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Die Erfindung Betrifft ein Anordnung nach dem Oberbegriff des
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Patentanspruchs 1.
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In der akustischen Wiedergabetechnik besteht seit langem das Bedürfnis,
die aufgenommenen Schallereignisse so naturgetreu wie möglich wiederzugeben. DiesesBedürfnis
läßt sich mit nur einem Kanal bzw. Lautsprecher nicht befriedigen, weil dieser keinen
räumlichen Schalleindruck vermittelt.
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Es wurde deshalb die sogenannte Stereophonie vorgeschlagen, bei der
zwei oder mehr Kanäle, d.h. Ubertragungswege, verwendet werden. Für die Rundfunk-,
Schallplatten- und Tonbandwiedergabe hat sich die zweikanalige Stereophonie durchgesetzt,
während im Tonfilm bis zu fünf Kanäle Verwendung finden (Helmut Pitsch: Lehrbuch
der Funkempfangstechnik, Band II, 1964, 9 477, Seite 1037).
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Nachteilig ist bei der zweikanaligen Stereophonie, daß sich der Zuhörer
auf der Symmetrielinie der Lautsprecheranordnung, also in der Mitte zwischen den
beiden Lautsprechern, oder in deren Nähe befinden muß, um einen räumlichen Klangeindruck
zu erhalten. Befindet sich der Zuhörer dagegen rechtsoder links von der Mitte der
beiden Lautsprecher, so entsteht ein einwandfreier stereophonischer Eindruck nur
dann, wenn der Abstand des Zuhörers von den Lautsprechern sehr groß ist.
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Um diesen Nachteil zu beheben, sind schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen
worden. Einer dieser Vorschläge bezieht sich auf einen iransversalwellenlautsprecher
mit einer Strahlerplatte (DE-PS 11 32 593, DE-PS 21 12 516; R. Riedlinger: Aufbau
und Eigenschaften eines TransversalwellenlautsDrechers, Diss. Karlsruhe 1973). Derartige
Transversalwellenlautsurecher sind jedoch außerordentlich voluminös und haben berdies
eine schlechte Wiedergabe hoher Frequenzen. Außerdem ist ihre Richtcharakteristik
frequenzabhangig. Schließlich liegt die Richtcharakteristik der Strahlerplatte auch
fest, so daß sie nicht den Erfordernissen unterschiedlicher Lunge der Stereobasis
angenasst werden kann.
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Zur Vermeidung von frequenzabhängigen Richtcharakteristiken wurde
auch bereits vorgeschlagen, mehrere parallel angeordnete Linienschwinger zu verwenden,
die jeweils nur einen bestimmten Frequenzbereich übertragen (DE-OS 22 So 741). Hierdurch
wird der Aufbau einer challabstrahlenden Anlage jedoch sehr aufwendig.
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Es ist auch bereits eine Lautsprecheranordnung mit Richtwirkung bekannt,
die eine Vielzahl von Einzel lautsprechern aufweist, die mit Phasendrehgliedern
verbunden sind, so daß die Richtung der Hauptabstrahlunq gegenüber der zur Abstrahiflwich
senkrechten Richtung geneigt werden kann (DE-PS 844 169). Wird diese Anordnung für
die Wiedergabe von Zweikanal-Stereosendungen verwendet. so müssen zwei a ch Lautsprecherketten
vorgesehen werden. Dies trifftyfur weitere bekannte Lautsprecheranordnunnen zu,
welche mit mehreren Lautsprechern und Verzögerungsleitungen arbeiten (DE-PS lo 81
o51, Spalte 4, Zeile 34 ff). Eine weitere bekannte Anordnung Ialker, Winde rande
electrostatic loundspeakers wireless wird, Mal 1955, Seite 208 und Juni 1955, Seite
265) ist lediglich fißr die Anordnung bei elektrostatischen Lautsprechern geeignet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für
die akustische Wiedergabe von Zweikanalstereophonie-Slgnalen zu schaffen, die mit
nur einer Lautsprecherkette auskommt.
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Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Påtentanspruches
1 gelöst.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin,
daß von jedem Platz aus, d.h. auch außerhalb der Stereomitte, eine sehr gute Lokalisierung
des Tons möglich ist. Hallslgnale oder dergleichen werden durch die Erfindung nicht
erzeugt, so daß die Sthallwiedergabe außerordentlich naturgetreu ist Ein AusfUhrunqsbeispiel
der Erfindung ist In der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung mehrerer Einzellautpsrecher, die
mit einem linken und einem rechten NFStereokanal verbunden sind, wobei die Schallwellenfront
eines Kanals dargestellt ist.
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Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines HiFi-Turmes mit einer Lautsprecherkette,
wobei die Schaliwellenfronten beider Kanle dargestellt sind; Fig. 3 eine Lautsprecherkette
mit geknickten Schallwellenfronten; Fig. 4 eine Lautsprecherkette mit stetig gekrümmten
Schallwellenfronten; Fig. 5 eine praktisch realisierbare Aufstellung der Einzel
lautsprecher; Fig. 6a-6c Aufhängevorrichtungen für Einzel lautsprecher.
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In der Fig. 1 ist eine Anordnung von mehreren Einzellautsprechern
1 - 9 dargestellt, denen jeweils ein Endverstärker lo - 18 zugeordnet ist, der als
Summationsverstärker dient. Jeder dieser Endverstärker lo - 18 ist mit den Ausgängen
zweier Vorverstärker 19 - 27 bzw. 28 - 36 verbunden. In Reihe zu diesen Vorverstärkern
19- 27 bzw. 28 - 36 ist jeweils eine Verzögerungseinrichtung 37 - 45 bzw. 46 - 54
geschaltet, deren Verzögerung einstellbar ist. Die Verzögerungseinrichtungen 37
- 45 liegen an der Schiene 55, in die die NF-Signale des linken Stereokanals eingespreist
werden, während die Verzögerungseinrichtungen 46 - 54 an die Schiene 56 angeschlossen
sind, in welche die NF-Signale des rechten Stereokanals eingespreist werden.
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Die in der Fig. 1 erkennbare Schallwellenfront 57 ist der Einfachheit
halber nur für den linken Kanal daragestellt. Man erkennt hierbei, daß zum Zeitpunkt
tl nur der Lautsprecher 1 seine Schallwelle 58 sendet, während
die
übrigen Lautsprecher aufgrund der Verzögerung des NF-Signals noch kein Schallsignal
abstrahlen. Zum Zeitpunkt t2 ist die Schallwelle 58 des Lautsprechers 1 vorgertickt,
und die Schallwelle 59 des zweiten Lautsprechers 2 wird ausgesendet, wobei die Schallwelle
59 zum Zeitpunkt t2 gegenüberder Schallwelle 58 zum Zeitpunkt t1 um die Zeit t2
- tl verschoben ist. Diese Zeit t2 - t1 = # ist mit Hilfe der Verzögerungseinrichtung
38 einstellbar. Berücksichtigt man nun, daß die Lautsprecher 3 - 9 das Signal der
Schallwelle 5 8, in Bezug auf den vorangegangenen Lautsprecher jeweils um die Zel
versetzt verhalten, so ergibt sich eine schräge Schallwellenfront, wie sie in der
Fig. 1 dargestellt ist. Diese Wellenfront entspricht der Einhlllienden nach de Huygenischen
Uberlagerungsprinzip. Die Intensität dieser Einhüllenden nimmt 1/ ab, wobei # der
Abstand der Wellenfront vom Lautsprecher ist.
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Im Bereich vor dem LautsprechEr 1 jedochwirkt.nur dieser. Hier ergibt
sich näherungsweise eine Kugelschallwelle, deren Intensität mit abnimmt.
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Da die Zeitverzögerungen, die durch die Verzögerungseinrichtungen
37 -45 bewirkt werden, den Abstand zwischen den Wellenfronten 58 zu den verschiedenen
Zeiten tl, t2, t3 bestimnen,erkennt man, daß die Neigung der Wellenfrontgeraden
57 von den Zeitverzögerungen abhängt. Je geringer die Zeitverzögerungen sind, umso
flacher wird die Neigung der Wellenfront.
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Im Extremfall, d.h. wenn keine Zeitverzögerung mehr stattfindet, wIrd'die
Wellenfront senkrecht zu der durch die Lautsprecher 1- 9 gehenden Achse abgestrahlt.
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In der Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der sowohl die Wellenfront
des linken als auch des rechten StenHokanals gezeigt ist. Die Figur zeigt auch schematisch
einen HiFi-Tury, der aus einem Plattenspieler 67, einem Tuner 68, einem kassettengerät
69, einem Verstärker 70 und einer Einrichtung 71 für die1'Holophonie'1. - wie die
erfindungsgemäße Art der räumlichen Wiedergabe der akustischen Signale genannt sei
- besteht.
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Aus dem Verstärker 70 werden der Einrichtung 71 die L/R-Signale der
elektrischen Stereoformation zugeführt. In dieser Einrichtung wird das Signal sodann
getrennt, und zwar in einen unteren und einem oberen Frequenzbereich. Der untere
Frequenzbereich - ca. bis 300 Hz - wird über die Leitungen 72, 73 auf normale Stereolautsprecher
74, 75 mit einer guten Tieftonwiedergabe gegeben. Der höherfrequente Bereich des
Signals wird über ein mehrart:iges Kabel 76, das durch die Lautsprecher 1- 9 geschleift
ist, den Lautsprechern 1 - 9 zugeführt. Dabei ist dieses Kabel 76 mit dem ersten
Lautsprecher 1 verbunden und dann mittels zyklischer Vertauschung bis zum letzten
Lautsprecher weitergeführt. Jeder der Lautsprecher 1 - 9 erhält auf diese Weise
das für ihn bestimmte Signal aus dem mehrartiges Kabel 76. Die Wellenfronten 77,
78 des linken und rechten Kanals überschneiden sich nun in der Weise, wie es in
der Fig. 2 dargestellt ist.
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Es ergeben sich also zwei schräg aufeinander zulaufende Wellenfronten.
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Außerhalb des Uberlagerungsbereiches, in den Randbezirken, überlagern
sich Kugelfronten mit Wellenfronten.
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Innerhalb des Dreiecks 79, das durch die Basis der Kette der Lautsprecher
en 1 - 9 und durch die WellenfrontZgebildet wird, deren Verlängerungen die Lautsprecher
1 und 9 schneiden, werden durch die kürzere Laufzeit des Signals längs der Lautsprecherkette
die Unterschiede in der Laufzeit und der Lautstärke zwischen den beiden Kanälen
so reduziert, so daß auf jeden Platz innerhalb dieses Dreiecks der räumliche Klang-Eindruck
erhalten bleibt. Seitlich außerhalb des Dreieck 79 jedoch wird die kürzere Laufzeit
des nahen Kanals durch eine größere Lautstärke des entfernten Kanals kompensiert.
Die Kugelfront des nahen Kanals fällt nämlich in der Intensität mit 1// ab, während
die des entfernten Kanals nur mit 1/f abfällt, Werden Stereo-Signale auf die Kette
der Lautsprecher 1 - 9 gegeben und die Zeitverzögerungen weggelassen, so entsteht
wegen der Summenlokalisation des Gehörsinns ein Mono-Signal. Es wird durch die Vielzahl
der Lautsprecher also kein schlechter Klang der Lautsprecher verbessert, sondern
die Richtung des Schalls formiert.
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Eine weitere Verbesserung des räumlichen Klangelndrucks erreicht man
- wie Hörversuche eindeutig gezeigt haben - wenn man die Zeitverzögerungen so einstellt,
daß sich Wellenfronten 80, 81 ergeben, wie sie in der Fig. 3 dargestellt sind. Der
Winkel utt kann hierbei 14,wo und der Winkel2 300 betragen. Hierzu ist eine variable
Zeitverzögerung nötig, wie weiter unten noch erläutert wird.
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Die Zeitverzögerung kann dadurch realisiert werden, daß jeder Kanal
für jeden Lautsprecher eine unabhängig einstellbare Zeitverzögerung enthält. Bei
zehn Lautsprechern sind also zwanzig Verzögerungen nötig.
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Es ist aber auch möglich, daß jeweils die Hälfte eines Kanals eine
von Lautsprecher zu Lautsprecher gleiche Verzögerung mit den entsprechenden Abgriffen
auf einen- Zeitverzögerungs-IC erhält. Bei zehn Lautsprechern sind ann vier Verzögerungselnrichtungen
oder -IC's notwendig. Ferner ist es möglich, von Lautsprecher zu Lautsprecher eine
konstante Verzögerung einzustellen. ßei zehn Lautsprechern sind dann zwei Verzögerungseinrichtungen
notwendig, die zehn Abgriffe aufweisen.
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In der einfachsten Form wird die elektronische Verzögerung des NF-Signals
mit Eimerketten-IC's ausgeftihrt, die fest Abgriffe haben (z.B. Reticon R 52o1-l
und R 5201-2). Dadurch haben die Lautsprecher, die an ein IC angeschlossen sind,
einen konstanten Laufzeitunterschied, während die IC's untereinander unterschiedliche
Laufzeiten haben können. Sind alle Laufzeiten konstant, so strahlen die Lautsprecher,
von denen angenommen wird, daß sie eine punktförmige Schallquelle darstellen, eine
gerichtete Wellenfront ab, deren Erhebungswinkel von der Zeltverzögerung In der
Lautsprecherkette abhängt. Es ergeben sich dann die in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Wellenfronten. Werden pro Kanal zwei Verzögerungs-IC's mit je fünf Abgriffen verwendet,
so können zwei unterschiedliche Laufzeiten hergestellt werden, die einen Knick in
der Wellenfront bewirken, wie es In der Fig. 3 dargestellt ist. Ein solcher Knick
ist nur dann mit elektronischen Mitteln realisierbar, wenn man für beide Kanäle,
d.h. für den rechten und den linken Stereokanal, nur eine Lautsprecherkette verwendet,
die beide Kanäle zusammen abstrahlen. Ein Richten der Lautsprecher oder eine Variation
der Abstände untereinander würde beide Kanäle beeinflussen und somit kein Gegeneinanderlaufen
der Wellenfronten ermöglichen.
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Bei vollständig variablen Laufzeiten mit je einer Verzögerung für
jeden Lautsprecher und Kanal ist ein beliebiges VerLiegen der Wellenfronten 82,
83 möglich. Vorzugsweise bestehen die Wellenfronten dann aus Hyperbeln, , wie es
in der Fig. 4 gezeigt ist, so daß der Schall auf einen entfernten Brennpunkt (pro
Kanal) kussiert wird.
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Zusätzlich sind die Pegel des linken Kanals von links nach rechts
hin abnehmend, wobei zwischen den Lautsprechern beispielsweise o,5 dB eingestellt
werden kann. Dasselbe geschieht mit dem rechten Kanal, nur daß hier die Pegel von
rechts nach links abnehmen.
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In der Fig. 5 ist noch einmal einrealisierbarer Aufbau der erfindungsgefäße
Anorndung gezeigt. Man erkennt hierbei wieder einen Plattenspieler 84, einen Tuner
85, einen Verstärker 86 und ein Holophonie-Gerät 87, die übereinander gestapelt
sind und sich auf einem Tisch 88 befinden.
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Auf einer Plattform 89 sind mehrere Hoch- und Mitteltöner-Lautsprecher
9o - 98 aufgestellt, die untereinander über ein Kabel verbunden sind, das nicht
sichtbar in der Plattfcrm 89 untergebracht ist. Zwei Normallautsprecher 99, loo
mit Tieftönemsind neben den Lautsprechern 9o - 98 angeordnet.
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Die Lautstärke aller Lautsprecher 9o - 100 wird mit dem Steller des
Verstärkers 86 eingestellt, ebenso der Klang, die Rumpel-Rausch-Filter und die Balance.
Die Balance ist allerdings bei der Erfindung nicht mehr erforderl ich.
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Im Holophonie-Gerät 87 können die Lautstärke zwischen den Lautsprechern
99, too und den Lautsprechern 9o - 98 sowie die Verzögerungen eingestellt werden.
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Die Lautsprecher 9o - 98 können normale Breitbandlautsprecher sein,
sie werden jedoch zweckmäßigerweise als Mittel-Hochtöner ab ca. 200 bis 300 Hz ausyelegt,
da tiefere Frequenzen zur Lokalisation kaum etwas beitragen. Entsprechend können
die Lautsprecher 99, 100 mit einem passiven oder aktiven Tiefpaß auf die passende
(200 bis 300 Hz) obere Grenzfrequenz
beschnitten werden. Das erlaubt
z.B. die beliebige Aufstellung der meist großen Lautsprecher 99, 100 im Wohnraum,
während die kleinen Lautsprecher 9o - 98 in einer Geraden ausgerichtet sein sollen.
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Die gesamte Anordnung ist bei neun Lautsprechern 9o - 98 etwa 3 m
bis 4 m breit.
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Für jeden Lautsprecher wird frei wählbar die Verzögerungszeit des
linken und rechten Kanals eingestellt, und zwar bezogen auf die Lautsprecher 99,
loo bzw. 9o, 98, die jeweils unverzögert sind. Mit den anschließenden Vorverstärkern
wird für Jeden Lautsprecher und Kanal, unabhangig voneinander, der Pegel, bezogen
auf den Pegel der Lautsprecher 99, loo bzw. 9o, 9?, eIngestellt, In den Fig. 6a-6c
ist im Prinzip dargestellt, auf welche Weise die in der Fig. 5 gezeigten Lautsprecher
90 - 98 auch mit Hilfe einer Schiene oder dergleichen an einer Wand befestigt werden
können. Die Fig. 6a zeigt einen Lautsprecher lol, der eine Uffnung 102 aufweist,
welche über einen Träger 103 gestülpt ist, wobei dieser Träger 103 ein Teil einer
mit einer Wand 104 verbindbaren Haltevorrichtung 105 ist. Diese Haltevorrichtung
weist noch einen Kabelkanal 106 und eine schräg ausgerichtete Trägerschiene 107
auf.
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Mit Hilfe der Trägerschiene ist es möglich, wie die Fig. 6b zeigt,
den Lautsprecher lol schräg anzuordnen, indem die Trägerschiene 107 in die Öffnung
lo2 geschoben wird. Indem' man den Lautsprecher um 1800 dreht oder mit einer zweiten
Uffnung versieht, kann er auch an die Decke 1o8 gehängt werden. Dies ist in den
Fig. 6c dargestellt. Der Träger 103 wird hierbei als Mittel zum Befestigen der Haltevorrichtung
105 an der Decke verwendet.
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