DE3130234C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprecheranordnung für Stereo-Wiedergabe mit mindestens einem, an der Frontseite eines Gehäuses angeordneten Lautsprecher für die Abstrahlung des Summensignals M=L+R, sowie mit mindestens zwei weiteren, an den beiden Seitenwänden des Gehäuses angeordneten Lautsprechern, welche - vorzugsweise unter einem Winkel von 90° gegenüber den Frontlautsprechern - das Differenzsignal S=L-R bzw. -S=R-L abstrahlen.

Zur Zeit der Einführung der Stereophonie bei Schallplatte und Rundfunk wurde insbesondere aufnahmeseitig intensiv mit der sogenannten M/S- Technik experimentiert, wobei M=L+R das in der Mitte abgestrahlte Signal ist, das die Summe aus dem Rechts- und dem Links-Signal bildet, während S=L-R das zur Seite abgestrahlte Signal repräsentiert, das die Differenz aus dem Rechts- und dem Links-Signal darstellt. 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 mit ∞-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 Einzelsignale. Es besteht theoretisch volle Äquivalenz zur sogenannten A/B-Stereo-Technik, bei der zwei getrennte, im geeigneten Abstand von dem Klangkörper plazierte Mikrophone zur Aufnahme der Rechts- und Links-Signale verwendet werden.

Lautsprecheranordnungen, welche Audio-Signale in M/S-Technik abstrahlen, sind aus der Literatur bekannt. So wird in dem Artikel von S. Henschke "Interferenzlautsprecher als Stereokompaktbox", veröffentlicht in "Acustica", Vol. 40, 1978, S. 323-327, ein derartiges Lautsprechersystem beschrieben.

Auch in der Zeitschrift "Funk-Technik", 1970, Heft 2, S. 52, findet sich ein Hinweis auf eine Lautsprecheranordnung, bei der das aus L+R gebildete Summensignal nach vorn, das aus L-R gebildete Differenzsignal nach rechts und links abgestrahlt wird, und zwar einmal mit positivem, zum andernmal mit negativem Vorzeichen.

Schließlich ist aus der britischen Patentschrift 10 32 540 ein Lautsprechersystem vorbekannt, bei dem ein Frontlautsprecher ein Summensignal, gebildet aus L+R, zwei Seitenlautsprecher allerdings keine reinen Differenzsignale, sondern ein L- bzw. ein R-Kanalsignal abstrahlen, die jeweils mit einem gegenphasigen Anteil aus dem jeweils anderen Kanal angereichert sind. Den Vorveröffentlichungen ist gemeinsam, daß sie keinerlei Angaben zur akustischen Trennung der Strahlergruppen machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, für eine Lautsprecheranordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu gewährleisten, daß durch akustische Trennung der Strahlergruppen diese sich hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens einzeln abstimmen und optimieren lassen, so daß zeitraubende, empirische Maßnahmen entfallen können, die erforderlich wären, um Qualitätseinbußen durch Auslöschungen und Rückwirkungen der Strahlergruppen untereinander soweit wie möglich zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit den 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 zur stereophonen Raumtransparenz leisten, so daß die akustische Abstimmung des Gesamtsystems in diesen Frequenzbereich ausschließlich im Hinblick auf optimale Übertragungsparameter erfolgen kann.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2-4 beziehen sich auf die Anwendung der Erfindung beim Einbau in Kraftfahrzeugen.

Zunächst wird vorgeschlagen, daß die Abstrahlflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher in Abweichung von der theoretisch optimalen rechtwinkligen Neigung gegenüber der Horizontalebene mit dieser einen geringeren Neigungswinkel von nur ca. 30° bis 60° bilden.

Mit der Reduzierung der Schallwandneigungswinkel gegenüber der Horizontalebene wird ermöglicht, die Lautsprecherbox in der Höhe klein zu halten, so daß 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 einem Neigungswinkel der Schallwände von z. B. 45° und Verwendung von drei Lautsprecherchassis mit je 100 mm Membrandurchmesser läßt sich eine Gesamthöhe der Lautsprecherbox von 90 mm unschwer realisieren. Die vorgeschlagene Ausführung und Anordnung der mit M- und S-Signalen gespeisten Lautsprecherbox in der Heckscheiben-Ablage hat eine Reihe von Vorteilen.

So bewirkt die frontale, 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.

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. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung der Schallwandfläche 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.

Die weitere spezielle Ausgestaltung der für den Einbau im Kraftfahrzeug vorgeschlagenen Ausführung beinhaltet, daß die Schallwandflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher eine nach unten offene dreiseitige Pyramide, vorzugsweise einen Tetraeder- Körper bilden. Mit dieser Ausführung des Gehäuses der Lautsprecherbox als dreiseitige Pyramide nach Art eines Tetraeder-Körpers, der nach unten offen ist, gelingt es, die gesamte Fläche der Heckscheiben-Anlage als eine in der Mitte bestückte Schallwand auszunützen, so daß trotz Verwendung nur kleiner Lautsprecher eine gute Tiefenwiedergabe erreicht wird. Ferner wird durch die auch schräg nach hinten gerichtete Abstrahlung der Differenzsignale S=L-R und -S=R-L eine noch größere Einbautoleranz hinsichtlich der genauen Plazierung ermöglicht, weil die Gefahr einer 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.

Als weitere Verbesserung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schallwandflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen 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, so daß sich eine optisch wenig auffällige Ausführung realisieren läßt.

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. Neben der grundsätzlich möglichen und bekannten empfangs- und verstärkerseitigen Bereitstellung und Verarbeitung dieser Signale besteht hier die zusätzliche Aufgabe, auch eine passive schaltungstechnische Lösung anzugeben, bei der die am Ausgang konventioneller Stereo-Anlagen verfügbaren Signale L (links) und R (rechts) unmittelbar für die M- und S-Ansteuerung verwendet werden können. Dies 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 Schallabstrahlung bestimmte Lautsprechergruppe mit einem 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 gestellte Forderung.

Für den Sonderfall, daß die Impedanzen der drei Lautsprecher den gleichen Wert R haben, ergibt sich für die Signalleistung N_(M) 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,
U_(M) = Pegel des Summen-Signals,
U_(S) = Pegel des Differenz-Signals.

Man erkennt, daß die Koeffizienten der M- und S-Anteile gleich groß sind, so daß das korrekte Verhältnis mit gleichen Absolutbeträgen von U_(M) und U_(S) erreicht wird.

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_(R) nach rechts mit 1/4 der nach vorn abgegebenen Leistung des M-Signals übertragen. Die Abweichung von der reinen M- und S-Wiedergabe erweist sich in der Praxis als unbedeutend und schmälert die Qualität der Stereo-Wiedergabe nicht merklich.

Für den Fall des Mono-Betriebes erweist sich dieser Umstand als Vorteil, weil die Seitenlautsprecher dann automatisch mitgesteuert werden, und zwar mit je 1/4 der Leistung des Frontlautsprechers gleichphasig mit diesem. Damit wird die Mono-Wiedergabe deutlich verbessert. Bei der vorgeschlagenen Schaltung ist vorzugsweise durch Wahl eines entsprechend reduzierten Impedanzwertes R für die verwendeten Lautsprecher sicherzustellen, daß insgesamt näherungsweise die gleiche Verstärker-Nennleistung entnommen werden kann, wie bei Anschluß konventioneller Lautsprecher für die Kanäle Links (L) und Rechts (R). Mit der Wahl unterschiedlicher Impedanzwerte für die Front- und Seitenlautsprecher lassen sich weitere Varianten in der Signalverteilung sowohl für 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.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht die prinzipielle Zusammenstellung einer Lautsprecheranordnung für M/S-Wiedergabe aus Einzelboxen mit der Frontalbox 1 und den beiden Seitenboxen 2 und 3. M ist das Mittensignal, während S und -S die Seitensignale darstellen.

Fig. 2 zeigt aus gleicher Perspektive die Ausführung mit einem gemeinsamen Gehäuse 4 mit dem Frontlautsprecher 5, den Seitenlautsprechern 6 und 7 sowie den Zwischenwänden 8, welche mit Durchbrüchen versehen sind.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die 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.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine äquivalente Ausführung in Form einer vierseitigen Pyramide in Draufsicht 14 sowie perspektivisch 18. Der Frontlautsprecher 15 befindet sich hier in der vorderen geneigten Dreiecksfläche, die Seitenlautsprecher in den seitlichen Dreiecksflächen. Die rückwärtige Dreiecksfläche ist geschlossen. Die Pyramidenkörper gemäß Fig. 3, 4, 5, 6 sind zwecks Einbaus in eine horizontale Schallwand vorzugsweise nach unten offen.

Fig. 7 zeigt die spezielle Zusammenschaltung für den Fall, daß die M/S- Lautsprecheranordnung 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. Die beiden Seitenlautsprecher 19 und 20 liegen gegensinnig in Reihe zwischen den beiden Polen des linken 21 und rechten 22 Verstärker-Ausgangssignals. Der Frontlautsprecher 23 erhält das Summensignal M=L+R vom Verbindungspunkt der beiden Seitenlautsprecher gegen Masse.

Claims (5)

1. Lautsprecheranordnung für Stereo-Wiedergabe mit mindestens einem, an der Frontseite eines Gehäuses angeordneten, Lautsprecher für die Abstrahlung des Summensignals M=L+R sowie mit mindestens zwei weiteren, an den beiden Seitenwänden des Gehäuses angeordneten, Lautsprechern, welche - vorzugsweise unter einem Winkel von 90° gegenüber den Frontlautsprechern - das Differenzsignal S=L-R bzw. -S=R-L abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die für die frontale und seitliche Abstrahlung vorgesehenen Lautsprechergruppen (1, 2, 3) innerhalb des Gehäuses durch Zwischenwände (8) gegeneinander akustisch abgeschirmt sind und daß die Zwischenwände (8) mit Durchbrüchen solcher Art versehen sind, daß für das Gesamtsystem ein bis zur unteren Übertragungsgrenze im wesentlichen linearer Schalldruck-Frequenzgang erreicht wird, die unter Grenzfrequenz näherungsweise durch das Gesamtvolumen des Gehäuses bestimmt ist und die Wiedergabe der tiefen Frequenzen nach Art des bekannten Baß-Reflex-Prinzips mit einem erweiterten Frequenzbereich erfolgt.

2. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 für den Einbau in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher mit der Horizontalebene einen Neigungswinkel von ca. 30° bis 60° bilden.

3. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandfläche der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher eine nach unten offene dreiseitige Pyramide, vorzugsweise einen Tetraeder-Körper bilden.

4. Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandflächen der für frontale und seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprecher zusammen mit einer weiteren nach hinten geneigten Fläche eine nach unten offene vierseitige Pyramide, vorzugsweise einen Halb-Oktaeder bilden.

5. Lautsprecheranordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, bei der eine direkte Signaleinspeisung mit konventionellen stereophonen Links (L)- und Rechts (R)-Signalen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden für seitliche Schallabstrahlung vorgesehenen Lautsprechergruppen (19, 20) gegensinnig in Reihe zwischen den heißen Polen der linken (L) und rechten (R) Signalquelle liegen und daß die für frontale Schallabstrahlung bestimmte Lautsprechergruppe (23) mit dem einen Pol an den Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten seitlichen Lautsprechergruppen und mit dem anderen Pol an Masse geschaltet ist.