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Lautsprecheranordnung zur Unterdrückung hörbaren Schalles in einem
bestimmten Raumteil Bei der gerichteten Abstrahlung von Schall macht sich die Tatsache
unangenehm bemerkbar, daß die die Richtwirkung hervorrufenden Flächen nur so lange
in Funktion sind, als die Wellenlänge nicht wesentlich größer ist als die lineare
Abmessung des Systems. Können aus irgendwelchen Gründen (Sichtbehinderung) Trichter-
oder ähnliche Leitflächensysteme großer Abmessungen nicht verwandt werden, so breiten
sich die tiefen Frequenzen ungerichtet aus und geben in manchen Fällen, insbesondere
bei großer Ausdehnung des zu besprechenden Geländes, zu Störungen, insbesondere
Doppelsprechen, Anlaß. Vor allem ist es auch nicht möglich, tiefe Frequenzen so
gegen den Boden zu richten, daß. sie schon nach kurzer Laufstrecke absorbiert werden,
was bei mittleren und hohen Frequenzen bekanntlich mit Systemen mäßiger Abmessungen
möglich ist.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Dämpfung von Schallschw'ngungen,
insbesondere von störenden Geräuschen durch Erzeugung von in der Phase entgegengesetzten
Schwingungen, vorgeschlagen worden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu dämpfenden
Schallschwingungen mit einem Mikrophon aufgenommen und über einen Verstärker einem
der Schallquelle zugeordneten Lautsprecher so zugeführt werden, daß eine die Störgeräusche
dämpfende Phasenopposition vorhanden ist. Bei diesem Verfahren kann eine ausreichende
Dämpfung nur dann herbeigeführt werden, wenn eine genaue Schwingungsopposition nach
Phase und Amplitude sichergestellt ist, was in der Praxis nur schwer zu erreichen
ist, da -man stets mit Reflexionen und Absorption nen rechnen muß.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß zwei praktisch
einander gleiche Lautsprechereinheiten mit ihren Schallaustrittsöffnungen einander
symmetrisch zugeordnet sind und die Membranen so angetrieben sind, daß die eine
Membran Überdruck hervorruft, während zur gleichen Zeit die andere Membran, bezogen
auf denselben Raum, Unterdruck erzeugt, so daß in einem bestimmten ringförmigen
Raumteil, dessen Abmessungen von der Entfernung der Lautsprechereinheiten bzw. deren
Schallaustritts- -öffnungen voneinander abhängen, alle in Betracht kommenden Frequenzen
durch Interferenzwirkung praktisch ausgelöscht werden.
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Die Wirkungsweise der neuen Anordnung sei an Harid des Ausführungsbeispieles
nach Abb. i kurz erläutert. In diesem Beispiel sind zwei übereinander angeordneteLautsprecher
i und :2 dargestellt, von denen der eine nach oben und der andere nach unten strahlt.
Wenn die Strahlungsverhältnisse bei beiden Membranen die gleichen sind und «renn
die Lautsprecher so erregt werden, daß auf der Vorderseite der einen- Membran die
Luft verdichtet und auf der Vorderseite der anderen Membran im gleichzeitigen Moment
verdünnt wird (gegenphasiger Betrieb, bezogen auf die Mittelebene.zwischen beiden
Lautsprechern), so entsteht -in der Mittelebene zwischen den beiden Lautsprechern
senkrecht zur Achsrichtung der Membranen eine Zone, in der
sich
alle Schallwellen auslöschen. Je tiefer die betrachtete Frequenz wird, um so größer
wird der sich um die Mittelebene nach oben und unten bildende Auslöschbereich. Dieser
Bereich nimmt mit wachsendem Abstand von der Schallquelle zu. Die Begrenzungslinien
dieser Bereiche bilden Hyperbeln, wie in den Abb. z und 2 gestrichelt dargestellt
ist. Die Asymptoten dieser Hyperbeln sind strichpunktiert eingezeichnet. Es entstehen
auf diese Weise durch eine Stillzone getrennte, etwa kegelförmige Gebiete der Hörsamkeit,
deren Achsen praktisch in Achsrichtung der Membran liegen. -Die Lautsprecheranordnung
wird nun derart zu dem Raum oder der Fläche, welche besprochen werden soll, ausgerichtet,
daß die Achse des kegelförmigen Gebietes der Hörsamkeit vorzugsweise senkrecht auf
der zu besprechenden Fläche steht. Auf diese Weise wird 'um die Schallquelle herum
ein Gebiet der Hörsamkeit erzielt, das von einer Auslöschzone mantelförmig umgeben
ist und dessen Reichweite somit gegenüber den sonst üblichen Reichweiten gleichartiger
Schallquellen verhältnismäßig klein ist. Oberhalb der Lautsprecheranordnung ist
ein weiteres kegelförmiges Gebiet der Hörsamkeit vorhanden, das jedoch für die Übertragung
nicht mit herangezogen werden kann.
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Selbstverständlich ist kein sprunghafter Übergang zwischen der Stillzone
und den Gebieten der Hörsamkeit vorhanden, vielmehr geht die Stillzone stetig in
die Hörzone über. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bestimmte Lautstärkeunterschiede
vollkommen ausreichend sind, um den Eindruck hervorzurufen, daß nur die lautere
Schallquelle gehört wird. Es ergibt sich dadurch eine verhältnismäßig große Stillzone.
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Außer dieser um die Mittelebene herum liegenden Stillzone 'entstehen
noch in den Hörbarkeitsbereichen Gebiete, in denen bestimmte Frequenzen durch Interferenzen
ausgelöscht oder verstärkt . werden. Diese Gebiete. sind aber so schmäl, daß sie
praktisch kaum spürbar sind und im allgemeinen beim doppelohrigen Hören von dem
unbefangenen Zuhörer nicht mehr wahrgenommen werden können. Dieselben- Verhältnisse
treten übrigens auch bei der Schallausbreitung in Räumen mit reflektierenden Wänden
infolge stehender Wellen auf, ohne daß diese Erscheinungen störend empfunden werden.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des Erfindungsgedankens. besteht
darin, däß bei der Benutzung von zwei Lautsprechersystemen das eine System derart
angeordnet wird, daß eine Membran praktisch nach unten strahlt, während die Membran
des anderen Systems nach oben strahlt. Die Achsrichtungen der Membranen der Lautsprecher
fallen zusammen. Die beiden Systeme sind in einem akustisch geschlossenen Raum eingebaut.
Die Membranen bilden einen Teil der Wandungen dieses Raumes. Die eine Seite jeder
Membran arbeitet auf die Außenluft, und zwar schwingen die Membranen,.bezogen auf
das äußere Schallfeld, im Gegentakt, d. h. betrachtet man diese beiden Systeme als
eine gemeinsame Einheit, so wird auf der Vorderseite vor der einen Membran die Luft
verdünnt, vor der anderen Membran verdichtet. Die Membranen bewegen sich also gegenphasig.
Außerdem ist es erforderlich, daß die Membranen synchron und amplitudengleich schwingen.
Bewegt sich also z. B. die eine Membran vom System fort, so bewegt sich die andere
Membran auf das System zu. Die Umkehr beider Membranbewegungen erfolgt im selben
Augenblick. : Ein derartiges Gebilde mit je einem oder mehreren Systemen sei als
Gegentaktdoppelstrahler bezeichnet.
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Die Abbildungen stellen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dar.
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Die Abb. I zeigt zwei Lautsprechersysteme r und ä üblicher
Abmessungen, die in einem gewissen Abstand voneinander in einem Rohr 3 angebracht
sind und deren Membranen, von außengesehen, synchron schwingen, wie durch die Pfeile
angedeutet-- ist. Die Anordnung ist vorteilhaft auf einem Mast 4. befestigt. Zwei
an verschiedenen Punkten schwingende Systeme müssen überall im Schallfeld zu Interferenzen
und damit zur Auslöschung der einen oder anderen Frequenz führen. Derartige Interferenzen
treten an sich überall auf, z. B. auch bei der Schallausbreitung in einem reflektierenden
Innenraum, ohne als störend empfunden zu werden. Bei dem beschriebenen Gegentaktdoppelstrahler
ist jedoch die mittelsenkrechte Ebene 5 dadurch ausgezeichnet. daß in ihr sich alle
Frequenzen auslöschen. Diese Auslöschung ist auch noch in einem gewissen Winkelbereich
um diese Ebene herum vorhanden, und zwar ist der Bereich um so größer; je tiefer
die wiedergegebene Frequenz, je größer also ihre Wellenlänge ist.
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Die praktische Verwendung des Gegentaktdoppelstrahlers geschieht so,
daß der Strahler in einer gewissen Höhe, z. B. 5 m, über dem zu besprechenden Gelände
mit senkrechter Achse aufgebaut wird, d. h. so, daß ein Lautsprecher nach unten,
der zweite nach oben strahlt. Die in der Umgebung des Lautsprechers am Fußpunkte
des Systems Versammelten befinden sich dann hinreichend weit von der Mittelebene
des Gegentaktdoppelstrahlers entfernt, um ein ungestörtes SchallfeId -zu- erhalten.
Je weiter sich der Zuhörer von dem Fußpunkt des Systems entfernt, um so näher kommt
er in den um die Mittelebene
liegenden Bereich der Auslöschung.
Es ist dies in Abb. a schematisch dargestellt. Die Lautsprecheranordnung 6 ist auf
einem Mast befestigt, der seinerseits auf dem Boden steht.
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Wie schon ausgeführt wurde" ist. die Auslöschung besonders wirksam
bei--tiefen Frequenzen, und zwar ergibt sich bei einem Abstand der Systeme von 5o
cm bei dieser Anordnung in größerer Entfernung eine ausreichende Schwächung bis
herauf zu etwa iooo Hz. Der Auslöschbereich wird bei geringerem Lautsprecherabstand
nach hohen Frequenzen hin erweitert und umgekehrt. Von dem Abstand der beiden Systeme
im Gegentaktdoppelstrahler und dessen Höhe über dem zu besprechenden Gebiete ist
andererseits die Ausdehnung des ungestörten Besprechungsbereiches abhängig, man
hat es also durch einfache Maßnahmen in der Hand, sich den Bedürfnissen eines gerade
vorliegenden Falles anzupassen. -Voraussetzung für die Wirksamkeit ist die möglichst
weitgehende Gleichheit der Abstrahlung bei beiden Einzellautsprechern. Da in der
Fabrikation die Lautsprecher gleicher Type etwas in ihren Werten steuern, ist es
zweckmäßig, Regeleinrichtungen vorzusehen, um die Einhaltung dieser Bedingung zu
ermöglichen.
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Da der Gegentaktdoppelstrahler sich als Nahewirkungslautsprecher insbesondere
für mittlere und tiefe Frequenzen bewährt, ist es zu empfehlen, ihm nur das Frequenzband
zuzuführen, für das er seine charakteristischen Eigenschaften besitzt, also z. B.
ein Frequenzband von o bis 500 oder i ooo Hz. Die Barüberliegenden Frequenzen, sind
dann durch besondere Lautsprecher, die mit einem Gegentaktdoppelstrahler zu einer
Baueinheit verbunden werden können, abzustrahlen und sind mit bekannten Mitteln
so zu richten, daß ihre Reichweite die des Gegentaktdoppelstrahlers nicht übersteigt.
Da es sich hier nur noch um kurze Wellenlänge handelt, erfordert die Erfüllung dieser
Bedingung keine großen Abmessungen.
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Eine Lautsprecheranordnung in der beschriebenen Form bespricht ein
Nahewirkungsfeld zunächst kreissymmetrisch. Sie kann aber auch so ausgeführt werden,
daß mit oder ohne Zusatzlautsprecher die Frequenzen, für die die Auslöschwirkung
eines Gegentaktdoppelstrahlers nicht mehr ausreichend ist, nur nach einer Richtung
abgestrahlt werden, entweder dadurch, daß die Zusatzlautsprecher nur auf einer Seite
angebracht werden, oder dadurch, daß der Schall der den Gegentaktdoppelstrahler
bildenden Einzelsysteme nur nach einer Seite austritt, wie es in Abb. 3 dargestellt
'ist. Bei dieser Anordnung sind auf den Lautsprechersystemen noch Tonführungen 7
angeordnet. Diese gegebenenfalls trichterförmig durchgebildeten Tonführungen haben
Öffnungen 8, die nach derselben Richtung liegen.
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Es ist-offensichtlich, daß bei einer derartigen Ausführung die tiefen
Frequenzen sich gleichwohl allseitig ausbreiten, aber durch Interferenz im Bereich
der ferner stehenden Zuhörer vernichtet werden, während die höheren Frequenzen sich
von vornherein in der gewollten Weise unsymmetrisch ausbreiten.
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Die vorstehend angegebenen Lautsprecheranordnungen eignen sich besonders
gutbeiAnlagen, bei denen es darauf ankommt, - ein großes Gebiet mit Schall zu versorgen.
Sowohl bei ebenen wie auch bei schwierigen Geländeverhältnissen wurden gute Ergebnisse
erzielt.