DE2802973A1

DE2802973A1 - SPEAKER

Info

Publication number: DE2802973A1
Application number: DE19782802973
Authority: DE
Inventors: Graham Bank; Gordon Trevor Hathaway
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1977-01-25
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1978-07-27
Also published as: BE863315A; NL7800873A; DK34078A; FR2378418A1; SE7800897L; JPS53112724A

Description

Lautsprecherspeaker

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und betrifft insbesondere solche Lautsprecher, welche zwei getrennte elektroakustische Wandler zur Schallwiedergabe verschiedener Bereiche des Tonspektrums haben.The invention relates to loudspeakers and particularly relates to those loudspeakers which have two separate electroacoustic transducers for reproducing sound in different areas of the sound spectrum.

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.Common loudspeakers have a limited frequency response, i.e. they result in a faithful and effective sound reproduction only within a frequency band that is smaller than that to which the normal ear reacts. For a high-fidelity sound reproduction one usually uses several converters, namely one for the bass range, the so-called woofer, which reproduces the low frequencies, and a tweeter, the so-called tweeter, for the higher frequencies, and possibly one or more mid-range converters for the intermediate frequencies, usually these are individual transducers mounted on a common baffle or in a common housing.

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 ZentrumThe human ear not only reacts to the strength of a tone, but also perceives its phase. Result from this problems with playback with speakers with multiple systems, especially those with a flat baffle, in which all systems are mounted on a common level. Such transducer systems with a flat baffle have from There are two reasons why there is no frequency-independent constant time delay. First, one uses electrical crossovers with Filters to separate the input signal that is fed to the overall loudspeaker, components to be fed to the individual systems. This results in a signal delay that depends on the width of the passband and is normally greater in the case of the low-pass filter feeding the woofer. Second, the bass system is usually larger than the tweeter system, and its effective acoustic center

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liegt weiter hinter seiner Befestigung als dasjenige der Hoch- und Mitteltöner, so daß aus diesem Grunde eine weitere Zeitverzögerungsdifferenz eintritt.lies further behind its fortification than that of the high and midrange, so there is another time delay difference for this reason entry.

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.In an effort to overcome the problem of different time delays, it has been proposed to use the individual systems to mount a stepped baffle. Such systems have been described, for example, in the article "Loudspeakers the missing link "by E. Baekgaard at the 50th Audio Engineering Society Convention, and they are in practice by a number built by manufacturers. In these systems, the assembly levels for the individual systems are graded so that their acoustic centers so that the time delay effect is neutralized. If one also runs along the axis of the Speaker system achieves a satisfactory compensation, time delay distortions still occur for listeners located off-axis because the effective The distances between the individual systems in directions which do not coincide with the axis are not the same as along this axis Axis.

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 gegenüberThe inventor of the invention to be described here has now established that one can achieve a solution to this problem that is satisfactory for the ear if one is by electrical means Builds time delays into the audio channels. The invention accordingly provides a loudspeaker with at least two electroacoustic Transducers created that are mounted in substantially fixed mutual positions and those with the help of Frequency selection means different parts of the electrical signal spectrum of the loudspeaker input signal in this way are supplied so that the systems reproduce different parts of the acoustic spectrum corresponding to which of the loudspeakers should emit due to the electrical input signal. The frequency-selective means lead to a delay in the signals fed to a single system

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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.the signals fed to the other system, and at least some of this delay is compensated for by adding a time delay to that applied to the other system Introduces signals as well.

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. In one embodiment of the invention, the electroacoustic Transducers mounted so that their axes are practically parallel to each other and their acoustic centers are parallel in direction their axes are at a distance from each other, the acoustic center of the other system being opposite to the acoustic Center of one system is moved forward and the delay caused by the delay arrangement in the dem signal supplied to another system is introduced, also due to this distance occurring phase differences in the acoustic Compensates signal received at a point parallel to the axes of the systems. Alternatively, the electroacoustic transducers can also be mounted so that their Axes are parallel to each other and their effective acoustic centers both lie in one plane, which is essentially runs perpendicular to their axes. In this case needs the introduced by the delay device electrical Compensation is only sufficient to compensate for the delay differences introduced by the arrangement which leads different parts of the electrical signal spectrum to the different transducer systems. In the In practice, these arrangements are corresponding high-pass and low-pass filters.

Die elektrischen Verzögerungsanordnungen können vor oder hinter dem die geringste Verzögerung einführenden Filter angeordnet sein (in der Praxis ist dies normalerweise das Hochpaßfilter).The electrical delay arrangements can be arranged before or after the filter which introduces the least delay (in practice this is usually the high pass filter).

Nachfolgend sei nun die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen an Beispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is now based on the accompanying drawings explained in more detail with examples. Show it:

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Fig. 1a und 1b eine Draufsicht bzw. eine Seltenansicht eines üblichen Lautsprechers mit ebener Schallwand;1a and 1b are a plan view and a rare view of one, respectively usual loudspeaker with a flat baffle;

Fig. 2a und 2b entsprechende Ansichten eines Lautsprechers mit abgestufter Schallwand;2a and 2b show corresponding views of a loudspeaker with a stepped baffle;

Fig. 3a und 3b entsprechende Ansichten eines äquivalenten kompensierten Lautsprechers in einer Ausführungsform der Erfindung;3a and 3b, corresponding views of an equivalent compensated one Loudspeaker in one embodiment of the Invention;

Fig. 4 eine übliche Frequenzweiche, wie sie zur Speisung konventioneller Lautsprechersysteme verwendet wird; undFig. 4 shows a conventional crossover network, such as that used for feeding conventional Speaker systems being used; and

Fig. 4 und 5 alternative Frequenzweichen entsprechend verschiedenen Aspekten der Erfindung.Figures 4 and 5 show alternative crossovers corresponding to different ones Aspects of the Invention.

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.In a conventional loudspeaker with a flat baffle, as shown for example in FIGS. 1a and 1b, a tweeter 1 and a woofer 2 are mounted on the front wall of a housing 3. At points on the axis 4 there is a lateral delay between the reception of a tone from the loudspeakers 1 and 2, namely because of the distance between the acoustic centers of the two systems, which are shown schematically and denoted _{by the reference symbols C 1} and C ₂ are. This time delay is reduced in a known construction by mounting the two systems on a stepped baffle, as can be seen in FIGS. 2a and 2b. A complete correction in the axis can be achieved through a suitable choice of the step height during honing. According to FIG. 4, the low-frequency and high-frequency systems are fed via corresponding low-pass and high-pass filters 6 and 5, respectively.

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 If the difference in time delay introduced by these low-pass and high-pass filters 6, 5 is At ₁ and the difference in distance between the fastening points and the acoustic centers of each of the loudspeakers is a time delay At ₂

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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.then the total time delay in the axis for a conventional loudspeaker with a flat baffle is At ₁ + At ₂ . The off-axis error at an angle θ is slightly smaller than At ₁ + At ₃ , where At ₃ << At-cos θ.

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.In the arrangement with a stepped baffle, as shown in Figs. 2a and 2b, the acoustic center C _{1 of} the high-frequency system is shown lying behind the acoustic center C, of the low-frequency system, by a distance that is equivalent to the time delay At ₁ (compared to the position of the tweeter in the loudspeaker according to FIG. 1, this corresponds to an offset equivalent to a time delay At ₁ + At ₂ and results in a complete correction in the axis). Outside the axis, at an angle θ, the difference in the path lengths from the listener to the bass and to the tweeter system is At ₄ * At ₁ cos Θ, which is less than At ₁ .

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.In the arrangement according to the invention according to FIG. 3, a delay At ₁ , which is equal to the difference in the delays due to the filter of the crossover for the bass and treble systems, is electrically introduced into the tweeter unit. This tweeter is set back behind the position of the tweeter according to FIG. 1, namely by a distance equivalent to At ₂ f so that their effective acoustic centers C ₁ and C ₂ both lie in a plane perpendicular to the axis. Such a system exhibits no time delay distortion in either on-axis or off-axis.

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.A common crossover network is shown in Fig. 4: it includes a high-pass filter 5 and a low-pass filter 6. Two alternative designs of crossover networks for use in the The invention described here are shown in FIGS. 5 and 6, each having a delay circuit 7 in series with the high-pass filter 5 is provided.

Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kannAccording to a further aspect of the invention can

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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.a time delay occurring in the axis can also be corrected solely by an electrical time delay. This delay, which is equal to At ₁ + At ₂ , is inserted into the feed line for the tweeter system of a loudspeaker with a flat baffle according to FIG. 1. In this way, off-axis time delay distortion can be eliminated while maintaining design flexibility so that other parameters, such as refraction effects, can be optimized.

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.There are a number of modifications within the scope of the invention possible, for example, instead of the two handler systems shown, loudspeakers with three or more individual systems for different frequency ranges come into question. Various delay devices can also be used can be used, such as passive electrical delay lines, or electroacoustic delay lines integrated bucket chain circuits to reduce the electrical delay to effect.

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Claims

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Brit. Anm. Nr. 2998/77 Dr. Dieter ν. BezoldBrit. Note no. 2998/77 Dr. Dieter ν. Bezold

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

Dipl.-Ing. Woifgsng Housler β Mönchen 86, Postfach 860668Dipl.-Ing. Woifgsng Housler β Monks 86, P.O. Box 860668

The Rank Organization Limited 11 Hill Street, London (Great Britain)

Claims

(1 )) Loudspeaker with at least two electroacoustic transducers, which are mounted in essentially fixed mutual positions, and with frequency-selective means in order to feed different parts of the electrical frequency spectrum of a loudspeaker input signal to different transducers in such a way that these correspond to different parts of the loudspeaker due to the input signal reproduce acoustic spectrum to be reproduced, the frequency-selective means introducing a delay in the signals fed to one of the transducers compared to the signals fed to the other transducer, characterized in that a device (7) is provided to compensate for at least part of this delay, which in the the other transducer (1) fed signals introduces a time delay.

2) Loudspeaker according to claim 1, characterized in that the electroacoustic transducers (1,2) are mounted so that their axes are substantially parallel to one another and their effective acoustic centers (C ₁ , C ₂ ) are spaced apart from one another in a parallel direction have on their axes that the acoustic

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cal center (C ₁ ) of the other transducer (1) _{is offset forward relative to the acoustic center (C 2} ) of one transducer (2), and that the signal fed through the delay device (7) to the other transducer (1) introduced delay also compensates for phase differences occurring as a result of this distance in the acoustic signal, which is received at a point parallel to the axes of the transducers (1,2).

3) loudspeaker according to claim 1, characterized in that the electroacoustic transducers (1,2) are mounted so that their axes are parallel to each other and their acoustic centers (C ^ C ₂ ) both lie in a plane which is substantially perpendicular to runs along their axes.

4) loudspeaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device (5,6) for dividing different Parts of the electrical frequency spectrum of the loudspeaker input signal on the various transducers (1,2) contain corresponding high-pass and low-pass filters (5,6), and that the delay device (7) is connected between the high-pass filter (5) and the associated electroacoustic transducer (1) is.

5) Loudspeaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device (5,6) for dividing the electrical frequency spectrum in the loudspeaker input signal contains corresponding high-pass and low-pass filters (5,6) on the various transducers (1,2) and that the delay device (7) is switched on before the high-pass filter (5) and its output is connected to the input of the high-pass filter.

6) loudspeaker according to claim 3 or claim 3 and one of claims 4 and 5, characterized in that the one electroacoustic ^ converter (2) one woofer and the other Converter (1) is a high frequency converter and that both converters (1,2)

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are mounted on a baffle (3), which is stepped so that that the high-frequency converter (1) is spatially behind the front of the low-frequency converter (2).

7) Loudspeaker according to claim 6, characterized in that the high-frequency converter (1) is a distance behind the low-frequency converter (2) which is equal to the difference between the distances between their respective effective acoustic centers (C ₁ , C ~) and the front of the Baffle (3) is on which they are mounted.

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