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BESCHREIBUNG
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Lautsprecherbox bzw. -kombination für Stereo-Wiedergabe Für die stereophone
Tonwiedergabe werden im allgemeinen mindestens zwei getrennte Lautsprecherboxen
verwendet, die im geeigneten Abstand von ca. 3 bis 4 m vor dem Hörer aufgestellt
und mit den beiden getrennten Signalen für die linke (L) und rechte (R) Stereo-Information
gespeist werden. Ausführungsformen der bekannten Lautsprecherboxen sind sehr vielfältig,
wobei innerhalb der einzelnen Lautsprecherbox mehrere Lautsprecher zum Einsatz kommen,
die zwar vorzugsweise an der vertikalen Frontfläche angeordnet werden, in Sonderfällen
jedoch auch so plaziert sind, daß sie auch nach oben oder schräg steitlich abstrahlen.
Das betrifft häufig besonders die Hochtonlautsprecher.
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Es ist auch bekannt, für die Wiedergabe der tiefen Frequenzen unterhalb
etwa 300 Hz einen gemeinsamen Lautsprecher für beide Kanäle zu benützen und nur
für die Wiedergabe der mittleren und hohen Frequenzen oberhalb 300 Hz zwei getrennte
Lautsprecherboxen einzusetzen, die in entsprechendem Abstand von einigen Metern
aufgestellt werden. Dabei erfolgt die Plazierung des gemeinsamen Tieftonlautsprechers
an beliebiger Stelle im Raum.
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Bei allen bekannten Lautsprecherkombinationen und Anordnungen erhalten
die für die richtungsorientierte Schallreproduktion vorgesehenen Lautsprecher stets
getrennte Links (L)- und Rechts (R)-Signale, so daß aus der Superposition der beiden
Schallfelder das stereophone Schallfeld reproduziert wird.
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Es ist ferner bekannt, unter Verwendung von stereophonen Links (L)-
und Rechts (R)-Signalen eine pseudo-quadrophone Wiedergabe dadurch zu erreichen,
daß im rückwärtigen Teil des Hörraumes weitere ein bis zwei Lautsprecherboxen aufgestellt
werden, die entweder ebenfalls mit den Links (L)-und Rechts (R)-Signalen gespeist
werden, oder aber mit einem aus beiden kombinierten Signal. Als solches wurde auch
das Differenzsignal S = L - R verwendet. Dieses letztgenannte pseudo-quadrophone
Verfahren ist unter Bezeichnungen wie "Quadro-Sound", "Multi-Sound'l, "Quasi-Quadro"
u. a. häufig angewandt worden.
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Der Nachteil der bekannten Lautsprecheranordnungen für Stereo- oder
Pseudo-Quadro-Wiedergabe liegt vor allem im erheblichen Platzbedarf für die mehreren
Lautsprecherboxen.
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Selbst wenn diese kleine Abmessungen aufweisen und man entsprechende
Qualitätseinbußen in Kauf nimmt, sind zumindest entsprechende Aufstellpunkte im
Hörraum erforderlich, die zur Sitzposition der Hörer halbwegs günstig liegen, damit
überhaupt ein stereophoner Wiedergabeeindruck ermöglicht wird. In allen denjenigen
Fällen, wo nicht mindestens zwei derartige Aufstellpunkte infolge der gegebenen
Mobiliaranordnung gefunden werden können, bleibt die erreichbare Qualität der Stereo-Obertragung
hinter den Erwartungen entsprechend deutlich zurück.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, gerade für diejenigen Wohnraumverhältnisse,
bei denen praktisch nur ein einziger Aufstellplatz für eine Lautsprecherbox vorhanden
ist, eine Lösung zu finden, mit welcher dennoch eine überzeugende stereophone Wiedergabequalität
für den vollen Bereich der gegebenen Hör- bzw. Sitzpositionen erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft eine Lautsprecherbox bzw. -kombination mit
mehreren, für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprechern
und hat zum Gegenstand, daß der
oder die frontal abstrahlenden Lautsprecher
mit dem Summensignal M = L + R gespeist werden und daß die weiteren für seitliche
Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher vorzugsweise unter einem Winkel von
etwa 900 gegenüber den Frontlautsprechern ausgerichtet sind und daß diesen Lautsprechern
Signale zugeführt werden, welche im wesentlichen das stereophone Differenzsignal
S = L - R repräsentieren.
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Zur Zeit der Einführung der Stereophonie bei Schallplatte und Rundfunk
wurde insbesondere aufnahmeseitig intensiv mit der sogenannten M/S-Technik experimentiert.
Bei diesem Verfahren kommt ein kombiniertes Stereo-Mikrophon zum Einsatz, welches
für die Aufnahme der Mittensignale ein Mikrophon mit Nierencharakteristik und für
die Aufnahme der Seitensignale ein solches mitoo-förmiger Charakteristik enthält,
die beide am zentralen Aufpunkt vor dem Klangkörper plaziert wurden. Diese Technik
erlaubt theoretisch eine Signalerfassung mit korrekter stereophoner Auflösung des
Gesamtsignals nach Amplitude und Richtung der linzelsignale. Es besteht theoretisch
volle äquivalent zur sogenannten A/B-Stereo-Technik, bei der 2 getrennte, im geeigneten
Abstand von dem Klangkörper plazierte Mikrophone zur Aufnahme der Rechts- und Links-Signale
verwendet werden.
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Wegen der studioseitig unerläßlichen Forderung nach einer nachträglichen
Signal-Korrektur zur Hervorhebung von Einzelinstrumenten und Solostimmen wurde die
klassische M/S-Technik im Verlauf der Weiterentwicklung der Studiotechnik durch
die aus der A/B-Technik abgeleitete Vielkanal-Aufnahme-Technik völlig verdrängt,
bei der mit einer Vielzahl von Stützmikrophonen geeigneter Richtcharakteristik eine
beliebige Zusammen setzung des Gesamtsignals ermöglicht wird.
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Wicdergalrescitig hat sich von lscginn an in der Stcreotechnik der
Einsatz von getrennten Lautsprecherboxen ür die Wiedergabe der linken und rechten
Einzelsignale durchgesetzt, obwohl ubertragungsseitig sowohl bei der Schallplatte
als auch beim Rundfunk aus Gründen der Kompatibilität zur Mono-Übertragung die Signale
M = L + R und S = L - R gebildet und aufgezeichnet bzw. im Multiplex-Signal übertragen
werden.
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Die erfindungsgemäße Lautsprecherkombination kann im Prinzip aus 3
einzelnen Lautsprecherboxen gebildet werden, die so nebeneinander gestellt werden,
daß die eine nach vorn und die beiden anderen unter einem Winkel von 900 seitlich
abstrahlen. Während die nach vorn gerichtete Läutsprechergruppe mit dem Summensignal
M = L + R gespeist wird, erhalten die nach den Seiten ausgerichteten Lautsprechergruppen
das Signal S = L - R, und zwar vorteilhafterweise mit einer solchen Polarität, daß
dem nach links gerichteten das positive und dem nach rechts gerichteten das negative
S-Signal zugeführt wird.
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Mit der gegenphasigen und symmetrischen Abstrahlung der Differenzsignale
nach beiden Seiten geiingt eine sehr korrekte Reproduktion des räumlichen Klangbildes.
Zugleich wird vermieden, daß insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen Qualitätseinbußen
durch Auslöschungen auftreten. Die symmetrische Reproduktion des Schallfeldes hat
im übrigen den Vorteil, daß auch seitliche Sitz- und Hörpositionen außerhalb des
optimalexl Frontalbereichs günstige und gleichwertige Qualitätsverhältnisse bieten.
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Theoretisch erfolgt eine abbildungsgetreue Reproduktion des stereophonen
Schallfeldes in Sóngruenz zu denjenigen des Aufnahmeraumes nur dann, wennaich die
Aufnahme nach dem M/S-Prinzip erfolgt Da dieses bei der heute üblichen Studiotechnik
nicht der Fall ist, weicht die instrumentale Auflösung der gerichteten Direktschllanteile
bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lautsprecherkombination vom Optimalwert ab, und
zwar in der Weise, daß die Ausdehnung des Klangkörpers in der Breite
eingeschränkt
wird, wobei seine zentrale Position jedoch weitgehend unabhängig vom Standpunkt
des Hörers fest im Raum orientiert bleibt.
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Auf der anderen Seite bewirkt die äußerst naturgetreue Reproduktion
der durch die seitlichen Nachhallkomponenten geprägten räumlichen Konfiguration
des Originalschallfeldes eine besondere Betonung und Vertiefung des stereophonen
Raumeindrucks, der z. B.
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beim Umschalten zwischen Mono und Stereo überaus demonstrativ ist.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lautsprecherbox liegt darin, daß sämtliche
Front- und Seitenlautsprecher in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind.
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Diese Ausführungsform stellt hinsichtlich des Aufwandes und des Platzbedarfs
eine optimale Lösung dar, mit der auch unter sehrbeschränkten räumlichen Verhältnissen
noch eine qualitativ gute Stereo-Wiedergabe realisierbar ist.
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Eine andere Weiterbildung geht von der zuvor angegebenen aus und beinhaltet,
daß die einzelnen, für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprechergruppen
innerhalb der Box durch Zwischenwände akustisch gegeneinander abgeteilt sind und
als geschlossene Einzelsysteme betrieben werden. Durch die innerhalb des einzigen
CehHuses vorgeschlagenen Zwischen wände zur akustischen Trennung der Strahlergruppen
lassen sich diese hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens einzeln abstimmen und
optimieren, so daß u. U. zeitraubende, empirische Maßnahmen entfallen, die erforderlich
sein würden, wenn bei einer Ausführung ohne Zwischenwände Qualitätseinbußen durch
Auslöschungen und Rückwirkungen der Strahlergruppen untereinander soweit als möglich
vermieden werden sollen.
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Der weitere Vorschlag geht von der zuletzt genannten Geiauseausführung
mit Zwischenwänden aus und hat zum Gegenstand, daß die zur gegenseitigen akustischen
Trennung der Lautsprechergruppen vorgesehenen Zwischenwände mit so angeordneten
Durchbrüchen versehen sind, daß für das Gesamtsystem ein bis zur unteren Ubertragunsgrenze
im wesentlichen linearer Schalldruck-Frequenzgang erreicht wird und die untere Grenzfrequenz
näherungsweise durch das Gesamtvolumen der Lautsprecherbox bestimmt ist.
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Mit entsprechenden, im Sinne des klassischen Bass-Reflex-Prinzips
in den Zwischenwänden vorgesehenen Durchbrüchen wird erreicht, daß die mit dem Einsatz
der Zwischenwände an sich verbundene Reduzierung des für die einzelnen Strahlergruppen
verfügbaren Volumens auf ca. je 1/3 des Gesamtvolumens keine äquivalente Erhöhung
der unteren Grenzfrequenz zur Folge hat, die eine deutliche Qualitätsverschlechterung
des Gesamtsystems ausmachen würde. Die Möglichkeit, diese Nachteile durch Anwendung
entsprechender Reflexkopplungen zu vermeiden, erscheint insbesondere auch aus dem
Grunde sinnvoll, weil die tiefen Frequenzen unterhalb ca. 250 Hz ohnehin keinen
hörphysiologischen Beitrag zurstereophonen Raumtransparenz leisten, sodaß die akustische
Abstimmung des Gesamtsystems in diesen Frequenzbereich ausschließlich is Hinblick
auf optimale Ubertragunsparameter erfolgen kann.
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Die folgenden 3 Weiterbildungen betreffen eine Lautsprecherbox bzw.
-Kombination in spezieller Gestaltung und Formgebung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen.
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Zunächst wird vorgeschlagen, daß die Abstrahlflächen der für frontale
und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher in Abweichung von der
theoretisch optimalen rechtwinkligen Neigungen gegenüber der Horizontalebene mit
dieser einen geringeren Neigungswinkel von nur ca. 300 bis 600 bilden.
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Mit der Reduzierung der Schallwandneigungswinkel gegenüber der Horizontalebene
wird ermöglicht, die Lautsprecherbox in der Höhekl zu halten, sodaß im günstigsten
Fall bei Verwendung nur je eines Lautsprechers für die Front- und Seitenabstrahlung
ein relativ flaches Gebilde entsteht, welches z.B. den Ein- bzw. Aufbau in der Mitte
der Heckscheiben-Ablage zuläßt. Bei einemNeigungswinkel
der Schallwande
von z.B. 450 und Verwendung von 3 Lautsprecherchassis mit je 100 mm Membrandurchmesser
läßt sich eine Gesamthöhe der Lautsprecherbox von 90 mm unschwer realisieren.
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Die vorgeschlagene Ausführung und Anordung der mit M- und S-Signalen
gespeisten Lautsprecherbox in der Heckscheiben-Ablage hat eine Reihe von Vorteilen.
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So bewirkt die frontale1 schräg nach-oben gerichtete Abstrahlung des
Summensignals M=L+R eine sehr gute Sprachverständlichkeit auf den vorderen Sitzplätzen,
ohne die Insassen auf den hinteren Plätzen durch Direktbeschallung zu stören. Damit
ist es möglich, auf einen weiteren Lautsprecher im Armaturenbereich ganz zu verzichten.
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Die seitlich, schräg nach oben gerichtete Abstrahlung der Differenzsignale
S=L-R bzw. -S=R-L vermittelt zugleich eine weitgehend optimale stereophone Raumtransparenz,
insbesondere in Bezug auf die Seitenschall-Komponenten des Stereosignals.
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Durch die vorgeschlagene Ausrichtung der Schallwandflächen wird im
übrigen sichergestellt, daß keiner der Insassen durch unmittelbar gerichtete Direktbeschallung
belästigt wird und zugleich eine überaus angenehme und im vollem Umfang stereophone
Klangreproduktion auf allen Plätzen gegeben ist.
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Die folgmde spezielle Ausgestaltung der für den Einbau im Kraftfahrzeug
vorgeschlagenen Ausführung beinhaltet weiterhin, daß die Schallwandflächen der für
frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher eine nach unten
offene dreiseitige Pyramide, vorzugsweise einen Tetraeder-Körper bilden.
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Mit der Ausführung des Gehäuses der Lautsprecherbox als 3-seitige
Pyramide nach Art eines Tetraeder-Körpers, der nach unten offen ist, gelingt es,
die gesamte Fläche der Heckscheiben-Ablage als eine in der Mitte bestückte Schallwand
auszunützen, sodaß trotz Verwendung nur kleiner Lautsprecher eine gute Tiefenwiedergabe
erreicht wird. Ferner wird durch die auch schräg nach hinten gerichtete Ab strahlung
der Differenzsignale S=L-R und PS=R-L eine noch größere Einbautoleranz hinsichtlich
der genauen Plazierung ermöglicht, weil die Gefahr werner direkten, belästigenden
Beschallung auf den Rücksitzen weiter reduziert wird -und zwar auch für den Fall,
daß der Einbau am vorderen Rand der Heckscheiben-Ablage erfolgt.
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Als weitere Ausfiihrungsvariante dieser Art wird ferner torgeschlagen,
daß die Schallwandflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung uorgesehenen
Lautsprecher zusammen mit einer weiteren nach hinten geneigten Fläche eine nach
unten offene vierseitige Pyramide, vorzugsweise einen Halb-Oktaeder bilden. Diese
Form erscheint vom Design her die günstigsten Voraussetzungen zu bieten, da relativ
flache Kantenwinkel auftreten, sodaß sich eine optisch wenig auffällige Ausführung
realisieren läßt.
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Die letzte Erfindungsweiterbildung befaßt sich mit der Problematik
der Signalaufbereitung für die Steuerung der frontal und seitlich gerichteten Lautsprechergruppen
mit den Signalen M=L+R und S=L-R.
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Neben der grundsätzlich möglichen und bekannten empfangs- und verstärkerseitigen
Bereitstellung und Verarbeitung dieser Signale besteht hier die Aufgabe, auch eine
passive schaltungstechnische Lösung anzugeben, bei der die am Ausgang konventioneller
Stereo-Anlagenverfügbaren Siganle L (links) und R (rechts) unmittelbar für die M-
und S-Ansteuerung verwendet werden können. Dieses erfolgt erfindungsgemäß in der
Weise, daß die beiden für seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprechergruppen
gegensinnig in Reihe zwischen den heißen Polen der linken (L) und rechten (R) Signalquelle
liegen und daß die für frontale Schallab strahlung bestimmte Lautsprechergruppe
mit dem einen Pol an den Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten seitlichen
Lautsprechergruppen und mit dem anderen Pol an Masse geschaltet ist. Die vorgeschlagene
Schaltung erfüllt näherungsweise die gestellten Forderungen.
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Für den Sonderfall, daß die Impedanæn dc 3 Lautsprecher den gleichen
Wert R haben, ergibt sich für die Signalleistung NtM) der M-Komponente;
und für die Signalleistung N(s) der S-Komponente
sowie
darin sind: R = Lautsprecherimpedanz U(L) = Pegel des Links-Signals
U(R) = Pegel des Rechts-Signals t(M) = Pegel des Summen-Signals U(s) = Pegel des
Differenz-Signals Man erkennt, daß die Koeffizienten der M- und S-Anteile gleich
groß sind, sodaß das korrekte Verhältnis mit gleichen Absolutbeträgen von U(M) und
U(s) erreicht wird.
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Die S-Komponenten sind überlagert von reinen L- und R-Anteilen mit
halbem Pegel, d.h. es werden über die Seitenlautsprecher jeweils zusätzlich die
reinen Signale U(L) nach links bzw. U nach rechts mit 1/4 der nach vorn abgegebenen
Leistung des M-Signals übertragen.
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Diese Abweichung von der reinen M- und S-Wiedergabe erweist sich in
der Praxis als unbedeutend und schmälert die Qualität der Stereo-Wiedergabe nicht
merklich.
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Für den Fall des Mono-Betriebes erweist sich dieser Umstand als Vorteil,
weil die Seitenlautsprecher dann automatisch mitgesteuert werden und zwar mitje
1/4 der Leistung des Front lautsprechers gleichphasig mit diesem. Damit wird die
Mono-Wied<'rgabe deutlich verbessert. Bei der vorgeschlagenen Schaltun ist vorzugsweise
durch Wahl eines entsprechend reduzierten Impedanzwertes R für die verwendeten Lautsprecher
sicherzustellen, daß insgesamt näherungsweise die gleiche Verstarker-Nennleistung
entnommen werden kann, wie bei Anschluß konventioneller Lautsprecher für die Kanäle
Links (L) und Rechts (R).
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Mit der Wahl unterschiedlicher Impedanzwerte für die Front-und Seitenlautsprecher
lassen sich weitere Varianten in der Signalverteilung sowie Er das Verhältnis der
M- und S-Komponenten als auch für die überlagerten reinen L- und R-Signale realisieren,
die sich je nach quantitativer Gewichtung auf die Qualität bei Stereo- und Mono-Wiedergabe
entsprechend negativ oder positiv auswirken.
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Abb. 1 zeigt in Draufsicht die prinzipielle Zusammenstellung einer
Lautsprecherkombination für M/S-Wiedergabe aus Einzeloxcn mit der I"rontalbox l
und den beitien Seitenboxen 2 und 3.
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Ab. 2 zeigt aus gleicher Perspektive die Ausführung im Einzelgehäuse
4 mit dem Frontlautsprecher 5, den Seitenlautsprechern 6 und 7, sowie den fallweise
vorhandenen Zwischenwänden 8, welche gegebenenfalls mit Durchbrüchen versehen sind.
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Abb. 3 und Abb. 4 zeigen eine Ausführung für Kraftfahrzeugeinbau in
Form eines Tetraeder-Körpers in Draufsicht (9) sowie perspektivisch (13). Die Lautsprecher
10, 11, 12 befinden sich in den geneigten Dreiecksflächen.Abb. 5 und Abb. 6 zeigen
eine äquivalente Ausführung in Form einer 4seitigen Pyramide in Draufsicht (14)
sowie perspektivisch (18). Der Frontlautsprecher 15 befindet sich in der vorderen
geneigten Dreiecks-(Ilichc, die Scitenlautsprecher in den seitlichen Dreiecksflächen.
Dic rückwärtige Dreiecksfiäche ist geschlossen.
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Die Pyramidenkörper 3, 4, 5, 6 sind zwecks Einbau in eine horizontale
Schallwand vorzugsweise nach unten offen.
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Abb. 7 zeigt die spezielle Zusammenschaltung-für den Fall, daß die
M/S-Lautsprecher-Kombination nicht mit den Signalen M = L + R und S = L - R gespeist
werden soll, sondern mit den konventionellen Ausgangssignalen L und R eines normalen
Stereo-NF-Verstärkers.
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Die beiden Seitenlautsprecher 19 und 20 liegen gegensinnig in Reihe
zwischen den heißen Polen des linken (21) und rechten (22) Verstärker-Ausgangssignal.
Der Frontlautsprecher 23 erhält das Summensignal M = L + R vom Verbindungspunkt
der beiden Seitenlautsprecher gegen Masse.