DE2802973A1 - Lautsprecher - Google Patents

Description

Lautsprecher

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und betrifft insbesondere solche Lautsprecher, welche zwei getrennte elektroakustische Wandler zur Schallwiedergabe verschiedener Bereiche des Tonspektrums haben.

übliche Lautsprecher haben einen begrenzten Frequenzgang, d.h., sie ergeben eine getreue und wirkungsvolle Tonwiedergabe nur innerhalb eines Frequenzbandes, das kleiner als dasjenige ist, auf welches das normale Ohr reagiert. Für eine High-fidelity-Tonwiedergabe benutzt man daher üblicherweise mehrere Wandler, nämlich einen für den Baßbereich, den sogenannten Tieftöner, welcher die niedrigen Frequenzen wiedergibt, und einen Hochtonwandler, den sogenannten Hochtöner, für die höheren Frequenzen, und möglicherweise einen oder mehrere Mittelbereichwandler für die dazwischenliegenden Frequenzen, üblicherweise sind diese einzelnen Wandler auf einer gemeinsamen Schallwand oder in einem gemeinsamen Gehäuse montiert.

Das menschliche Ohr reagiert nicht nur auf die Stärke eines Tones, sondern nimmt auch dessen Phase wahr. Daraus ergeben sich Probleme bei der Wiedergabe mit Lautsprechern mit mehreren Systemen, insbesondere solche mit einer flachen Schallwand, bei welcher alle Systeme auf einer gemeinsamen Ebene montiert sind. Solche Wandlersysteme mit ebener Schallwand haben aus zwei Gründen keine frequenzunabhängige konstante Zeitverzögerung. Erstens verwendet man elektrische Frequenzweichen mit Filtern zur Auftrennung des Eingangssignals, welches dem Gesamtlautsprecher zugeführt wird, in den einzelnen Systemen zuzuführende Komponenten. Dadurch ergibt sich eine Signalverzögerung, die von der Breite des Durchlaßbandes abhängt und normalerweise bei dem den Tieftöner speisenden Tiefpaßfilter gröfler ist. Zweitens ist das Tieftonsystem normalerweise größer als das Hochtonsystem, und sein effektives akustisches Zentrum

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liegt weiter hinter seiner Befestigung als dasjenige der Hoch- und Mitteltöner, so daß aus diesem Grunde eine weitere Zeitverzögerungsdifferenz eintritt.

In dem Bemühen, das Problem unterschiedlicher Zeitverzögerungen zu überwinden, hat man vorgeschlagen, die Einzelsysteme auf einer gestuften Schallwand zu montieren. Solche Systeme sind beispielsweise beschrieben worden im Aufsatz "Loudspeakers the missing link" von E. Baekgaard im 50. Audio Engineering Society Convention, und sie sind in der Praxis von einer Anzahl von Herstellern gebaut worden. Bei diesen Systemen sind die Montageebenen für die einzelnen Systeme gestuft, so daß ihre akustischen Zentren so liegen, daß der Zeitverzögerungseffekt neutralisiert wird. Wenn man hierbei auch längs der Achse des Lautsprechersystems eine zufriedenstellende Kompensation erreicht, so treten für außerhalb der Achse befindliche Zuhörer dennoch Zeitverzögerungsverzerrungen auf, weil die effektiven Abstände der Einzelsysteme in nicht mit der Achse zusammenfallenden Richtungen nicht die gleichen sind wie längs dieser Achse.

Der Erfinder der hier zu beschreibenden Erfindung hat nun festgestellt, daß man eine für das Ohr zufriedenstellende Lösung dieses Problemes erreichen kann, wenn man auf elektrischem Wege Zeitverzögerungen in die Tonkanäle einbaut. Durch die Erfindung wird demgemäß ein Lautsprecher mit mindestens zwei elektroakustischen Wandlern geschaffen, die in im wesentlichen festen gegenseitigen Positionen montiert sind und denen mit Hilfe von Frequenzselektionsmitteln unterschiedliche Teile des elektrischen Signalspektrums des Lautsprechereingangssignals derart zugeführt werden, daß die Systeme entsprechend unterschiedliche Teile des akustischen Spektrums wiedergeben, welche der Lautsprecher aufgrund des elektrischen Eingangssignals abstrahlen soll. Die freguenzselektiven Mittel führen dabei eine Verzögerung in die einem Einzelsystem zugeführten Signale gegenüber

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den dem anderen System zugeführten Signalen ein, und zumindest ein Teil dieser Verzögerung wird dadurch kompensiert, daß man eine Zeitverzögerung in die dem anderen System zugeführten Signale ebenfalls einführt.

Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung sind die elektroakustischen Wandler so montiert, daß ihre Achsen praktisch parallel zueinander sind und ihre akustischen Zentren in Richtung parallel zu ihren Achsen einen Abstand voneinander haben, wobei das akustische Zentrum des anderen Systems gegenüber dem akustischen Zentrum des einen Systems nach vorn verlegt ist und die Verzögerung, welche durch die Verzögerungsanordnung in das dem anderen System zugeführte Signal eingeführt wird, auch infolge dieses Abstandes auftretende Phasenunterschiede in dem akustischen Signal kompensiert, welches an einem Punkt parallel zu den Achsen der Systeme empfangen wird. Alternativ können die elektroakustischen Wandler auch so montiert werden, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen und ihre effektiven akustischen Zentren beide in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zu ihren Achsen verläuft. In diesem Falle braucht die durch die Verzögerungseinrichtung eingeführte elektrische Kompensation nur auszureichen, um die Verzögerungsunterschiede zu kompensieren, weiche durch die Anordnung eingebracht wird, welche verschiedene Teile des elektrischen Signalspektrums zu den verschiedenen Wandlersystemen führt. In der Praxis sind diese Anordnungen entsprechende Hoch- und Tiefpaßfilter.

Die elektrischen Verzögerungsanordnungen können vor oder hinter dem die geringste Verzögerung einführenden Filter angeordnet sein (in der Praxis ist dies normalerweise das Hochpaßfilter).

Nachfolgend sei nun die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen an Beispielen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1a und 1b eine Draufsicht bzw. eine Seltenansicht eines üblichen Lautsprechers mit ebener Schallwand;

Fig. 2a und 2b entsprechende Ansichten eines Lautsprechers mit abgestufter Schallwand;

Fig. 3a und 3b entsprechende Ansichten eines äquivalenten kompensierten Lautsprechers in einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine übliche Frequenzweiche, wie sie zur Speisung konventioneller Lautsprechersysteme verwendet wird; und

Fig. 4 und 5 alternative Frequenzweichen entsprechend verschiedenen Aspekten der Erfindung.

Bei einem üblichen Lautsprecher mit ebener Schallwand, wie er beispielsweise in den Fig. 1a und 1b dargestellt ist, sind ein Hochtöner 1 und ein Tieftöner 2 an der Vorderwand eines Gehäuses 3 montiert. An Stellen auf der Achse 4 ergibt sich hier eine seitliche Verzögerung zwischen dem Empfang eines Tones von den Lautsprechern 1 und 2, nämlich wegen des Abstandes zwischen den akustischen Zentren der beiden Systeme, welche schematisch dargestellt und mit den Bezugszeichen C₁ bzw. C₂ bezeichnet sind. Diese Zeitverzögerung wird bei einer bekannten Konstruktion dadurch verringert, daß man die beiden Systeme auf einer abgestuften Schallwand montiert, wie sie in den Fig. 2a und 2b zu sehen ist. Durch geeignete Wahl der Stufenhöhe bei der Hontage kann man eine vollständige Korrektur in der Achse erreichen. Gemäß Fig. 4 werden das Tiefton- und das Hochtonsystem über entsprechende Tief- bzw. Hochpaßfilter 6 bzw. 5 gespeist.

Wenn der durch diese Tief- und Hochpaßfilter 6, 5 eingeführte Unterschied der Zeitverzögerung At₁ beträgt und der Abstandsunterschied zwischen den Befestigungsstellen und den akustischen Zentren jedes der Lautsprecher eine Zeitverzögerung At₂

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bewirkt, dann ist die gesamte Zeitverzögerung in der Achse für einen üblichen Lautsprecher mit ebener Schallwand At₁ + At₂. Der außerhalb der Achse bei einem Winkel θ auftretende Fehler ist etwas kleiner als At₁ + At₃, wobei At₃ « At- cos θ ist.

Bei der Anordnung mit abgestufter Schallwand, wie sie in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist, ist das akustische Zentrum C₁ des Hochtonsystemes hinter dem akustischen Zentrum C, des Tieftonsystemes liegend dargestellt, und zwar um einen Abstand, der äquivalent der Zeitverzögerung At₁ ist (gegenüber der Lage des Hochtöners im Lautsprecher gemäß Fig. 1 entspricht dies einer Versetzung äquivalent einer Zeitverzögerung At₁ + At₂ und ergibt eine vollständige Korrektur in der Achse). Außerhalb der Achse ist bei einem Winkel θ der Unterschied der Weglängen vom Zuhörer zum Baß und zum Hochtonsystem At₄ * At₁ cos Θ, was weniger als At₁ ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3 wird auf elektrischem Wege eine Verzögerung At₁, welche gleich dem Unterschied der Verzögerungen infolge der Filter der Frequenzweiche für Tiefton- und Hochtonsystem ist, in die Hochtoneinheit eingeführt. Dieser Hochtöner ist hinter die Lage des Hochtöners gemäß Fig. 1 zurückversetzt, und zwar um einen Abstand äquivalent At₂f also so, daß ihre effektiven akustischen Zentren C₁ und C₂ beide in einer senkrecht zur Achse verlaufenden Ebene liegen. Ein solches System zeigt sowohl in der Achse als auch außer der Achse keine ZeitverzögerungsVerzerrungen.

Eine übliche Frequenzweiche ist in Fig. 4 dargestellt: Sie enthält ein Hochpaßfilter 5 und ein Tiefpaßfilter 6. Zwei alternative Ausführungen von Frequenzweichen zur Verwendung bei der hier beschriebenen Erfindung sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei jeweils eine Verzögerungsschaltung 7 in Reihe mit dem Hochpaßfilter 5 vorgesehen ist.

Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann

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eine in der Achse auftretende Zeitverzögerung auch allein durch eine elektrische Zeitverzögerung korrigiert werden. Diese Verzögerung, welche gleich At₁ + At₂ ist, wird in die Speiseleitung für das Hochtonsystem eines Lautsprechers mit ebener Schallwand gemäß Fig. 1 eingefügt. Auf diese Weise kann eine andernfalls in der Achse auftretende Zeitverzögerungsverzerrung eliminiert werden, während die Flexibilität beim Entwurf erhalten bleibt, so daß eine Optimierung anderer Parameter, wie etwa von Brechungseffekten, möglich bleibt.

Es sind im Rahmen der Erfindung eine Reihe von Abwandlungen möglich, beispielsweise können statt der zwei dargestellten Handlersysteme in gleicher Weise auch Lautsprecher mit drei oder mehr Einzelsystemen für verschiedene Frequenzbereiche in Frage kommen. Ebenso können verschiedene Verzögerungseinrichtungen verwendet werden, wie passive elektrische Verzögerungsleitungen, elektroakustische Verzögerungsleitungen oder integrierte Eimerkettenschaltungen, um die elektrische Verzögerung zu bewirken.

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Claims (7)

10268/Sch/Vu ^_^_^

W/35/HGA/RG/GAH _ J******

Brit. Anm. Nr. 2998/77 Dr. Dieter ν. Bezold

vom 25. Januar 1977 «Ρ'--Ing. Peter Schute

Dipl.-Ing. Woifgsng Housler β Mönchen 86, Postfach 860668

The Rank Organisation Limited 11 Hill Street, London (Großbritannien)

Patentansprüche

(1)) Lautsprecher mit mindestens zwei elektroakustischen Wandlern, die in im wesentlichen festen gegenseitigen Positionen montiert sind, und mit freguenzselektiven Mitteln, um verschiedene Teile des elektrischen Frequenzspektrums eines Lautsprechereingangssignals verschiedenen Wandlern derart zuzuführen, daß diese entsprechend unterschiedliche Teile des vom Lautsprecher aufgrund des Eingangssignales wiederzugebenden akustischen Spektrums reproduzieren, wobei die freguenzselektiven Mittel eine Verzögerung in die einem der Wandler zugeführten Signale gegenüber den dem anderen Wandler zugeführten Signalen einführen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von mindestens einem Teil dieser Verzögerung eine Einrichtung (7) vorgesehen ist, welche in die dem anderen Wandler (1) zugeführten Signale eine Zeitverzögerung einführt.

2) Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroakustischen Wandler (1,2) so montiert sind, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und ihre effektiven akustischen Zentren (C₁,C₂) einen Abstand voneinander in einer Richtung parallel zu ihren Achsen haben, daß das akusti-

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sche Zentrum (C₁) des anderen Wandlers (1) nach vorn gegenüber dem akustischen Zentrum (C₂) des einen Wandlers (2) versetzt ist, und daß die durch die Verzögerungseinrichtung (7) in das dem anderen Wandler (1) zugeführte Signal eingeführte Verzögerung auch infolge dieses Abstandes auftretende Phasenunterschiede im akustischen Signal kompensiert, welches an einem Punkt parallel zu den Achsen der Wandler (1,2) empfangen wird.

3) Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroakustischen Wandler (1,2) so montiert sind, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen und ihre akustischen Zentren (C^C₂) beide in einer Ebene liegen, welche im wesentlichen senkrecht zu ihren Achsen verläuft.

4) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5,6) zur Aufteilung verschiedener Teile des elektrischen Frequenzspektrums des Lautsprechereingangssignals auf die verschiedenen Wandler (1,2) entsprechende Hoch- und Tiefpaßfilter (5,6) enthalten, und daß die Verzögerungseinrichtung (7) zwischen das Hochpaßfilter (5) und den zugehörigen elektroakustisehen Wandler (1) geschaltet ist.

5) Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5,6) zur Aufteilung des elektrischen Frequenzspektrums im Lautsprechereingangssignal auf die verschiedenen Wandler (1,2) entsprechende Hoch- und Tiefpaßfilter (5,6) enthält und daß die Verzögerungseinrichtung (7) vor dem Hochpaßfilter (5) eingeschaltet ist und ihr Ausgang mit dem Eingang des Hochpaßfilters verbunden ist.

6) Lautsprecher nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine elektroakustisch^ Wandler (2) ein Tieftonwandler und der andere Wandler (1) ein Hochtonwandler ist und daß beide Wandler (1,2)

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auf einer Schallwand (3) montiert sind, die so abgestuft ist, daß der Hochtonwandler (1) räumlich hinter der Vorderseite des Tieftonwandlers (2) liegt.

7) Lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Hochtonwandler (1) um einen Abstand hinter dem Tieftonwandler (2) liegt, der gleich der Differenz zwischen den Abständen ihrer jeweiligen effektiven akustischen Zentren (C₁, C~) und der Frontseite der Schallwand (3) ist, auf welcher sie montiert sind.

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