunkempfullgeln ist außerdem hierfür nur ein einfacherer Stereodekoder eitorderlich
; braucht man doch nur noch das demodulierte Zusatzsignal L -R zu verstärken.
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Die zusätzliche Verwendung des Interferenzlautsprecllersystems zur
normalen Stereoanlage aufgestellt in der Mitte der beiden Lautsprecher und gleichweit
vom Hörer entfernt wie diese, verbessert die stereophone Wiedergabe, erhöht die
Tiefenwirkung des Klangbildes. Auf eine sorgfältige Ein- und Aufstellung der Anlage
ist hierbei aber zu achten! Für Räume, die nicht geeignet sind, in ihnen zwei Lautsprecherboxen
aufzustellen, bietet das beschriebene Lautsprechersystem einen willkommenen Ersatz.