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.Anordnung zur zentralen breitbandigen Schallversorgung eines Luftraumes
Die Aufgabe, eine große Fläche durch Lautsprecher mit Musik oder Sprache zu beschallen,
wie sie z. B. für Massenversammlungen auf freien Plätzen oder in großen Hallen auftritt,
hat man bisher dadurch gelöst, daßentweder auf die Fläche eine Vielzahl von Lautsprechern
verteilt wurde oder ein oder mehrere Großlautsprecher an einer Stelle aufgestellt
wurden. Die zuerst erwähnte Lösung hat den Nachteil, daß sie eines großen Aufwandes
bedarf, da es sich nicht nur um die Aufstellung der vielen Lautsprecher handelt,
sondern außerdem um das Stromversorgungsnetz für diese Lautsprecher, das im allgemeinen
unterirdisch verlegt werden muß. Dabei tritt dann noch die Schwierigkeit auf, daß
dafür gesorgt werden muß, daß jeder Hörer nur von einem einzigen Lautsprecher versorgt
wird. Die an zweiter Stelle genannte Lösung erfordert Groß,Iautsprecher, die an
sich schon den Nachteil haben, daß sie nur in kleinen Stückzahlen, also unwirtschaftlich,
hergestellt werden. Außerdem haben solche Anlagen den erheblichen Nachteil, daß
die unmittelbar vor dem Lautsprecher befindlichen Personen zu stark und die am weitesten
entfernt befindlichen Personen zu schwach mit Schall versehen werden. Wirkungsgradmäßig
ist es ungünstig, daß solche Großlautsprecher den ganzen Raum erfüllen, also keine
wesentliche Konzentration auf die allein interessierende Ebene, in der sich die
Zuhörer befinden, stattfindet. Schließlich ist auch noch die Frequenzverteilung
über das Feld sehr unbefriedigend, da durch die Kolbenwirkung der großen Membranen
die hohen Frequenzen stark in die Achsrichtung des Lautsprechers hineingebündelt
werden, so daß die in der Achsrichtung befindlichen
Zuhörer sehr
viel stärker mit hohen. Frequenzen-versorgt werden als die von der Achse des Lautsprechers
mehr entfernten Personen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine zentralisierte Anlage und beseitigt
alle Mängel; die derartigen Anlagen bisher anhafteten. Durch die Erfindung wird
erreicht, daß bei einer Bündelung des Schalles in eine Ebene hinein die Lautstärke
gleichmäßig verteilt ist, und zwar ohne Bevorzugung oder Benachteiligung bestimmter
Frequenzen.
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Die Erfindung geht von einer Anordnung aus, bei der zur zentralen
breitbandigen Schallversorgung eines Luftraumes eine Mehrzahl von in einer Geraden
auf einer Schallwand angeordneten trichterlosen, elektrodynamischen Lautsprechern
verwendet wird, deren Achsen praktisch senkrecht auf der Schallwand stehen und einen
gegenseitigen Abstand von etwa dem größten Durchmesser der Lautsprecher haben. Gemäß
der Erfindung werden die vorstehend erwähnten Vorteile dadurch erreicht, daß bei
einer solchen Anordnung die Breite der Schallwand nur etwa gleich dem Durchmesser
der Lautsprecher ist, derart, daß für die tiefen Frequenzen sich um die Längskanten
herum praktisch ein Kurzschluß ergibt.
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Durch die Zulassung des Kurzschlusses um die Längskanten der schmalen
Schallwand herum werden die Amplituden der tiefen Frequenzen derart geschwächt,
daß sich eine Angleichung an die Amplituden der hohen Frequenzen ergibt. Die Gruppenbildung
der Lautsprecher, die zur Erzielung der Bündelung des Schalles in eine Ebene hinein
erforderlich ist, bringt nämlich mit sich, daß die tiefen Frequenzen wegen der Erhöhung
des Strahlungswiderstandes mit besserem Wirkungsgrad abgestrahlt werden. Für die
hohen Frequenzen ergibt sich diese Wirkung nicht, weil bei diesen Frequenzen im
wesentlichen nur der innere Teil der Membranen schwingt, so daß der Abstand der
schwingenden Membranteile voneinander im Verhältnis zur Wellenlänge groß ist.
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Nicht nur in der Achsrichtung der Lautsprecher bleibt bei der erfindungsgemäßen
Anordnung das Frequenzgemisch in richtiger Verteilung erhalten, sondern auch in
den Randgebieten der Bündelungsebene. Der keulenförmigen Charakteristik der hohen
Frequenzen paßt sich nämlich die achtförmige Charakteristik der tiefen Frequenzen
an. Letztere wird ebenfalls durch den Kurzschluß der tiefen Frequenzen um die Längskanten
der Schallwand herum erreicht, weil in der. Schallwandebene eine Auslöschung der
tiefen Frequenzen stattfindet.
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Die erfindungsgemäße Lautsprecheranordnung . hat außer den genannten
akustischen Vorteilen noch die Vorteile, daß sie im Vergleich zur erzielten akustischen
Wirkung sehr einfach ist, wenig Platz beansprucht und eine günstige Form aufweist,
so daß sie sich leicht unauffällig aufstellen bzw. leicht an die Umgebung anpassen
läßt.
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Die bei der Schallwiedergabe auftretenden Schwierigkeiten treten naturgemäß
in gleicher Weise bei der Schallaufnahme durch Mikrophone auf. Hier werden sie gemäß
der Erfindung durch die Verwendung einer Mehrzahl von gleichartigen, senkrecht übereinander
angeordneten Mikrophonsystemen beseitigt.
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Man sollte zunächst erwarten, daß die Bündelungseigenschaften einer
solchen Gruppe bei Verwendung eines so breiten Frequenzbandes, wie es von einem
Lautsprecher bei Musik- und Sprachdarbietungen wiedergegeben wird, äußerst ungünstig
ausfallen, da die hohen Frequenzen bekanntlich sehr viel schärfer als die tiefen
gebündelt werden. Man hatte also mit sehr starken Verzerrungen bei der Wiedergabe
zu rechnen, die den Fachmann bisher davor zurückhielten; solche Lautsprechergruppen
in Betracht zu ziehen.
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Für Nebelsignalanlagen war zwar eine Gruppenbildung von übereinander
angeordneten Hörnern schon bekannt. Bei dieser Anlage handelt es sich aber um die
Aussendung von im wesentlichen einer einzigen Tonhöhe und nicht eines Tonspektrums,
so daß für die Nebelhornanlage das vorerwähnte Vorurteil nicht vorlag. Das gleiche
gilt für die bekannten Unter-wasserschallanlagen, die für Echolotzwecke gebaut wurden.
Auch hier hat man zur starken Bündelung einer einzigenFrequenz mehrere Schallsender
oder ,empfänger nebeneinander angeordnet.
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Versuche und nähere Überlegungen haben nun ergeben, däß auch für die
Wiedergabe eines breiten Frequenzbandes, welches den Hörfrequenzbereich umfaßt,
die erwähnte Gruppenbildung mit Vorteil benutzt werden kann. Die Lautsprecher der
Gruppe können bezüglich ihres Frequenzganges derart verschieden ausgebildet werden,
daß innerhalb des zu erfassenden Raumes keine störende Bevorzugung einzelner Frequenzen
oder Frequenzbereiche auftritt. Schon auf Fabrikationsstreuungen zurückzuführende
normale Abweichungen des, Frequenzganges der einzelnen Lautsprecher derselben Type
- insbesondere bezüglich der hohen Frequenzen -voneinander reichen aus, um eine
schädliche Verschiedenheit bezüglich der Bündelungseigenschaften der verschiedenen
Frequenzen zu verhindern. Darüber hinaus läßt sich Abhilfe gemäß der Erfindung dadurch
schaffen, daß die einzelnen Lautsprecher der Gruppe mit verschiedenen Frequenzbereichen
der zugeführten Niederfrequenzströme gespeist werden. Man braucht nämlich nur den
äußeren Systemen der Gruppe die höheren Frequenzen vorzuenthalten, sie also nur
mit tiefen Frequenzen zu speisen, um mit Sicherheit eine schädliche Bevorzugung
der höheren Frequenzen bei der Bündelung zu verhindern.
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Tatsächlich hat sich ergeben, daß eine ausgezeichnete Versorgung großer
Flächen mit Schall durch die erfindungsgemäße Lautsprechergruppe möglich ist. Außer
dem Vorteil des geringen Aufwandes gegenüber den Anlagen mit über die Fläche der
Zuhörerschaft verteilten Lautsprechern ergibt sich gegenüber den bekannten Anlagen
mit zentralisierten Großlautsprechern der Vorteil, daß in jedem Punkt der Fläche
annähernd die gleiche Lautstärke vorhanden ist. Auch in den von der Achse der Lautsprechergruppe
weit entfernten Randgebieten sind
noch genügend hohe Frequenzen
vorhanden, da in der Horizontalebene wegen der Kleinheit der Systeme der einzelnen
Lautsprecher keine nennenswerte Bündelung stattfindet.
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Außer den bereits erwähnten Nebelhörnern ist aus der Literatur auch
ein Vorschlag bekannt, wonach zur Wiedergabe von Musikdarbietungen, die in die Zuhörerebene
hineingebündelt werden, die Verwendung von vier übereinander angeordneten Hornlautsprechern
empfohlen wird. Eine brauchbare Wiedergabe des ganzen Tonfrequenzspektrums, wie
sie im Sinne der Erfindung erstrebt wird, ist mit einer solchen Anordnung nicht
zu erreichen, weshalb dieser aus dem Jahre 1928 stammende Vorschlag auch niemals
angewendet worden ist. Bei einem Hornlautsprecher werden sämtliche Frequenzen über
die ganze Öffnungsfläche des Hornes mit annähernd gleichmäßiger Amplitude abgestrahlt.
Die Bündelungseigenschaften einer aus mehreren dicht übereinander angeordneten Hörnern
bestehenden Gruppe fallen dann - wie bereits eingangs erwähnt - sehr ungünstig aus,
da die hohen Frequenzen sehr stark gebündelt und daher im wesentlichen senkrecht
zur Verbindungslinie der Lautsprecher abgestrahlt werden. Das bedeutet einen unerwünschten
Anstieg der Frequenzkurve bei hohen Frequenzen in der Hauptstrahlrichtung und gleichzeitig
einen starken Abfall in allen davon abweichenden Richtungen. Außerdem ist mit der
bekannten Anordnung auch eine befriedigende Wiedergabe der tiefen Frequenzen nicht
zu erzielen, da bei einem Hornlautsprecher die untere Grenzfrequenz durch die räumlichen
Abmessungen des Hornes gegeben ist. Die Übereinanderanordnung mehrerer derartiger
Systeme ist also schon mit Rücksicht auf die erforderlichen räumlichen Abmessungen
undiskutabel.
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Die erfindungsgemäße Lautsprecheranordnung unterscheidet sich von
dieser bekannten durch die Verwendung von trichterlosen Lautsprechern. Bei Konus-Lautsprechern
werden im Gegensatz zu den tiefen Frequenzen die hohen Frequenzen im wesentlichen
nur von dem innersten Teil der Membran abgestrahlt. Dadurch erhält man bei mehreren
dicht übereinander angeordneten Konus-Lautsprechern für die hohen Frequenzen in
der durch die Achsen der einzelnen Lautsprechersysteme der Gruppe gelegten Ebene
ein stark verzipfeltes Diagramm. Die Umhüllende dieses Diagramms entspricht etwa
dem Diagramm der von dieser Gruppe abgestrahlten tiefen Frequenzen, so daß man praktisch
eine frequenzunabhängige Bündelung erhält.
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Weiterhin soll noch auf eine bekannte Anordnung hingewiesen werden,
die aus einer Mehrzahl gleichartiger, senkrecht übereinander auf einer Schallwand
angeordneter Lautsprechersysteme besteht. Um mit dieser Anordnung ein Auditorium
zu beschallen, werden die einzelnen Lautsprechersysteme gegeneinander derart gedreht,
daß sie einander anschließende Räume mit Schall versorgen. Hier wird also praktisch
eine Beschallung eines Raumes mit mehreren einzelnen Lautsprechersystemen, die an
einem gemeinsamen Ort angeordnet sind, durchgeführt. Eine Gruppenwirkung über den
gesamten zu übertragenden Frequenzbereich im Sinne der Erfindung tritt bei der bekannten
Anordnung nicht auf, weil zumindest für die mittleren und hohen Frequenzen die Abstrahlung
in voneinander verschiedene Richtungen erfolgt. Von den insgesamt vier übereinander
angeordneten Lautsprechersystemen sind gemäß den Ausführungsbeispielen der erwähnten
Veröffentlichung zwei Systeme gegeneinander um 9o° verwinkelt. Die beiden anderen
Lautsprechersysteme sind nicht oder um 30° gegenseitig verwinkelt; sie ergeben aber
noch keine Gruppenwirkung.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden sowohl die tiefen wie auch
die hohen Frequenzen genügend gleichmäßig abgestrahlt, und zwar dank der bereits
obenerwähnten Tatsache, daß das Strahlungsdiagramm für die hohen Frequenzen in Richtung
der durch die Achsen der einzelnen Lautsprechersysteme gelegten Ebene stark aufgezipfelt
ist. Eine solche gleichmäßige Abstrahlung kann jedoch bei der bekannten Anordnung
nicht zustande kommen, weil infolge der gegenseitigen Verdrehung der einzelnen Lautsprechersysteme
die stark gerichteten Strahlenbündel der hohen Frequenzen in voneinander abweichende
Richtungen strahlen, so daß ein Zusammenwirken der von den einzelnen Lautsprechersystemen
abgestrahlten hohen Frequenzen nicht eintritt und ein resultierendes aufgezipfeltes
Diagramm in diesem Frequenzbereich nicht zustande kommt.
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Die bekannte Anordnung hat also gegenüber der Verteilung einzelner
Lautsprecher im Raum nur den einen Vorteil, daß Interferenzen, die sich durch verschieden
lange Wege .des Schalles ergeben könnten, dadurch vermieden werden, daß der Schall
praktisch von einem Punkt ausgeht. Daß dieser Vorteil jedoch allein nicht genügt,
geht daraus hervor, daß die bekannte Anordnung ebenfalls keinen Eingang in die Praxis
gefunden hat. Erst durch die Erfindung ist das Vorurteil überwunden worden, welches
bei der bekannten Anordnung die gegenseitig verdrehte Einbauweise bzw. die verhältnismäßig
komplizierten Einrichtungen zur gegenseitigen Drehung der einzelnen Lautsprechersysteme
und zur Vermeidung des Kurzschlusses für die tiefen Frequenzen erforderlich machte.
Es wurde damit eine einfache und dadurch praktisch nicht störanfällige Lautsprecheranlage
geschaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist schließlich auch nicht
mit einer weiteren bekannten Anordnung zu lösen, die zwar aus mehreren übereinander
angeordneten, in die gleiche Richtung strahlenden Lautsprechersystemen besteht,
bei der jedoch die gemeinsame langgestreckte Schallwand fehlt. Die bekannte Anordnung
sieht statt einer Schallwand einen länglich ausgebildeten, mehreren Systemen gemeinsamen
Trichter vor. Hierdurch tritt aber auch innerhalb der Horizontalebene eine Bündelung
ein, die jedoch gerade unerwünscht ist.
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Eine andere bekannte Anordnung, bei der die Lautsprecher in einen
langgestreckten geschlossenen Kasten eingebaut sind, hat zwei Nachteile:
Erstens
wird die Bevorzugung der- tiefen Tonfrequenzen, die durch die Gruppenwirkung verursacht
wird, wegen. des Fehlens des akustischen Kurzschlusses um die Längskanten der Schallwand
herum nioht ausgeglichen; zweitens ergibt sich wie bei einer unendlich großen Schallwand
für die tiefen Tonfrequenzen in der Horizontalebene eine kreisförmige Charakteristik
und damit eine weitere Bevorzugung der tiefen Tonfrequenzen in den Randgebieten,
in denen die hohen Tonfrequenzen wegen deren keulenförmigen Charakteristik geschwächt
sind. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung dagegen ist die Charakteristik für die
tiefen Tonfrequenzen in der Horizontalebene achtförmig und damit an die keulenförmige
Charakteristik der hohen Tonfrequenz angepaßt.
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Da das Schallfrequenzband in die Horizontalebene.hineingebündelt wird,
eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung besonders für die Beschallung von halligen
Räumen. Nur ein geringer Teil des Schalles gelangt an die reflektierenden Flächen;
insbesondere wird der Schall von der Decke ferngehalten.
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Bei Anwendung der Erfindung zur Beschallung halliger Räume ergibt
sich eine Dimensionierungsregel für die Lautsprechergruppe, die sich als besonders
vorteilhaft erwiesen hat. Danach soll die geometrische Länge der Gruppe in Metern
mindestens dem halben Wert des Verhältnisses von tatsächlicher Nachhallzeit zu optimaler
Nachhallzeit entsprechen. Dabei wird unter tatsächlicher Nachhallzeit jene Zeit
verstanden, in der der von einer Schallwelle erzeugte Schalldruck auf 1/looo des
Anfangsdruckes gesunken ist. Die optimale Nachhallzeit entspricht der gewünschten
Nachhallzeit und kann in einer empirischen Formel als Funktion des Volumens des
zu beschallenden Raumes ausgedrückt werden. Daraus ist zu ersehen, daß man für jeden
Raum, dessen Volumen man kennt, die optimale Nachhallzeit angeben kann.
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Die physikalische Wirkung der gemäß dieser Regel dimensionierten Lautsprechergruppe
kann man sich etwa so vorstellen, daß durch die mit der Gruppe erzielte Bündelung
des Schalles das direkte Schallfeld in der ganzen zu erfassenden Zuhörerfläche in
seiner Intensität gegenüber dem diffusen Schallfeld hinreichend verstärkt wird,
um störenden Nachhall zu verhindern.
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Die Zahl der für eine Gruppe benötigten Lautsprecher ergibt sich aus
der Länge der Gruppe, wenn man voraussetzt, daß die Lautsprecher einigermaßen dicht
nebeneinander angeordnet sind. So enthält beispielsweise die 3-m-Gruppe bei Voraussetzung
eines normalen 6-Watt-Lautsprechers insgesamt zwölf Lautsprechersysteme. Versuche
haben jedoch gezeigt, daß es nicht unbedingt notwendig ist, die Gruppe gegebener
Länge dicht mit Lautsprechersystemen zu besetzen.
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Bei der vorgeschlagenen Lautsprechergruppe hat sich noch ein weiterer,
sehr bemerkenswerter Effekt ergeben. Bei einem einzelnen Lautsprechersystem besitzt
bekanntlich die Strahlung in senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen Achtercharakteristik.
Diese Richtcharakteristik in der Horizontalebene bleibt auch bei der Lautsprechergruppe
erhalten, jedoch sind die Minima schärfer ausgeprägt als bei einem einzelnen Lautsprechersystem.
Wird die Lautsprechergruppe von einem in dem gleichen Raum aufgestellten Mikrophon
besprochen, so kann man dieses Mikrophon in dem toten Raum des Schallfeldes aufstellen
und vermindert dadurch die Gefahr der akustischen Rückkopplung. Ordnet man das Mikrophon
in der Verlängerung der Längsausdehnung der Gruppe an, so ergibt sich neben der
Entkopplung noch der weitere Vorteil, daß der Schall genau aus der Richtung des
Redners kommt. Versuche haben gezeigt, daß die Zuhörerschaft es oft gar nicht empfindet,
daß sie nicht den Redner direkt, sondern die Lautsprechergruppe hört.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. z und 2 der Zeichnung
angegeben. Gemäß Abb. r besteht die Gruppe- aus sechs übereinander angeordneten
Lautsprechern b, die auf .einer gemeinsamen Schallwand a angeordnet sind. Eine Seitenansicht
dieser Anordnung zeigt Abb. 2. Dieser Abbildung ist eine Weiterbildung der Erfindung
zu entnehmen. Dort sind nämlich mehrere Lautsprechersysteme nach hinten durch ein
Gehäuse c vollkommen abgeschirmt. Diese Lautsprechersysteme besitzen jedes für sich
demnach keine Achtercharakteristik mehr, sondern annähernd eine Kreis-Charakteristik.
Mit den übrigen Lautsprechersystemen zusammen erhält man dann insgesamt eine Kardioiden-Charakteristik
und erreicht damit eine bessere Beschallung des Raumes seitlich zur Hauptstrahlrichtung.
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Will man mit der erfindungsgemäßen Lautsprechergruppe von einem Punkt
aus eine Rundstrahlung erzeugen, was z. B. erwünscht sein kann, wenn sich der Redner
oder das Orchester etwa im Mittelpunkt der gesamten Zuhörerfläche befinden, so ordnet
man zweckmäßig zwei Gruppen von Lautsprechern an, deren Hauptstrahlrichtungen etwa
senkrecht aufeinanderstehen. Die beiden Schallwände können sich längs einer Begrenzungslinie
berühren. Die Lautsprecher jeder einzelnen Gruppe können dabei auf solchen Abstand
voneinander gesetzt werden, daß jeweils zwischen zwei Lautsprechern einer Gruppe
ein Lautsprecher der anderen Gruppe Platz findet, wodurch sich die Möglichkeit eines
gedrängten Aufbaues mit schmalen Schallwänden ergibt.
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Die vorgeschlagene, bisher im wesentlichen für die Schallwiedergabe
besprochene Gruppenanordnung läßt sich unter Beibehaltung der Charakteristik für
die Aufnahmeeines Schallvorganges durch entsprechende Anordnung einer Mikrophongruppe
verwenden. Durch Zu- bzw. Abschalten einzelner Mikrophonsysteme ist man in der Lage,
den Entfernungsbereich festzulegen, innerhalb dessen man eine Schallaufnahme durchzuführen
beabsichtigt. Bezüglich des Richteffektes gelten die gleichen Bedingungen, wie sie
an Hand der Lautsprechergruppe beschrieben worden sind, d. h. auch bei der Mikrophongruppe
kann man eine gleichmäßige Schallaufnahme von sämtlichen Punkten eines Flächengebietes
erzielen,
für das die Mikrophongruppe eingesetzt ist.
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Bei Anwendung einer solchen Mikrophongruppe in einem geschlossenen
Raum ergibt sich der Vorteil, daß man infolge der Richteigenschaft der Gruppe auch
größere Klangkörper aus größerer Entfernung aufnehmen kann, ohne daß die Halligkeit
des Raumes störend wirkt. Unter Beibehaltung des Standortes der Mikrophongruppe
kann durch Ausschaltung, z. B. Kurzschließen einzelner Mikrophonsysteme, der Charakter
der Übertragung halliger gestaltet werden.
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Ein weiterer Vorteil bei Anwendung einer Mikrophongruppe ergibt sich
daraus, daß man auf die bisher übliche Benutzung eines besonderen Hallraumes im
Studiobetrieb verzichten kann. Bei Anwendung einer Mikrophongruppe kann der Sendesaal
gleichzeitig als Hallraum benutzt werden. Dies hat noch den Vorteil, daß der Klangcharakter
der Sendung trotz Veränderung der Halligkeit des Raumes grundsätzlich beibehalten
wird.
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Die bisher übliche Verwendung eines getrennten Hallraumes hatte wegen
der anderen raumakustischen Eigenschaften dieses Raumes eine grundlegende Veränderung
der Sendung zur Folge.
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Die einfache Einstellung verschiedener Halligkeitswerte durch Zu-
oder Abschalten einzelner Mikrophonsysteme gemäß der Erfindung ermöglicht eine Änderung
während der Übertragung einer Sendung, z. B. eines Musikstückes; so kann beispielsweise
eine bestimmte Arie einer Oper besonders hallig übertragen werden, ohne daß bezüglich
des Standortes des Sängers, des Orchesters und der Mikrophongruppe Änderungen getroffen
werden müssen; auch kann der Raum akustisch ungeändert bleiben.
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Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Verwendung einer Mikrophongruppe
einerseits die Übertragung eines größeren Klangkörpers aus größerer Entfernung ermöglicht
und andererseits durch die Abschaltung von Einzelsystemen der Gruppe die Halligkeit
der Übertragung unter Beibehaltung des Mikrophonstandortes zu ändern erlaubt. .