DE3855887T2

DE3855887T2 - Stereophonisches Schallabgabesystem mit kontrollierter Richtwirkungscharakteristik

Info

Publication number: DE3855887T2
Application number: DE3855887T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Negishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2008-12-09
Also published as: EP0409360A3; EP0409360A2; JP2840265B2; US5144670A; DE3855887D1; EP0320270B1; JPH01303000A; EP0320270A2; EP0320270A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein stereophonisches Schallabgabesystern und genauer ein Schallabgabesystem zur Wiedergabe eines stereophonischen Schalifeldes mit hoher Wiedergabetreue.
In der UK-B-2 188 811 A ist ein Schallabgabesystern vorgeschlagen worden, das eine Richtungsverteilung des Schalls bzw. der Schallwellen aus den Lautsprechern zur Vergrößerung des Stereo-Hörbereichs steuert. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei dem in der vorstehend genannten Beschreibung es wünschenswert ist, den in unerwünschten Richtungen ausgesendeten Schall zu verringern.
Diese Erfindung betrifft ein stereophonisches Schallabgabesystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Richtwirkung eines herkömmlichen Lautsprechersystems darstellt,
Fig. 2A zeigt ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau eines Schallabgabeabschnitts darstellt,
Fig. 2B zeigt ein Diagramm, das die Richtwirkung des Schallabgabeabschnitts gemäß Fig. 2A darstellt,
Fig. 3A zeigt ein Diagramm, das den Aufbau und die Eigenschaft eines stereophonischen Schallabgabesystems darstellt, dessen Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,
Fig. 3B zeigt ein Diagramm, das den Aufbau und die Eigenschaft eines herkömmlichen stereophonischen Schallabgabesysterns darstellt,
Fig. 4A zeigt ein Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Schallabgabeabschnitts gemäß dem Prinzip der Erfindung darstellt,
Fig. 4B zeigt ein Diagramm, das eine Richtwirkung des Schallabgabeabschnitts gemäß Fig. 4A darstellt,
Fig. 5A und 5B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und eine schematische Draufsicht einer abgeänderten Lautsprechereinheit, die das Prinzip der Erfindung verkörpert,
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht eines Schallreflektors und
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht einer Lautsprechereinheit mit einem Paar Schallreflektoren der in Fig. 6 gezeigten Bauart.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 2A und 2B zeigen Diagramme, die einen Schallreflektor-Lautsprecher darstellen. Fig. 3A zeigt das Prinzip eines Schallabgabesystems und der Schallbild-Lokalisierungsbarkeit. Fig. 2A und 2B zeigen ein ebenfalls in dem Patent UK-B-2 188 811 dargestelltes Lautsprechersystem und dessen Richtwirkung für den Fall, daß die Zentralachse eines Schallreflektors bzw. eines akustischen Reflektors 21 einer konischen drehbaren Einheit mit der äußeren Umrandung einer kreisförmigen Membran 22 zusammenfällt. Bei dem Patent gemäß dem Stand der Technik wurde Aufmerksamkeit darauf gerichtet, daß über einen Bereich von +30º bis -30º aus einer Vorderposition eine gleichmäßige Richtungsverteilung mit einer Abweichung von lediglich ± 7% erzeugt wird. Jedoch wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine derartige Theorie verwendet, daß sich die akustische Ausgangsleistung in einem Bereich von +45º bis - 45º von der Vorderposition gleichmäßig verringert.
Fig. 3A zeigt den Zustand, wenn jeder in Fig. 2A gezeigte Lautsprecher derart angeordnet ist, daß er mit einem Winkel von 45º nach innen zeigt, wodurch ein Lautsprecherpaar zur Wiedergabe sterephonischer Schallwellen aufgebaut ist. Der Abstand zwischen den zwei Lautsprechern ist auf 2 m eingestellt. Fig. 3B zeigt ein Diagramm, das den Zustand zeigt, bei dem herkömmliche Lautsprecher in einer zu der gemäß Fig. 3A ähnlichen Weise angeordnet sind.
Es sei nun angenommen, daß die Lokalisierungsbarkeit des akustischen Systems durch die Wiedergabefähigkeit der zentralen Schallquelle in einer ähnlichen Weise ausgedrückt wird, wie die Modulationsübertragungsfunktion MFT eines optischen Systems einfach durch die Auflösung ausgedrückt wird. Der Zustand, in der an einem Hörpunkt das Schallbild an dem Zentrum geortet werden kann, wird nämlich auf 1.0 eingestellt, und der Zustand, bei dem das Schallbild an einem einzigen Lautsprecher geortet werden kann, wird auf 0.0 eingestellt. Falls das Schallbild wie in dem Fall entgegengesetzter Phasen nicht geortet wird, wird bestimmt, daß die Lokalisierung unmöglich ist. Die Schallbild-Lokalisierungsbarkeit kann grundsätzlich als ein subjektiver Wert betrachtet werden. Die Schallbild- Lokalisierungsbarkeit hängt von dem physikalischen Wert ab, der durch den Schalldruck und den Unterschied zwischen den Eintreffzeitpunkten aufgrund des Haas-Effekts als mentales Umwandlungssystem für beide ausgedrückt wird. Die Schallbildlokalisierung eines stereophonischen Schallsystems wird von sich aus als eine Vorstellung betrachtet, die auf den Eindruck des Hörempfindens beruht. Falls die Schallwellen desselben Schalldrucks gleichzeitig von dem linken und dem rech ten Lautsprecher eintreffen, wird das Schallbild im Zentrum geortet. Deshalb ist der Idealpunkt (hot spot) zur Wiedergabe der stereophonischen Schallwellen geeignet. Jedoch empfindet, falls die Eintreffzeiten von dem linken und dem rechten Lautsprecher sich unterscheiden, der Hörer ausgeprägt den Schall, der zuerst eintrifft. Dies wird als Haas-Effekt bezeichnet. Da die Differenz zwischen den Eintreffzeiten. sicherlich. an einem Hörpunkt erscheint, der nicht das Zentrum ist, selbst wenn die von dem rechten und dem linken Lautsprecher erzeugten Schalldrücke dieselben sind, verschiebt sich das Schallbild zu dem Lautsprecher nahe bei dem Hörer, so daß sich die Schallbild-Lokalisierungsbarkeit verschlechtert.
Jedoch lehrt der Haas-Effekt ebenfalls, daß es einen Kompensationseffekt zwischen der Zeitdifferenz und der Schalldruckdifferenz gibt, wobei 10 ms fast äquivalent zu 5 dB sind. Beispielsweise wird bei Fig. 3A und 3B bei den Hörpunkten ((E) und (E')) in den Vorderbereichen, die sich 2 m entfernt von dem rechten Lautsprecher befinden, der Schall aus dem linken Lautsprecher um 2,4 ms verzögert. Unter der Annahme, daß der Haas-Effekt in diesem Bereich linear ist, wird diese Zeitverzögerung dadurch kompensiert, daß dem Schalldruck eine Differenz von 1,2 dB derart beaufschlagt wird, daß das Schallbild zurückgeführt und im Zentrum geortet wird. Die Schallbild-Lokalisierungsbarkeit wird nämlich auf 1 eingestellt. Der Schlüsselpunkt ist die Steuerung des Schalldrucks in jede Richtung, nämlich die Steuerung der Richtwirkung derart, daß der Idealpunkt wie vorstehend beschrieben auf einen Reinbereich (sweet area) erweitert wird.
In dem Fall einer Anordnung des rechten und des linken Lautsprechers wie in Fig. 3A gezeigt beträgt die zu dem Hörbereich ausgestrahlte akustische Energie die Hälfte der gesamten Energie, wobei die verbleibende Energie als direkter Schall nutzlos ist. Die verbleibende Schallenergie wird durch die Wand oder dergleichen reflektiert und wird zu indirekten Schallwellen. Da diese indirekten Schallwellen zeitlich sehr nahe an den direkten Schallwellen liegen, können sie das Richtungs-Hörempfinden verwirren. Dann gibt es einen Fall, daß eine unsymmetrische Richtwirkung erwünscht ist, da sie unerwünschte indirekte Schallwellen verringern kann. Als ein praktisches Verfahren zur Eliminierung indirekter Schallwellen weisen die Lautsprecher jeweils ein schallabsorbierendes Material auf.
Fig. 4A und 4B zeigen Diagramme des Prinzips der Erfindung, wonach ein schallabsorbierendes Material 23 zwischen der Lautsprechermembran und dem Schallreflektor eingefügt ist, wodurch die Schallwellen der sich in unnötige Richtungen ausbreitenden akustischen Energie absorbiert werden. Ein derartiges schallabsorbierendes Material wird ebenfalls zur Steuerung der Richtungsverteilung der akustischen Energie zu dem Hörbereich hin verwendet.
Jedoch muß der Punkt beachtet werden, daß die Verwendung des schallabsorbierenden Materials 23 zu einer Verschlechterung bezüglich der Effizienz der Schallerzeugungsleistung eines Lautsprechers 24 führt und daß die schallabsorbierende Wirkung in Abhängigkeit von der Art, der Menge, der Form usw. des schallabsorbierenden Materials sich verändert, so daß diese Wirkung eine Frequenzabhängigkeit aufweist.
Bei der vorhergehenden Beschreibung wurde angenommen, daß Lautsprecher mit kreisförmigen Membranen verwendet werden. Jedoch können andere Lautsprecherbauarten, beispielsweise Lautsprecher mit elliptischen Membranen, rechkteckförmigen Membranen mit abgerundeten Ecken oder quadratischem Membranen verwendet werden. Zusätzlich können Trichter- bzw. Hornlautsprecher verwendet werden. Es gibt verschiedene Arten von Öffnungsebenen für Hörner. Da gleichphasige Schallwellen bei Reflexion von dem Schallreflektor ein besseres Schallbild erzeugen, ist es vorteilhaft, Lautsprecher mit kolbenförmiger Bewegung (pistonic motion speakers) zu verwenden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel das Kompensationsverhältnis zwischen der Zeitdifferenz und der Schalldruckdifferenz bei einem weiten Bereich erhalten. Deshalb wird ein breiter Reinbereich ebenfalls an Positionen erhalten, die nicht die Idealpunkte sind, die auf der senkrechten Halbierenden der den rechten und den linken Lautsprecher verbindenden Strecke vorliegen. Demgegenüber unterscheidet sich bei gewöhnlichen Lautsprechern wie in Fig. 1 gezeigt die Richtungsverteilung für jede Frequenz, wobei die Spitzen und Tiefpunkte der Schalldruckpegel groß sind. Der Idealpunkt liegt lediglich an einem einzigen Punkt in der Mitte vor. Bei anderen Hörpunkten bewegt sich das Schallbild in dem Hörbereich bei jeder Frequenz und kann nicht geortet werden.
Die Eigenschaften eines Stereo-Lautsprechersystems sind nachstehend wie folgt zusammengefaßt.
(1) Der unverfälschte, stereophonische naturgetreue (Hi/Fi) Klang im Sinne der Theorie und der Technik, nämlich die
Klangqualität, die Phase und die Richtungsverteilung werden gesteuert. Nicht nur der Idealpunkt als Spitze des gleichschenkeligen Dreiecks, sondern auch der stereophonische Bereich mit einer Schallbild-Lokalisierungsbarkeit eines breiten Bereichs, d.h. der Reinbereich wird erhalten.
(2) Da die Richtungsverteilung entsprechend der Eigenschaft und der Bedingung des Wiedergabeschallfeldes, des Hörers und dergleichen ausgewählt werden kann, kann der Reinbereich optimiert werden.
(3) Ein Mehrwegenetz kann ebenfalls in einer Weise ähnlich wie bei herkömmlichen HiFi-Lautsprechern erhalten werden.
(4) Das Merkmal der Schallreflektor-Lautsprecher, d.h. die virtuellen Schallguellen, werden durch die Reflektorenformen, Membranformen und wechselseitige Positionsabhängigkeiten bedingungslos bestimmt. Pseudoschallquellen, die von den Ecken des Gehäuses erzeugt werden, können leicht verhindert werden.
(5) Das vorliegende System ist außerdem nicht nur für ein reines Audiosystem sondern auch für ein AV-System bzw. ein Audio-Videosystem oder ein Umgebungssystem (surrounding system) geeignet.
Nachstehend sind praktische Beispiele für den Fall eines tatsächlichen Aufbaus des wie vorstehend beschriebenen Systems beschrieben.

Praktische Beispiele

(1) Stereophonisches Reinbereichs-Lautsprechersystem der 10cm-Vollbereichs-Bauart.

Ein von Jordan Watts Co., Ltd., UK hergestelltes Lautsprechermodul der 10-cm-Vollbereichs-Bauart wurde an ein Gehäuse angebracht, das dem durch diese Firma bezeichnete am nächsten kommt, und derart angeordnet, daß das Lautsprechermodul nach oben gerichtet ist. Der konische Schallreflektor wurde derart angeordnet, daß dessen Spitze wie beispielsweise in Fig. 2B gezeigt an der äußeren Oberfläche des Lautsprechermoduls positioniert war. Zwei Sätze dieser Lautsprecher wurden hergestellt und in einer Weise angeordnet, daß sie wie in Fig. 3A gezeigt um genau 45º nach innen gerichtet sind. Der Abstand zwischen dem rechten und dem linken Lautsprecher wurde auf 2 m eingestellt. Bei einer etwa 2,3 m von den Lautsprechern entfernten Position wurden die Schallbild-Lokalisierungsbarkeiten unter Verwendung eines Gitarrensolos, einer menschlichen Stimme und eines Saxophonsolos als Schallquellen gemessen. Auf diese Weise haben alle drei Personen bestätigt, daß der Reinbereich im Vergleich zu dem Fall, daß herkömmliche Lautsprecher verwendet werden, offensichtlich breit ist (wobei die vorstehend beschriebenen Lautsprecher durch das herkömmliche Anwendungsverfahren eingestellt worden sind). Es gibt die interessante Tatsache, daß in bezug auf das Hörempfinden offensichtlich zwei Bereiche existieren. Diese beiden Bereiche existieren nämlich an Positionen nahe an dem Idealpunkt und außerhalb davon. Es sei nun angenommen, daß der letztere Bereich als Haas-Bereich bezeichnet wird. Die Grenzlinie dieser beiden Bereiche tritt zutage, wenn der Hörer sich beim Hören der Schallwellen bewegt. Genauer verschwindet das Lokalisierungsgefühl, wenn sich der Hörer von dem Idealpunktbereich zu dem Haas-Bereich bewegt. Jedoch wird das Lokalisierungsgefühl wieder hergestellt, wenn der Hörer dort für zwei oder drei Sekunden verbleibt. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen die Impulsbreite oder dergleichen des akustischen Nervensystems betrifft.
In dem Fall einer herkömmlichen Einstellung der Lautsprecher war, selbst wenn die Hauptachse jedes Lautsprechers um 30º bis 45º nach innen gerichtet wurde, der Idealpunktbereich schmal und existierte kein Haas-Bereich.

(2) Verwendung des schallabsorbierenden Materials.

Die unter dem vorstehenden Punkt (1) beschriebene Anordnung wurde dahingehend abgeändert, daß das schallabsorbierende Material in dem Abschnitt in der Richtung angeordnet wurde, bei der die Schallenergie nicht direkt zu dem Hörbereich abgestrahlt wird, wie in Fig. 4A dargestellt. Obwohl der gesamte Schallpegel um etwa 2,5 bis 3 dB abgesenkt wurde, wurde der Schall derart empfunden, als wenn der Reinbereich im Sinne des Hörernpfinden3 vergrößert wurde. Genauer wurde in Betracht gezogen, daß das Übersprechen im hohen Band verringert wurde. Es wurde jedoch bestätigt, daß der Unterschied zwischen den vorstehend beschriebenen Punkten (1) und (2), die den Schalldruck ausschließen, von der Bedingung wie dem Hörraum oder der Einstellung der Lautsprecher abhängt.

(3) Reinbereichs-Lautsprechersystern der Zwei-Wege-Bauart.

Es wurde zur Ausstrahlung von tiefen Tönen bei Frequenzen von 150 Hz oder niedriger ein Tieftöner bzw. ein Sub-Woofer mit dem Lautsprechermodul gemäß Punkt (1) mittels einer Frequenzweiche von 12 dB/oct. verbunden. Obwohl der Tieftöner nahezu ungerichtet ist, war der Reinbereich fast gleich dem gemäß Punkt (1).
Die Verwendung des schallabsorbierenden Materials ist vorstehend unter Bezug auf Fig. 4A und 4B beschrieben. Unter Bezug auf Fig. 5A und 5B wurde bemerkt, daß eine ungewollte Streuung bzw. Diffraktion und/oder eine zweite Reflexion (Schallwellen 80) an einer nahegelegenen Wand 82 eine "Verschmierung" der Schalllokalisierung in dem Hörbereich verursacht. Um dieses zu verringern oder das Auftreten zu verhindern, wird eine Menge schallabsorbierenden Materials 84 zwischen dem konischen Schallreflektor 86 und dem Gehäuse 88 für den Lautsprecher 90 in einer derartigen Position angeordnet, daß die Schallwellen blockiert werden, die ansonsten eine derartige Verschmierung verursachen würden. Gemäß Fig. 5A und 5B liegt das absorbierende Material 84 in Form eines Sektors eines kreisförmigen Zylinders vor, der sich über einen Winkel von etwa 210 Grand erstreckt und eine obere konische Vertiefung zur Aufnahme des Schallreflektors 86 aufweist.
Unter Bezug auf den in Fig. 2A, 5A und 5B gezeigten konischen Schallreflektor 21 wurde bemerkt, daß es zwischen einer sitzenden Position und einer entsprechenden stehenden Position, die von dem Idealpunkt in dem Hörbereich entfernt ist, einen Unterschied bei der Sohalllokalisierung gibt. Es wird angenommen, daß die von dem konischen Schallreflektor reflektierten Schallwellen dazu tendieren, in einer horizontalen Ebene geortet zu werden. Zur Schaffung einer Lokalisierung in sowohl einer sitzenden als auch einer stehenden Position kann der konische Reflektor mit einer leicht gekrümmten Mantellinie derart erzeugt werden, daß die durch den Schallreflektor reflek tierten Schallwellen in vertikaler Richtung divergieren. Wie in Fig. 6 gezeigt ist die Mantellinie 92 des Reflektors 86 leicht konkav, aber kann wahlweise auch leicht konvex sein. Es wurde herausgefunden, daß mit einer derartigen Anordnung die Klangqualität immer noch akzeptabel ist und daß die Lokalisierung weniger von der Hörhöhe abhängt.
Fig. 7 zeigt eine Mehrweg-Lautsprechereinheit, bei der verschiedene Schallreflektoren 86A und 86B mit leicht konkaven Mantellinien übereinander zur Reflexion der Schallwellen aus unterschiedlichen Lautsprechern an dem Gehäuse 88 angeordnet sind.

Claims

1. Stereophonisches Schallabgabesystem mit einem Paar linker und rechter Lautsprecher, wobei jeder Lautsprecher (SP) eine Membran (90) und einen konischen oder teilweise konischen Schallreflektor (86) aufweist, der mit einer Spitze des Schallreflektors, die mit einem Rand der Membran zusammenfällt, von der Membran derart beabstandet ist, daß eine Richtung definiert wird, in der Schall vorzugsweise zu einem Hörbereich hin abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Schallsteuermaterial (84) zwischen der Membran (90) und dem Schallreflektor an einer Position eingefügt ist, an der Schallenergie nicht direkt zu dem Hörbereich hin gerichtet ist, damit die Richtungsverteilung der zu dem Hörbereich ausgestrahlten akustischen Energie durch Blockieren der Schallwellen gesteuert wird, die in unnötige Richtungen reflektiert werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei dem Lautsprecherpaar um Lautsprecher mit kolbenförmiger Bewegung handelt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei dem Lautsprecherpaar um Hornlautsprecher oder flache Konuslautsprecher handelt.

4. System nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Schallreflektor (86) eine asymmetrische Form aufweist.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lautsprecher (SP) entlang der Grundlinie eines Dreiecks voneinander beabstandet sind und die Zentren der Richtungen des jeweils aus dem Lautsprecherpaar ausgegebenen Schalls zu der Spitze (C) des Dreiecks aus den Schallreflektoren hin gerichtet sind, wobei zwischen den Zentren der Richtungen des Schalls und der Grundlinie ein Winkel von 45º oder weniger vorhanden ist.

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lautsprecher derart ausgeführt sind, daß sie vorzugsweise mittlere und hohe Töne ausgeben, und daß es außerdem rechte und linke Lautsprecher aufweist, die vorzugsweise tiefe Töne ausgeben.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schallreflektor (92) in einer aufwärts gerichteten Richtung gekrümmt ist, damit der dadurch reflektierte Schall divergiert.