DE2046776C3 - Interference loudspeaker system for stereophonic reproduction - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Interfereinzlautsprechersystem für stereophone Wiedergabe, das sowohl ein Mittensignal als auch zwei Seitennignale abstrahlt, und bei dem sämtliche Lautsprecher in einem einzigen Gehäuse untergebracht sindThe invention relates to an interfaced loudspeaker system for stereophonic playback that has both a center signal and two side signals radiates, and in which all speakers are housed in a single housing

Die Erfindung bezweckt die breitbandige subjektive stereophone Wiedergabe mittels einer einzigen Lautsprecherbox, die sich besonders eignet für eine kostengünstige Ausstattung von Kleingeräten, Tür die so Verbesserung der üblichen stereophonen Wiedergabe durch zusätzliche Verwendung des Interferenzlautsprechersystems und zur wirkungsvolleren Wiedergabe von Darbietungen der Kunstkopfstereophonie.The invention aims at broadband subjective stereophonic reproduction by means of a single loudspeaker box, which is particularly suitable for a cost-effective equipment of small appliances, door that way Improvement of the usual stereophonic reproduction through the additional use of the interference loudspeaker system and for more effective reproduction of artificial head stereophonic performances.

Nach dem Prinzip der Summenlokalisation kohärenter Signale, können nach W a r η c k e (Akust. Z, Bd. 6, 1941_;, S. 174-188) Schallquellen intensitäts· und laufzeitbedingt so geortet werden, als ob nur ein Signal zwischen zwei Schallquellen ausgestrahlt würde. Die konventionelle Wiedergabe in der ΛΥ-Technik nutzt dieses Prinzip aus; wobei ΛΥ-Technik bedeutet, daß zwei Lautsprecher getrennt aufgestellt Und mit den Signalen X (Rechtssignal) bzw. Y (Linkssignal) angesteuert werden.According to the principle of summing localization of coherent signals to find W ar η blocks (Audible Z, Vol 6, _1941., Pp. 174-188) sound sources intensity · and maturity conditionally so located, as if only one signal between two sound sources aired would. The conventional playback in the ΛΥ-technique uses this principle; where ΛΥ-technique means that two loudspeakers are set up separately and controlled with the signals X (right signal) or Y (left signal).

Es ist bekannt, daß dabei folgende Mängel auftreten:It is known that the following deficiencies occur:

— die »Verbreiterung der Mitte«, d. h. der Klangkörper erscheint bei der Wiedergabe auf die beiden Seiten- the "broadening of the center", d. H. the sound body appears on both sides during playback

hin, zu den Lautsprechern verschoben,moved to the speakers,

— der Mangel am räumlichen Auflösungsvermögen in der Dimension der Tiefe,- the lack of spatial resolution in the dimension of depth,

— die Beschränkung der Basis auf den Bereich zwischen den beiden Lautsprechern,- the limitation of the base to the area between the two speakers,

— die Notwendigkeit, zwei Lautsprechergehäuse getrennt aufstellen zu müssen.- the need to separate two speaker enclosures to have to set up.

Diesen Mängeln entgegenzuwirken, sind folgende Verfahren bekannt und angewandt worden:To counteract these deficiencies, the following methods are known and used:

Der Verbreiterung bzw, dem Fehlen der Mitte trat man entgegen durch Aufstellen mehrerer Lautsprecher unter Verwendung von MS- und .YY-Signalen (M= X+ Y; Mittensignal; S=X-Y; Seitensignal). Es wurde u. a. ein Mittenlautsprecher mit dem Summensienal M und die Seitenlautsprecher mit Χ/λ bzw. Y/l gespeist (vgL DT-PS 12 20 895).The broadening or the lack of the center was countered by setting up several loudspeakers using MS and .YY signals (M = X + Y; center signal; S = XY; side signal). It was, inter alia, an M itten speaker with the Summensienal M and the side speakers with Χ / λ or Y / l fed (see DT-PS 12 20 895).

Die Tiefenauflösung, die in der subjektiven (der kopfbezogenen) Stereophonie angestrebt wird, ist wesentlich gestört durch das akustische Obersprechen, d. h. dadurch, daß ein Teil des X-Signals laufzeitverzögert und frequenzabhängig gedämpft akustisch sich dem V-Signal überlagert und umgekehrt. Abhilfe kann z. T. durch elektrische Kompensationsschaltungen erreicht werden.The depth resolution that is sought in subjective (head-related) stereophony is significantly disturbed by the acoustic crosstalk, d. H. in that part of the X signal is delayed and, depending on the frequency, acoustically superimposed on the V signal and vice versa. Remedy can e.g. T. can be achieved by electrical compensation circuits.

Auf die Möglichkeit der Basisverbreiterung haben bereits Lauridsen und Schlegel hingewiesen (Gravesaner Blätter, Jahrg. 11,1956, H. 5, S. 28 - 50), und unter Ausnutzung des laufzeit- und phasenbedingten Ortungsvermögens wurde eine steuerbare Basisverbreiterung eingesetzt — in der DT-AS 11 60 503.Lauridsen and Schlegel have already pointed out the possibility of widening the base (Gravesaner Blätter, Volume 11, 1956, H. 5, P. 28 - 50), and A controllable base widening was made using the runtime and phase-related locating capabilities used - in the DT-AS 11 60 503.

Die Aussendung von Stereosignalen aus einem einzigen Lautsprechergehäuse ist unter Ausnutzung des von Lauridsen und Schlegel (1956) vorgestellten Querlautsprecherprinzips an sich bekannt, vgl. auch Funk Technik Nr. 2, S. 52 (1970). Das hier eingesetzte Verfahren, bei dem die quer strahlenden Lautsprecher mit dem S-Signal und die nach vorn strahlenden Lautsprecher mit dem M-Signal angesteuert werden, weist den Nachteil auf, daß das seitliche Auflösungsvermögen frequenzabhängig ist und nur im unteren Frequenzbereich (bis etwa 1 kHz) zufriedenstellend arbeiten kann.The transmission of stereo signals from a single loudspeaker housing is possible using the presented by Lauridsen and Schlegel (1956) Cross loudspeaker principle known per se, see also Funk Technik No. 2, p. 52 (1970). The one used here Process in which the transversely radiating loudspeakers with the S signal and the forward radiating Loudspeakers are controlled with the M signal, has the disadvantage that the lateral resolution is frequency-dependent and only satisfactory in the lower frequency range (up to about 1 kHz) can work.

Die an sich bekannte gegenphasige Ansteuerung nebeneinander angeordneter, im wesentlichen nach vorne strahlender Lautsprecher (vgl. DT-AS 10 73 036), die zur Erzeugung pseudostereophoner Effekte verwendet wurde, ist für sich allein zum Zwecke akustischer Wiederauflösbarkeit stereophoner Signale unbrauchbar; erst zusätzliche frequenzabhängige akustische Superposition kohärenter Signale läßt dies erwarten.The per se known anti-phase control arranged side by side, essentially after Front radiating loudspeaker (cf. DT-AS 10 73 036), which is used to generate pseudo-stereophonic effects is useless for the purpose of acoustic redissolubility of stereophonic signals; only additional frequency-dependent acoustic superposition of coherent signals can this be expected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einem Gehäuse untergebrachte Lautsprecherkombination derart anzuordnen und elektrisch anzusteuern, daß es gelingt, die ausgestrahlten stereophonen Signale für Zuhörer vor der Lautsprecherkombination möglichst naturgetreu seitlich als auch in der Tiefe akustisch aufgelöst erscheinen zu lassen, so daß das ursprüngliche räumliche Klangbild subjektiv frequenz- und laufzeitgetreu reproduziert wird.The invention is based on the object of a loudspeaker combination accommodated in a housing to be arranged and controlled electrically in such a way that it is possible to use the stereophonic signals emitted for Listener in front of the loudspeaker combination is as realistic as possible from the side and acoustically in depth to appear resolved, so that the original spatial sound image is subjectively true to frequency and time of flight is reproduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Lautspreeher im wesentlichen in einer Ebene versetzt angeordnet sind und nach vom abstrahlen, und daß in dem für die Ortung maßgeblichen Frequenzbereich (über 300 Hz) der Verstärkerkanal für die Seitensignale eine starke Anhebung der tieferen Frequenzen gsgenüber dem Verstärkerkanal für das Mittensignal aufweist, derart, daß durch die frequenzab-This object is achieved according to the invention in that all speakers are essentially in one plane are arranged offset and radiate from, and that in the frequency range relevant for the location (over 300 Hz) the amplifier channel for the side signals a strong increase in the lower ones Frequencies compared to the amplifier channel for the center signal, in such a way that the frequency-dependent

hSngigen Amplituden und Phasenlagen der Seitensignale gegenüber dem Miuensignal nach deren akustischer Superposition für die Hörer getrennte Rechts- (X) und Unkssignale ^entstehen.Depending on the amplitudes and phase positions of the side signals compared to the Miuensignal, separate right (X) and unk signals arise for the listener according to their acoustic superposition.

Vorteilhöfte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The most advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß — vor allen in Kleingeräten — die stereophone Wiedergabe mit einem Lautsprechergehäuse ermöglicht wird, und daß bei zusätzlicher Verwendung ate Mittenlautsprechersystem in einer herkömmlichen StereoanlageThe advantages that can be achieved with the invention are that - especially in small appliances - the stereophonic playback with a loudspeaker housing is made possible, and that with additional Use of ate center speaker system in a conventional stereo system

— die örtliche Auflösbarkeit auch in der Dimension der Tiefe wesentlich verbessert werden kann,- the local dissolvability also in the dimension of Depth can be significantly improved,

— die unnatürliche Verbreiterung der Mitte kompensiert werden kann,- Compensates for the unnatural broadening of the center can be,

— und in der Kunstkopfstereophonie bei der Wiedergabe mittels Lautsprecher ein höherer Grad an Natürlichkeit erreicht werden kann.- and in artificial head stereophony during playback a higher degree of naturalness can be achieved using loudspeakers.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to drawings; it shows

F i g. 1 die Anordnung und Ansteuerung von drei Lautsprechern in einem Gehäuse als Interferenzlautsprechersystem, F i g. 1 the arrangement and control of three loudspeakers in one housing as an interference loudspeaker system,

F i g. 2 die Ansteuerung und Anordnung von nur zwei Lautsprechern in einem Gehäuse als Interferenzlautsprechersystem undF i g. 2 the control and arrangement of only two loudspeakers in one housing as an interference loudspeaker system and

Fig.2a) ein allgemeines Schaltungsbeispiel für die hierzu erforderliche Signalüberlagerung.Fig.2a) a general circuit example for the signal overlay required for this.

Bei der Beschreibung werden folgende Bezeichnungen verwendet:The following terms are used in the description:

X:X:

Y:Y:

S=X-Y:S = X-Y:

M=X+ Y:M = X + Y:

ρ(ω):ρ (ω):

j:j:

ω = 2πί: ω = 2πί:

C-.C-.
ΔΙ:ΔΙ:

b:b:
a:a:

Ya; Verstärkung des Ä-Signals gegenüber Ya; Gain of the λ signal opposite

des Af-Signals bei relativ niedrigen Frequenzen (etwa 500 Hz);of the Af signal at relatively low levels Frequencies (about 500 Hz);

V; variable frequenzunabhängige Grund V; variable frequency-independent reason

verstärkung des S-Kanals gegenüber dem M-Kanalreinforcement of the S-channel opposite the M channel

Im 1. Ausführungsbeispiel (F i g. 1) werden die beiden äußeren Lautsprecher L1 und L 2 gegenphasig mit dem Signal ρ(ω) · Sund der Mittenlautsprecher L 3 wird mit dem Signal M angesteuert, wobei der Frequenzgang ρ(ω) im wesentlichen ein Tiefpaßverhalten aufweist, das sich wie folgt angeben läßt:(G F i. 1) in the 1st embodiment, the two outer loudspeakers L 1 and L 2 in opposite phase to the signal ρ (ω) · S and the center speaker L 3 is driven with the signal M, whereby the frequency response ρ (ω) in essentially has a low-pass behavior that can be specified as follows:

Rechtssignal;Right signal;

Linkssignal;
Seitensignal;
Mittensignal;Left signal;
Side signal;
Center signal;

Frequenzgang des Kanals für das Seitensignal 5 gegenüber dem Kanal für M; Frequency response of the channel for the side signal 5 in relation to the channel for M;

imaginäre Einheit;
Kreisfrequenz, l·. Frequenz;
Periodendauer einer oberen Grenzfrequenz; Schallgeschwindigkeit;
Differenz der Entfernungen der Schwingungszentren der Lautsprecher L1 und L 2 von dem Ohr, das -^empfängt;
Abstand der Schwingungszentren des Lautsprechers L1 von dem von L 2;
Abstand der Ohren;imaginary unit;
Angular frequency, l ·. Frequency;
Period of an upper limit frequency; Speed of sound;
Difference in the distances of the centers of vibration of loudspeakers L 1 and L 2 from the ear that receives - ^;
Distance of the centers of vibration of loudspeaker L 1 from that of L 2;
Distance of ears;

Für eine optimale Anpassung der Oberlagerung ist es vorteilhaft, die Grundverstärkung des S-Kanals gegenüber dem iVf-Kanai variabel zu gestalten. Das bedeutet, ρ(ω) wird ersetzt durch ρ(ω) = V · ρ(ώ), wobei V eine durch ein Potentiometer zu realisierende Konstante angibtFor an optimal adaptation of the overlay, it is advantageous to make the basic reinforcement of the S channel variable compared to the iVf channel. This means that ρ (ω) is replaced by ρ (ω) = V · ρ (ώ), where V indicates a constant that can be realized by a potentiometer

Anmerkung: Unter Xund Vverstehen wir die Rechtsbzw. Linkssignale, wie sie an der Lautsprechermembran vorhanden sind. Interpretiert man A"'bzw. VaIs die X, Y äquivalenten Amplituden, wie sie sich am rechten bzw. linken Ohr überlagern, so kann man die Summe näherungsweise angeben durchNote: Under X and V we mean the right and Left-hand signals as they are present on the loudspeaker membrane. If one interprets A "'or VaIs the X, Y equivalent amplitudes, as they are superimposed on the right and left ear, then the sum can be given approximately by

X" = (X - Y)p(m)j- sin Wt₀ A- i-(X + Y), X " = (X - Y) p (m) j- sin Wt ₀ A- i- (X + Y),

so daß in dem für die Ortung wichtigen Frequenzbereich mit der oben angegebenen Formel für ρ(ω) näherungsweise folgt: X'= X\ da wegen ω&<1 und 2wfo>-l/vb gilt:so that in the frequency range that is important for localization with the formula given above for ρ (ω) it approximately follows: X '= X \ since because ω &<1 and 2wfo> -l / vb applies:

Für die Ausstrahlung unterhalb 300 Hz braucht man bekanntlich nicht auf ortungsgerechte Abstrahlung zu achten: Es kann ρ(ω)=0 sein bzw. alle drei Lautsprecher können so angesteuert werden, daß sie gleichphasig abstrahlen — zur optimalen Ausnutzung der Lautsprecher. For transmission below 300 Hz you need It is well known that one should not pay attention to localized radiation: it can be ρ (ω) = 0 or all three loudspeakers can be controlled so that they emit in phase - for optimal use of the loudspeakers.

Im 2. Ausführungsbeispiel (Fig.2) wird der eine Lautsprecher mit dem Signal M+ p(a)S und der andere mit dem Signal Μ—ρ(ω)5 angesteuert Fig.2a zeigt eine Möglichkeit zur elektrischen Realisierung dieser Überlagerung; hierzu können Transformatoren oder auch (innere) Widerstände dienen. Für tiefe Frequenzen unterhalb 300 Hz kann wieder ungefähr vorgesehen sein/)(w)=0.In the second embodiment (FIG. 2), one loudspeaker is controlled with the signal M + p (a) S and the other with the signal Μ-ρ (ω) 5; transformers or (internal) resistors can be used for this. For low frequencies below 300 Hz, approximately /) (w) = 0 can again be provided.

Durch Änderung des Verstärkungsverhältnisses V kann der Breiten- und Tiefeneindruck des Klangbildes geringfügig geändert werden.By changing the amplification ratio V , the impression of width and depth of the sound can be changed slightly.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche;Claims; t, Interferenzlautsprechersystem für stereophone Wiedergabe, das sowohl ein Mittensignal (Stimmensignal) als auch zwei Seitensignale (positives bzw, negatives Differenzsignal) abstrahlt, und bei dem sämtliche Lautsprecher in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lautsprecher im wesentlichen in einer Ebene versetzt angeordnet sind und nach vorn abstrahlen und daß in dem für die Ortung maßgeblichen Frequenzbereich (Ober 300 Hz) der Verstärkerkanal für die Seitensignale eine starke Anhebung der tieferen Frequenzen gegenüber dem is Verstärkerkanal für das Mittensignal aufweist, derart, daß durch die frequenzabhängigen Amplituden und Phasenlagen der Seitensignale gegenüber dem Mittensignal nach deren akustischer Superposition für die Hörer getrennte Rechts- (X) und Linkssignale fl9 entstehen.t, interference loudspeaker system for stereophonic reproduction, which emits both a center signal (voice signal) and two side signals (positive or negative difference signal), and in which all loudspeakers are housed in a single housing, characterized in that all loudspeakers are essentially in one plane are arranged offset and radiate forward and that in the frequency range relevant for localization (above 300 Hz) the amplifier channel for the side signals has a strong increase in the lower frequencies compared to the amplifier channel for the center signal, in such a way that the frequency-dependent amplitudes and phase positions of the side signals compared to the center signal, according to their acoustic superposition, separate right (X) and left signals fl9 arise for the listener. 2. Interfcrenzlautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei nebeneinander angeordnete Lautsprecher vorgesehen sind, von denen der mittlere das Mittensignal (M) abstrahlt, während die beiden äußeren Lautsprecher jeweils ein Seitensignal (Sfipy), — Sp(u))) abstrahlen.2. Interfcrenzlautsprechersystem according to claim 1, characterized in that three speakers arranged side by side are provided, of which the middle one emits the center signal (M) , while the two outer speakers each emit a side signal (Sfipy), - Sp (u))) . 3. Interferenzlautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche nebeneinander angeordnete Lautsprecher vorgese- jo hen sind, von denen jeder sowohl das Mittensignal (M) als auch eines der Seitensignale (S ■ ρ{ω\ -S- p(fi}))abstrahlt3. Interference loudspeaker system according to claim 1, characterized in that two identical speakers arranged side by side are provided, each of which has both the center signal (M) and one of the side signals (S ■ ρ {ω \ -S- p (fi}) )) radiates 4. InterferenzlautsprirchersyUem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lautsprecher unterhalb 00 Hz gleichphasig das Mittensignal abstrahlen.4. Interference loudspeaker system according to one of the The preceding claims, characterized in that all speakers below 00 Hz are in phase emit the center signal.