DE2017649A1 - Schallstrahler - Google Patents

Description

Patentanwälte

DiDl Inq.Wc": r V.eissner

DipUng. MerL^rl Ticcher Lunchen, den 1;i. >pril 197o

ν Böro'Münchan
Λ München 2, Tal 7.1 ·

olektroalaisztikai Gyar Budapest /üITü-^IiH

SCH ALLSTRAiILER

Gegenstand der Erfindung ist ein Scliallstralilerelenient und ein aus den. erfindungsgemäasen Schallstrah-ler-' elementen aufgebauter Schallstrahler, desaen subjektiv wahrgenommene Wirkung gleichmMssiger als die der bekannten Schallatrahler ist.
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Ea ist Fachleuten, die sich mit Problemen der elektroakustischen Übertragung beschäftigen, wohlbekannt, dags mit einem Schallstrahler, der aus einem einzelnen Lautsprecher aufgebaut wurde (Trichter, Schallwand, Schallbox) keine grosse Schallleistung erzeugt werden kann. Es ist weiterhin auch wohlbekannt, dass die Charakteristiken des entstehenden Schallfeldes, d.h. die Schalldruckfrequenz und Rlchtkarakteristlk des Strahlers (Literatur [U) durch den Konstruktions-Aufbau des aus mehreren Schallstrahlerelementen ausgebildeten Schallstrahlers beeinflusst werden. Es wird bemerkt, dass gegebenenfalls ein Schallstrahlerelement in sich auch selbstständig als Schallstrahler benützt werden kann. Durch solche Anordnungen entsteht in Nähe des Schall-

fc Strahlers ein inhomogenes, sog. Interferen»schallfeld. Die Ausbreitung und die Inhomogenität desselben hängt von dem gebrauchten Schallstrahlers, von seinen Abmessungen und von der gegenseitigen Anordnung des. Schallstrahlerelementes ab (Literatur [2]). Die Untersuchung der verschiedenen verwirklichten Lösungen gibt eine bemerkbare Korrelation zwischen der Inhomogenität des Nahfeldes und der Richtcharakteristik des Strahlers. Nach der Theorie wird die Richtcharakteristik dea Flächenstrahiars bei den höheren Frequenzen schärfer.

Diese Erscheinung verursacht eine Verringerung des Schalldruckea in Seitenrichtungen. In Fig. 1 wird der Schallstrahler in Seitensicht 1, der Vektor 2 der zum Aufpunkt im Fernfeld führt und der Winkel ¹OC [ ] gemessen von

" der Hauptabatrahlungarichtung (Achse) gezeigt. In Flg. 2 ist die Idealisierte Schalldruckfrequenzkurve ρ = p(f) In der Achae (c>£.= 0°) und unter irgendeinem Winkel (<*L£ 0°) zu . sehen. Bei höheren Frequenzen verringert sich die Schalldruckfrequenzkurve In Seitenrichtung zur Achaenrlchtung auf dem Bild. Diaaa theoretische Erfahrung kann in der Praxis oft bewiesen werden. Wie bekannt, ist es üblich konvexe oder konkave Strahler herzustellen. In FIg, 3 wird 3 ein konvexer und 4 ein konkaver Strahler gezeigt. Bei solchen Strahlern stärkt sich dia vorhergenanntθ Wirkung und sogar ist auch die Sohalldruckfrequenzkurve in der Achse (ot& Q ) ungleichmössig. Die von ©£ [°] abhängigen entsprechenden

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Schalldruckfrequenzkurven ρ = p(f) sind in Figuren.4· und 5 sichtbar. In der Praxis treten in beiden Fällen.weitere IUn-gleichmässigkeiten auf. Bei konvexen Scha 11 s.trahlern tritt · im Frequenzbereich zwischen 2-5 kHz ein charakteristischer ' Einbruch'-auf. Bei konkaven Schallgtrahlern- entsteht im Bereich der mittleren und höheren Frequenzen, wo die Wellenlängen mit der Focusentf ernung und der Measenti'ernung zusammenfallen, wegen der fokusierenden Wirkung ein Maximum des Schalldruckes. Brfahrungsgemäss nimmt auch die Focusentf ernung bei höheren Frequenzen wegen der nbnehmenden Wellenlänge ab. In diesem Falle gelangt der Beobachter (Mikrophon) somit in ein solches Schallfeld, wo die Schalldruckfrequenzkurve bei höheren Frequenzen auch bei οό = 0° einen fallenden Charakter aufweist. Die praktische Verwirklichung der obigen Erwägungen kann auch bei Tonsäulen, die im Grenzfall als Flächenstrahler betrachtet werden können, gut beobachtet «erden.

Eine eigene Erwähnung verdienen die Kugelstrahler, die die allgemeinsten Ausführungen der konvexen Strahler sind. Dem klassischen sog. KÜSTERS'sehen Schallstrahler (Literatur 131) waren mehrere, auch in der Industrie oft angewandte Konstruktionen gefolgt, von welchen die Patentschriften der Literaturen [4], 15J und' [6] als Beispiele angeführt werden sollen. Im freien Schallfeld erzeugen diese Schallstrahler ein schwaches Interferenzfeld, da die elementare Strahlung des Kugelstrahlere divergenten Charakter hat. In geschlossenen Räumen bzw. in der Nähe von reflektierenden starren Flächen wird die Stärke des Interferenzfeldes durch Reflexionen erhöht (Literatur IfI, [8J, , 1*9J). Dadurch wird das virtuelle Tonbild erweitert, der Ort der Schallquelle lasst sich subjektiv nicht genau lokalisieren und der Einfluss des Raumes wird stark wahrnehmbar.

Obzwar diese S t rahler sys tome einen gro ssen Fortschritt gegenüber den alten, von einem einzelnen Lautsprecher aufgebauten, Systemen bedeuten, - was in erster Linie damit erklärt werden kann, dass die Inhomogenität des erzeugten Schallfeldes gesteigert wurde - erfordert die weitere Entwicklung doch die Überprüfung der auf den Schall- - . _-3 ^ ■ ■

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strahler bezüglichen Anforderungen und die der subjektiven Erfahrungen, Im Laufe de- Überprüfung soll geklärt werden, welche Anforderungen und -warum eben diese, dem Schallstrahler mit naturtreuer Tonwiedergabe gestellt werden müssen.

Die Schalldruckfreq.uenzkurve und die Richtcharakteristik des Schallstrahlera aollen im Übertragungsbereich gleichmässig und womöglich frequenzunabhängig sein, oder aber sollen diese Bedingungen wenigstens im breiten Bereich in Erfüllung gehen (Literatur [10], [HJJ. Das ist eine besonders wichtige Bedingung bei der Übertragung eines stereophonen Schallereignisses (Literatur [12J). Neben obigen Bedingungen kommt - unserer Erfahrung gemäss auch die Übereinstimmung der in der Achse gemessenen Schalldruckfrequenzkurven im Freifeld und im geschlossenen Raum eine grosse Bedeutung zu. In diesem Fall kann in kleinen und mittleren Räumen der gleiche subjektive Eindruck hergestellt werden, d.h. dass das mit einem Schallstrahler erzeugte Schallbild wird raumunabhängig sein. Obige Feststellung wird durch die Identität der abgestrahlten Leistung des Strahlers erklärt, was im Falle der angeführten Erfordernisse in Erfüllung geht.

Es stellt sich aber die Frage was unter der Gleichmässigkeit der Übertragungskurven verstanden werden soll.

Das Signal des übertragenen Programs - sei es Sprache, Musik, natürliches oder anderes Geräusch - 1st eigentlich nie eine Sinusschwingung mit Linienspektrum, sondern immer ein Signal mit endlicher Bandbreite. Die natürlichen Töne nämlich, wie bei Sprache so auch bei Musik, haben notwendigerweise einen Anfang und eine Ende, d.h. sie haben endliche Zeitspanne. Mit Hilfe des Fourier-Satzes ist es einzusehen, dass das Ohr von reinen sinusoid-Tönen fast nie erregt wird. Ferner soll in Kauf genommen werden, dass die spektrale Breite des Sinustones, die bei unendlicher Zeitspanne mit einer einzigen Spektrallinie gekennzeichnet werden könnte, im Falle von endlicher Zeitspanne sich nach dem Zusammenhang ^f= -g% ausbreitet (Literatur [13J). Hier sind A * die Zeitdauer und Λ f die

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Bandbreite des Signals,deren Wert z.B. iin .[falle von 4 * = 5° ^ms 40 Hz ist... Nach, den Untersuchungen von WINGKEL (Literatur [14J) enthalten Phoneme der Sprache und schnelleren 'Akkorde der Musik Signale, deren Zeitspanne eine Grossen-Ordnung von 50 ma hat. Das System, wird alao in der Wirklichkeit meistens nicht durch einen reinen Ton, sondern durch ein Bandspektrum mit in der Zeit veränderlicher Konfiguration erregt. ■

Es ist bekannt, dass das Ohr ohne Betrachtnahme der Frequenz die Intensität der Komponenten innerhalb eines, kritischen Bandes (Literatur [15J) bei einer Erregung-'von· 10 ms übertretenen Zeitspanne addiert (Literatur [16J)» Die Schwankung innerhalb eines kritischen Bandes kann aber nicht wahrgenommen werden, was durch folgende Erfahrung begründet wird. Es soll erwogen werden, dass bei direktem Hören - frei von jeder elektroakustischen Ubertragungskette - die akustische Umgebung des Hörers wegen den Reflexionen an den Raumgrenzflächen und wegen der vom menschlichen Körper verursachten Diffraktionswirkung, ein Interferenzfeld 1st (Literatur [17J)* Die Inhomogenität dieses Interferenzfeldes - obzwar beachtenswert - kann erfahrungsgemäss auch in idealisierter reflexionpfreler Umgebung, im sog» schalltoten Raum doch nicht wahrgenommen werden. Wenn nämlich eine natürliche Schallquelle z.B. eine sprechende Person im sog. schalltoten Raum angehört wird und der Sprecher - d.i. die Schallquelle - sich ein wenig umdreht, so gerät das Ohr des Hörers infolge der geänderten geometrischen Anordnung in ein anderes physikalisch gut messbares Schallfeld und die Aenderung der Schallquelle kann doch nicht wahrgenommen werden (Literatur [18J) . Darin spielt offensichtlich eine grQSse Rolle, dass die Signale der Sprache - wie bekannt Signale von endlicher Bandbreite sind. Ein Aenllches wird auch beim Hören von natürlichen, musikalischen Tönen oder von Geräuschquellen erfahren. Diese Irregularität des Schallfeldes tritt in natürlicher - mit reflektierenden Oberflächen versehener - Umgebung noch eher auf. Es genügt hier z.B. auf den - wohlbekannten - stark schwankenden Charakter der Schalldruckfrequenzkurve eines in pjachlosse-

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aen. Räumen arbeitenden Schallatrahlars hinzuweisen, wobei die Frequenzkurve mit einen ainuaoidal veränderlichen Signal gerne a a en werden kann (Literatur [19]).

line ähnliche Folgerung kann - unter Anderem auch aus den Ergebnissen von Flohrer (Literatur [20J) gezogen werden. Seinen Erfahrungen gemäss, kann j η der Übertragungacharakteristik die Anwesenheit eines Einbruches mit; einer relativen Bandbreite von £ f/f 4 0,1 durch subjekti-.vea Abhören nicht wahrgenommen werden.

Von den Vorhergehenden gefolgert hat es praktisch keinen Sinn, den Unregelmässigkeiten der Schalldruckfrequeir/.-· kurve imitten dea kritischen Bandes, bzw. den interferenzartigen scharfen Einbrüchen der Richtkarakteristik eine Bedeutung zuzumessen. Anderseits iat es aber der Mühe Wer b die in der Übertragungskurve vorkommenden breiteren Löcher und Aushebungen in Betracht zu ziehen, d.h. wenn diese dJa kritische Bandbreite erreichen. Ihr Dasein iat auch dann hörbar und störend, wenn sie Interferenzursprung haben ' (Literatur [21]). .

Von den auf die Schallstrahler üblichen Spozifikationsdaten betrachten wir die Form der Schalldruckfroquen·/.--kurve in der Achse im Übertragungsbereich. Die Schwankung von _+ 5 dB ist keine Seltenheit. Laut der Erfahrungen von SHORTER (Literatur [11]) sind die Schwankungen von £ 2 ΊΒ an einzelnen Stellen der Kurve schon wahrnehmbar. Nach seinen Beobachtungen wenn die Übertragungacharakteri3tik in einigen Gebieten Irregularitäten, die breiter als dan kritiache Band aind, von einigen dB aufweist, wird die Klangfarbe nach subjektiver Beurteilung in solchen Fällen farblos j bzw. hart und metallartig. Daa heisst, infolge eines Einbruchs bei den mittelhohen Tönen in der Umgebung von 2-5 kHz eine weitgelegene Schallquelle, bis eben da eine kleine Erhöhung in der Frequenzkurve uüii lindruck der nahen (Präsenzwirkung) Schallquelle ergibt.

Die im Vorhergehenden von aubjektiver Seite begründeten Erfordernisse führen in der technischen Realisierung der Sahallstrahler zu sehr strengen Anforderungen, hauptaäehlieh, wenn in Betrac it gezogen wird, dass die

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Umstände des Abhörens im Schallfeld in der Umgebung dea Hörers immer weitere Irregularitäten erzeugen.

Bei den Konstruktionen der bekannten Schallstrahler wurden die obigen theoretischen Bedenken als Grundlage betrachtet, so bezog sick das Streben der Fachleute darauf, das Interferenzfeld der Strahler auf das Minimum zu verringern und die Inhomogenitäten womöglich auszuschliesaen. Wie das im Falle von den Figuren 1 bis 5 und den erwähnten verschiedenen Schallstrahlertypen schon erläutert wurde, hat dieses Bestreben nur einen teiiweisen Erfolg und auch bei den besten Lautaprechertypen sind solche objektive messbare Irregularitäten des Schalldruckes zu finden, die von den Ohren des Hörers auch subjektiv wahrgenommen werden. Gleichzeitig ist die Aufhebung der immer bestehenden Inhomogenität der Interferenzfeider eine aussichtslose Aufgabe.

, Bei der Realisierung des Erfindungsgegenstandes wird von dem Grundgedanken ausgegangen, dass das Interferenzfeld der Strahler eben nicht ausgeschaltet, sondern ein ausgesprochen starkes Interferenzfeld erzeugt werden soll, wobei die Einbrüche und Arihebungen so dicht liegen, dass diese subjektiv nicht meiir .vahrgenommen werden können. Trotzdem also, dass die feinen Irregularitäten dea Schallfeldes durch Messungen objektiv ausweisbar sind, entsteht für die Ohren des Hörers der Eindruck eines subjektiv homogenen Feldes.

Gegenstand unserer Erfindung ist also ein Schallstrahler der ein solches Schallfeld hervorruft bei dem die Inhomogenität der Interferenz dea Schallfeldes aehr stark ist. Wenn nämlich die Irregularitäten des Schallfeldes in Funktion der Frequenz, der Zeit und des Raumes sich ändern und innerhalb des kritischen Bandes des Hörens fallen, so sind diese nicht mehr wahrnehmbar und das Klangbild wird subjektiv recht gut werden. Dazu muss auf Grund des Obengesagten ein solch starkes Interferenzfeld erzeugt werden, in dem die Bedingung Af/f ^-0,1 erfüllt wird. In diesem Fall wird die Perturbation des Raumes oder der Umgebung durch die Inhomogenität des Schallfeldea

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kompensiert, d.h.. die elektroakugtische Übertragung wird von der Umgebung praktisch unabhängig. Zwischen dem subjektiven Empfinden und der objektiv messbaren Parameter, ist ea ratsamer beim Messen anstatt des in der Praxis üblichen sinusoidalen Signals ein Messignal von statistischen Charakter an zuwenden, das die wirklichen Eigenschaften des Programgignals besser annähert. Diese Bedingung kann in guter Annäherung durch Rosabandpassrauschen von 1/3 Oktav Bandbreite erfüllt werden.

Es ist zu bezweifeln ob das obige Ziel nur mit einem zusaramengesetzten, aus mehreren Lautsprechern zusammengebauten Schal!strahlerelement, bzw. mit einem aus diesen Elementen gebauten Schallstrahler erreicht werden

L· kann.

In der erfindungsgemässen Lösung wird das starke Interferenzschallfeld des aus mehreren Lautsprechern zusammengebauten Schallstrahlerelemente3 (im Weiteren Schallstrahlerelement) unmittelbar auf der Apertur des Schall-Strahlerelementes erzeugt. Unter Apertur soll jenes wirkliche oder fiktive begrenzendes Flächenelement des Schallstrahlers verstanden werden, durch welches das erregte Schallfeld dem Medium des Jchallfeldes direkt übergeben wird. Bei der Mehrzahl der möglichen Anordnungen steht die Apertur im Hauptabstrahlungs-Raumwiakel der Lautsprecher mit den Wandelementen der einzelnen Lautsprecher in einem oder in mehreren Punkten in Berührung. An der Fläche der

P sich im Nahfeld des Schallstrahlerelementes befindlichen Apertur verändert sich die Amplitude und Phase der die Luftteilche.il erreichenden Erregung von Punkt zu Punkt rasch. Die entlang der Fläche der Apertur als Funktion des Ortes rasch veränderliche Phase der Erregung ergibt die Möglichkeit, dass das Schallstrahlerelement superdirektive Eigenheiten aufweist (Literatur [22]), d.h. dass die. Richtcharakteristiken mit steigender Frequenz praktisch nicht schärfer werden.

Das erfindungsgemäss ausgeführte Schallstrahlerelement anwendend, kann ein der jederzeitigen akustischen Aufgabe entsprechender, im breiten Bereich variierbarer

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Schallstrahler gebaut werden. Daa Schallstrahlerelement, des aus mehreren, abgr mindestens aus drei einfachen und/oder zusammengeaetzten Iiaut apre ehern zusammengebaut werden kann, hat eine aolche Ausführung, daaa die die Strahlungaoberflochen der Lautepreeher überquerenden Ebenen voneinander mit 180° abweichende Wink?! einachlieasen und ihre Schnittlinien miteinander parallel laufen, bis in der auf die Schnittlinien senkrechte Vertikalebene die Schnittlinie durch eine Bruchlinie gebildet wird, ao, daaa sich die Strahlungssymmetrieachaen der einzelnen benachbarten Laut-· Sprecher, bzw. ihre in der Vertikalebene befindlichen Projektionen aich abwechselnd vor und hinter der Bruchlinie schneiden, bis die Strahlungszentren der benachbarten Lautsprecher voneinander in einer kleineren Entfernung als die zur oberen Grenzfrequenz dea Tonfrequenzbereiches gehörige Schallwellenlänge aind.

Ea wird unter oberer Grenzfrequenz, auf Grund des bezüglichen IEO-Empfehlungsentwurfea, jene Frequenz ver- ' standen, bei der, der in der Achse in einer Entfernung von 1 m gemeaaene Wert dea Schalldruckea -10 dB fällt, bezogen auf den in einem Oktavba^id gemittelten Wert in der Umgebung der maximalen Empfindlichkeit des Übertragungabereichea. Scharfe Einbrüche und Anhebungen,die achmgler ala 1/8 Oktav sind sollen auaaer Acht gelasaen·werden (Literatur [23J). Wenn in Ebenen von gerader Anzahl symmetriach angeordnete, Innerhalb der aymmetriachen Anordnung Lautaprecher gleicher Ausführung angewendet werden, bekommen wir eine Schallstrahlung mit aymmetrischer Richtwirkung, bia bei Anwendung von Ebenen von ungerader Zahl eine spezielle Richtwirkung erreicht werden kann, d.h. daaa dadurch die Hauptstrahlungsrichtung verdreht werden kann. Der Einfluaa des Verdrehena wird im Schallatrahlerelement bei Anwendung von mehreren Lautsprechern schwächer und in einem Schallstrahlerelement das mit je weniger Lautsprechern aufgebaut ist, immer stärker: am auageprägeatgn zeigt sich dies bei einem Element, das drei Lautsprecher enthält.

Natürlich können die'.L&utaprech-er auob. aaymniöbrisoli angeordnet warden, ale kömwii verrjolilodsjino Abmeaaungaii und ■ .' ^: ■■ ■ ' ' ... <■),,., .

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Ausbildung haben, wodurch weitere erwünschte Effekte zu erreichen sind.

Dabei können zu der auf die Strahlungsöffnung eines Lautsprechers 'überlegte Ebene als zur Apertur-Ebene, auch mehrere Lautsprecher zugeordnet werden.

Der Erfindungsgegenstand wird auf Grund von Zeich- , nungen, beispielsweise in Ausführungsform, näher bekanntgegeben.

Fig. 6 zeigt skizzenhaft abgebildet die erfindungsgemässe allgemeine Anordnung, sie ist ein Element mit fünf Lautsprechern und dient zur Erklärung des Wesens der Erfindung. .

Fig. 7 gibt die Ansicht eines elementaren Linienstrahlerelementes, aus 3 Gliedern aufgebauten Schallstrahlex elementesiin dem die Lautsprecher in einer Linie untergebracht wurden.

Fig. 8 gibt die Ansicht eines elementaren Linien- , strahlerelementes, aus 4 Gliedern aufgebauten Schallstrahler elementes in dem die Lautsprecher in einer Linie untergebracht wurden.

Fig. 9 gibt die Ansicht eines elementaren Linienstrahlerelementes, aus 5 Gliedern aufgebauten Schallstrahlerelementes in dem die Lautsprecher in einer Linie untergebracht wurden.

Fig. 10 gibt die Ansicht eines zusammengesetzten Schallstrahlerelementes, das von 2x4 Gliedern aufgebaut wurde. Im Falle dieser Ausführung kann durch die übereinander gelegten je zwei Lautsprecher-Öffnungsflächen ein© gemeinsame Ebene gelegt werden.

Fig. 11 gibt die Ansicht eines zusammengesetzten Schallstrahlerelementes,, das von 2x3 Gliedern aufgebaut wurde. Im Falle dieser Ausführung kann durch die übereinander gelegten je zwei Lautsprecher-Öffnunggflachen eine gemeinsame Ebene gelegt werden»

Fig. 12 gibt die Ansicht eines zusammengesetzten Schallstrahlerelementes„ das aua 2x3'Gliedern aufgebaut wurde, line Abweichung τοη dar In Abb, Il gezeigte Ausführimg besteht dariiij äaan die ©inzalnen. GlLader das

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Schallatrahlerelementes im Vergleich zueinander verdreht sind.

Fig. 13 hat.dieselbe Auaführungsform wie die aus Fig. 12 ersichtliche Anordnung, mit Jener Abweichung, dass" der Schallstrahler hier aua einem Schallstrahlerelement von 2x4 Gliedern zusammengebaut wurde,

Fig. 14 gibt ala Ausführungsform ein Schallstrahlersystem mit grosser Schalleistung. Die einzelnen Lautsprecher-Glieder des Schallstrahlers sind auch selbstständig anzuwenden, als spezielle Flächen- oder Linienstrahler, deren Richtungseffekt in der erfindungagemässen Anordnung nachden später bekanntzugebenen Vorteilen sich abändert.

Fig. 15 gibt die Ansicht eines solchen-zusammengesetzten Schallstrahlers, bei welchem zur Ebene die an einer Lautsprecheröffnung als Aperturebene des Schallatrahlerelement.es durrhgelegt ist, auch mehrere Lautsprecher gehören» In diesem Fall, bei diosen Gliedern wird die Breitbandübertragung von je einem Mehrwegsystem gesichert, das auch selbständig strahlungsfähig ist. Die zwei mittleren Glieder der abbildungsgemässen Ausführung sind aus Konstruktionsgründen je ein selbständiger Breitband-Lautsprecher.

Wie das in Fig. 6 sichtbare Schallstrahlerelement aufweist, ist es von fünf einfachen oder zusammengesetzten Lautsprechern 5 zusammengebaut und hat solch.eine Ausführung, dass die über-die Strahlungsfläche gelegte Ebene miteinander einen von 180° abweiche-iden Winkel 7 aufweisen und die Schnittlinien 8 der Ebenem 6 miteinander parallel laufen, bis die Schnittlinie 10, die in der auf diese Schnittlinien und auf die Ebenen 6 senkrechte Ebene 9 liegt, eine Bruchlinie ist, und die Lautsprecher 5 so angeordnet sind, dass die Strahlungaaymmetrieachaen 11 der einzelnen benachbarten Lautsprecher 5j bzw. ihre in Ebene 9 befindlichen Projektionen 12 abwechselnd vor der Bruchlinie 10 in den Schnittpunkten 13, bzw.· hinter der Bruchlinie 10 in den Schnittpunkten 14 aich gegenaeitig schneiden und die StrahlungsZentren 15 in den benachbarten Lautsprechern 5 sind in kleinerer Entfernung voneinander als die zehnfache Wellenlänge der zu der im Früheren aehon definierten

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Grenzfrequenz des Tonfrequenzbandes gehörenden Schallwelle.

In den Figuren 7 bis 15 werden verschiedene Ausführungsformen gezeigt, die in Kenntnis der Abb. 6 weitere, auf den Aufbau bezügliche Erklärungen nicht erfordern, ausser die bei der Aufzählung der Abbildungen erfolgten Bemerkungen.

Die Schallstrahler werden von gleicher Signalquelle gespeist. Das erfindungsgemgss ausgebildete Schallstrahlerelement, bzw. der Schallstrahler erzeugt ein' stärkeres Interferenzfeld als die gewohnten Schallstrahler-Konstruktionen mit ebener- oder Kugelfläche.

Ihr besonderes Vorteil besteht darin» dass verglichen mit z.B. gemäss der in Literatur [9 J beschriebenen Konstruktion mit einem Strahler von 1/8 Kugelfläche, die Schalldruckfrequenzkurve keinen Einbruch zwischen 2-5 kHz enthält und die Richtcharakteristik wird auch frequenzunabhängig sein. Zum Vergleich enthält Abb. l6 die in der Achse gemessenen Schalldruckfrequenzkurven in gleichen Messentfernungen ; der Schallstrahler wurde von 8-8 Stück Lautsprechern mit gleichem Typ parallel geschaltet zusammengebaut. Fig. l6 zeigt die Kurve l6, die die Schalldruckfrequenzkurve nach der erfindungsgemässen Lösung ist, bezüglich auf den Schallstrahler, sichtbar in Fig. 10. Dagegen zeigt Fig. 17 die Schalldruckfrequenzkurve nach der in Literatur [9] beschriebenen Lösung. Beide Kurven wurden mit Rosabandpassrauschen von einer Breite von 1/3 Oktav gemessen. Die zur Messung gebrauchten obigen Schallstrahler waren in Gehäusen von gleichem'Volumen so ausgeführt, dass je zwei Lautsprecher untereinander untergebracht wurden. Die Gehäuse waren mit Watte gedämpft. Die Lautsprecher waren zueinander bei der erfindungsgemässen Lösung in einem Winkel von β = 145°, - wo /3 das in Fig. 6 mit 7 bezeichnete Winkel bedeutet - und bei der bekannten Lösung β■= 135° untergebracht.

Die Breite des Gehäuses betrug in beiden Fällen 0,6 m. Das lichte Volumen des zur Messung benützten Raumes war 125 n?, seine Nachhallzeit betrug zwischen 100-1000 Hz 0, '5 s mit einer Schwankung von +_ 0,05 s. Das Messmikrophon

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war eines der Firma Brüel-Kjaer, Typ 4135. Die Vergleichsmesaungen der gewählten zwei verschiedenen Anordnungen beweisen, dass bei gleichen Abmessungen und Anwendung von gleichen Lautsprechern die erfindungsgemässe Anordnung mehr Vorteile aufweist, im Vergleich zur bekannten Anordnung, die einen Kugelstrahler nachahmt. Dasselbe wird auch von den imfreien Schallfeld gemessenen Richtcharakteristiken unterstützt. In diesem Fall kam es zu Vergleichsmessungen im reflektionsfreiem Raum. Die gewonnenen Ergebnisse wurden mit Hilfe des obigen Messmikrophons in einer Entfernung von 2 m von den Schallstrahlern aufgestellt erhalten. Das Messsignal war 1/3 Oktavband breites Rosabandpassrausehen. Die bei der erfindungsgemgssen Ausführung gemessenen Richtcharakteristiken werden in Fig. 17 a, b, c, d, e gezeigt. Im Falle obigen Messignals mit Bandmittenfrequenzen 1, 2, 4, 8, l6 kHz. In Fig. 18 a, b, c, d, e sind die Richtcharakteristiken der bekannten Lösung sichtbar. Die Stabilisierung des Richtcharakteristiken bei Erhöhung der Bandmittenfrequenz und so die damit in Verbindung stehende Superdirektivltät sind bei der erfindungsgemässen Lösung in Flg. 17 gut sichtbar.

Das Schallstrahlerelement in erfindungsgemässer Ausführung ergibt bei Anwendung in symmetrischer Anordnung und geradezahliger gleicher Lautsprecher eine symmetrische Richtcharakteristik. Wird aber eine asymmetrische Lautsprecher anordnung angewendet, oder aber eine mit gerader Zahl aber mit voneinander abweichender Empfindlichkeit angewendet, so dreht.sich das Maximum der Richtcharakteristik in Richtung der Lautsprecher von grösserer Zahl, bzw. in die Richtung von Lautsprechern von höherer Empfindlichkeit. Mit Anwendung der erfindungsgemässen Lösung kann also - wie schon erwähnt - ein Schallstrahlerelemsnt mit verdrehter Ilauptabstrahlrichtung und durch geeigneten Zusammenbau derselben ein solcher Schallstrahler gebaut werden.

Durch Anwendung der Anordnung laut Flg. 11 wurden Messungen verrichtet und die in Fig. 19 a...e sichtbaren Richtcharakteristiken zeigen die Verdrehung der Symmetrieachse klar, wodurch die erwähnte besondere Wirkung erreicht

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werden kann. Die Mea3umatände und die angewendeten Mittenfrequenzen waren auch hier mit denen bezüglich den In Figuren 17 und 18 schon beschriebenen gleich.

Wenn die Schallstrahlerelemente bei der Ausbildung eines Schallstrahlers so zusammengebaut werden, dass die Elemente im Vergleich miteinander einen von 180° abweichenden Winkel elnschliessen, so kann die Symmetrie, bzw. Asymmetrie der Richtcharakteristik aufeinander auch in senkrechten Ebenen ausgebildet werden.

/ Um die Inhomogenität des Interferenzfeldes zu verstärken, d.h. wegen der frequenzunabhängigen Beeinflussung der Richtcharakteristik des Schallstrahlers ist es zweckmäsaig vor die Lautsprecher Hindernisse unterzubringen, die mit der Wellenlänge vergleichbare Abmessungen haben. Die der Oberfläche-derselben entlang erfolgte Beugung vergrössert dann an der Apertur des Schallstrahlerelementes die Phasenschwankung der Erregung weiter. Sind die Abmessungen der vor die Lautsprecher untergebrachten Hindernisse die Hälfte der zu oberen Grenzfrequenz gehörenden Schallwellenlänge des übertragenen Tonfrequenzbandes, so tritt die geschilderte Wirkung ein. Der Beweis obiger Behauptung zeigt die Richtcharakteristiken Figuren 21 a ... e, wobei in dem Lautsprecher 5 enthaltenden Schallstrahler 19 gemäss Figuren 20 a und 20 b aus Holz verfertigte Zylinder 18 gemessen wurden. Aus dem Vergleich der Figuren 17 und 21 geht es klar hervor, dass nach Einbau der Hindernisse die Richtcharakteristiken noch stärker einen superdirektiven Charakter aufweisen; die Richtcharakteristiken werden mit steigender Frequenz infolge der Schallbeugung an den Zylindern breiter. Die Eigenart der Wirkung ist - frequenzabhängig von der auf die Luft bezogenen akustischen Impedanz des eingebauten Hindernisses abhängig.

Figuren 22, 23 und 24 zeigen die im Freifeld in der Achse gemessenen Schalldruckfrequenzkurven. Bei den Messungen wurde die bei der Messung der Richtcharakteristiken angewendete geometrische Anordnung und ein Rosabandpassrauachen von 1/3 Oktav Bandbreite angewendet. Fig. 22 zeigt die Messergebnisse der in Fig. 10 gezeigten erfindungage-

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massen Anordnung, bis Fig. 23 die der bekannten Kugölstrahler-Anordnung aufweist. In Fig. 24· sind die Messergebnisse der Ausführung gemäss Fig. 10, laut Ausführung in Fig. 10 dargestellt. An Hand des Vergleiches der Figuren 16 und 22 ist es leicht einzusehen, dass die erfindungsgemässe Ausführung eine bessere Übereinstimmung der.Schalldruckfrequenzkurve in der Achse im Freifeld und der im geschlossenen Raum ergibt; sowie die Frequenzabhängigkeit der Richtcharakteristik und sogar ihre superdirektive Eigenart in Erfüllung gehen. Durch den Vergleich der gemessenen Ergebnisse mit den im Laufe der Beschreibung behandelten subjektiven Erfahrungen und mit den aus ihnen folgenden technischen Aufgaben ist es sichtbar, dass durch die Anwendung des erfindungsgemässen Sehallstrahlers subjektiv eine recht gute Wirkung, gleichzeitig aber auch eine mit objektiven Parametern sicher in der Hand haltbare Konstruktion erzeugt werden kann.

Offensichtlich, dass durch Fachleute, die die Forderungen des Fachgebietes beherrschen, zu den im Obigen detaillierten Konstruktionslösungen innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, noch weitere ausgebildet werden können .

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Iy Schallatrahler, der von einem oder mehreren Schallstrahlerelementen aufgebaut wird und ein Schallstrahlerelement mindestens drei einfache und/oder zusammengesetzte ' Lautsprecher enthält, dadurch gekennzeichnet ("F-ig, 6.) daaa die über die Strah.lungsoberflache der Lautsprecher (|5) gelegten mindestens drei Ebenen (6) untereinander einen Winkel (7) elnschliessen, dessen Wert von 180° abweicht und die Schnittlinien (8) dieser Ebenen (6) miteinander parallel sind, bis diese auf die Schnittlinien (8) senkrechte Ebene (9) und die genannten Ebenen (6) eine Schnittlinie (lo) haben, die eine Bruchlinie ist, und die Strahlungs/aymmetrie/achaen (ll) der einzelnen benachbarten Lautsprecher (5), bzw. ihre Projektion (12) in der erwähnten senkrechten Ebene (9) sich einander a.bwoclifielnd in den Schnittpunkten (l3) vor der Bruchlinie (lO) oder in den Schnittpunkten (14) hinter der Bruchlinie (lO) überschneiden, bis die Strahlungszentren (15) der benachbarten Lautsprecher (5) von einander in einer kleineren Entfernung sind als die zehnfache der zur oberen Grenzfrequenz des To.ufreq.uenzboreiches gehörende Schallwellenlänge.
2. 2. Schallstrahler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein aus drei Lautsprechern bestehendes Schallatrahlerelement hat, wo sich die Strahlungsachsen der Lautsprecher in einor Ebene befinden(Piguren 7., 8., 9.).
3. 3. Schallatrahler nach Anspruch 2. dadurch g e kennze i cn net, dass er wenigstens zwei Schallstrahlerelemente mit derselben Ausführung enthält und die Strahlungsoberflächen der entsprechenden Lautsprecher der Elemente sich in gemeinsamen Ebenen befinden (Figuren 10,
4. 4. Schällatrahler nach Anspruch 2, dn--inrch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei Schall-3trahlerelemente mit derselben Ausführung enthiilt und die über die Strahlungaoberfläche der Lautsprecher der Schallatrahlerelemente mit derselben Ausf Uhrui j, gelegten geeigneten Ebenen im Vergleich zueinander verschoben werden (.,'iguren 12, 13). - 16 -

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   BAD ORIGINAL
5. 5. Schallstrahlernach Anspruch 1. dadurch g θ kennzeichne t, dass wenigstens einer seiner S chall s tr ahlereleiiBnte mindestens zwei solche Lautsprecher enthält, deren Strahlungsüberflächen in gemeinsame Ebenen fallen (Fig, 14). · ■ ·
6. 6. Schallstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch ge i: e η η ζ e i c h η e t, dass mindestens '· eines seiner Schallstrahlungselemente wenigstens zwei Lautsprecher von verschiedener Ausführung enthält (Fig. 15.).

   7· Schall3"trahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor mindestens einem seiner Lautsprecher wenigstens ein Hindernis untergebracht wird, dessen Abmessung O ,,1-mal grosser als die zur oberen Grenzfreq.uenz des zur übertragenen Tonfrequenzband gehörige "Wellenlänge ist, und die Entfernung des Hindernisses von der Mitte der Membran mindestens eines Lautsprechers gemessen grosser ist, als die Hälfte der zur oberen Grenzfrequenz des übertragenen Tonfrequenzbandes gehörenden Wellenlänge ist.

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