DE2236306B2 - Schallstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallstrahler, bestehend aus zwei in voneinander abgegrenzten Raumteilen untergebrachten Tief- und Hochtonstrahlungseinheiten, dessen Hochtonstrahlungseinheit aus mindestens drei einfachen oder zusammengesetzten Lautsprechern aufgebaut ist, wobei die Ebenen, in denen die Strahlungsoberflächen der Lautsprecher liegen, paarweise einen von 180° abweichenden Winkel einschließen und die Schnittlinien dieser Ebenen zueinander parallel sind, so daß sich eine auf diesen Schnittlinien senkrecht stehende Ebene mit den genannten Ebenen entlang einer gebrochenen Linie schneidet und sich die Strahlungsachsen einer Vielzahl solcher benachbarter Lautsprecher oder Schallstrahlungselementen in der erwähnten senkrecht stehenden Ebene einander abwechselnd in ein Net/, von Interferenzstellen bildenden Schnittpunkten vor und hinter der gebrochenen Linie schneiden. Ein derartiger Schallstrahler ist durch

die DT-OS 20 17 649 bekannt

Ein Schallstrahler mit einem Teil dieser Merkmale, nämlich ein Schallstrahler mit einem oder mehreren Schallstrahlungselementen, von denen jedes mindestens drei Einzellautsprecher oder Lautsprecherkombinationen in reihenfönniger Anordnung aufweist, wobei die Emzellautsprecher bzw. Lautsprecherkombinationen in den Schallstrahlerelementen derart angebracht sind, daß ihre Strahlungsoberflächen in Ebenen liegen,

ίο von denen jede mit den an sie angrenzenden Ebenen einen Winkel bildet der von 180° verschieden ist, und daß die Schnittlinien dieser Ebenen zueinander parallel sind, ist weiter durch die DT-AS 12 57 853 bekanntgeworden. Durch die US-PS 21 43 175 ist außderdem ein System mit in abgegrenzten Raumteilen untergebrachtem Hochton- und Tieftonteil, die über Weichen gespeist werden, bekanntgeworden.

Schließlich zsigt die DT-OS 19 20682 die Verwendung von drei Tieftonlautsprechern statt nur eines derartigen Lautsprechers. Wenn die dem Schallstrahler im Tieftonkanal zugeführten Frequenzen jedoch höher als 100 Hi sind, stellen die drei Tieftonlautsprecher eine selbständige Schallstrahlergruppe mit entsprechend abweichenden Richtungscharakteristiken gegenüber einem einzigen Lautsprecher dar.

Es is; bekannt, daß eine Breitband-Schallübertragung besonders guter Qualität in einem geschlossenen Raum, sei es ein Sail, ein Theater ein Kino, ein Studio, usw. bei einer hohen Leistung mit den herkömmlichen Schall-Strahlern nicht erzielt werden kann. Deshalb wird in anspruchsvollen Systemen das tonfrequente Band im allgemeinen in mindestens zwei Bänder geteilt, wobei die schallstrahlenden Elemente mit Hilfe eines aus einer gemeinsamen Signalquelle gespeisten einzigen Leistungsverstärkers mit je einem Leistungsverstärker eigens gespeist werden.

Unter einem schallstrahlenden Elemente wird zweckmäßig je ein für das tief-, mittel- und hochfrequente Übertragungsband besonders ausgebildeter Schalbtrahler, z. B. ein Rückstrahlgehäuse oder ein Trichter-Schallstrahler verstanden. Zur Verteilung des Signals des vollen tonfrequenten Bereichs je Band dienen aktive, einen Verstärker enthaltende, oder passive verstärkerlose, elektrische Netze. Zwecks Verbesserung der Wiedergabeleistung wird der den die Schallstrahler speisende Leistungsverstärker steuernde Stromkreis mit einem Hoch- und Tiefklangregelungs-Stromkreis ausgestattet.

Das Problem der Verwirklichung einer Schallübertragung guter Qualität in einem Raum stellt den Entwerfer einer Übertragungskette vor immer schwierigere Aufgaben. Diese Aufgaben erfordern die Beachtung von subjektiv-akustischen Problemen, welche in ihren Zusammenhängen noch immer erforscht werden.

Erfahrungsgemäß muß das Problem der Ausführuni; von Schallstrahlen guter Qualität unter Beachtung der sich auf die Schallstahlung. Raumakustik und subjektive Akustik beziehenden Kenntnisse in Zusammenhang mit den sich auf die elektroakusiische Übertragungskette sowie auf die auf der Kette übertragenen Signale beziehenden Kenntnisse gelöst werden. Zum Aufbau eines Schallstrahlersystems einwandfreier Qualität für Verwendung in Innenräume'.i haben die Ungieichmäßigkeiten der Schalldruck-Frequenz-Kennlinie des Sehall-Strahlers, der Richtungskennlinie, sowie die entsprechend erklärten Ungleichmäßigkeiten der an der Stelle des Abhörens als Ergebnis der Wechselwirkung des Raumes und des Schallstrahlers gewonnenen Übertra-

gungscharakteristik eine besondere Bedeutung.

Bei Beachtung der derzeit verfügbaren Kenntnisse müssen erfahrungsgemäß zur Lösung des Problems folgende Forderungen erfüllt werden:

1. Ober 0,8 kHz sollen sich die Richtungscharakteristiken ähneln und innerhalb eines Kegelwinkels von mindestens 120° je geringere Schwankungen aufweisen.

2. An der Stelle des Abhörens soll die DurchlaPkurve

eher Anordnung und Eigenschaften an den verschiedenen Punkten der Räumlichkeit ein zwischen weiten Grenzen schwankender Schalldruck wahrgenommen werden kann.

Im Verlauf von weiteren Untersuchungen wurde erkannt, daß die Gewährleistung von frequenzunabhängigen, sich ähnelnden Richtungskennlinien des Schallstrahlers in der waagerechten wie in der senkrechten Ebene wenigstens über 1 kHz eine grundlegend w'ichti-

innerhalb des vorgeschriebenen Übertragungsban- io ge Forderung ist um im Raum ehie bestmöglichste des H.öglichst gering von der erforderlichen Schallübertragung zu erzielen. Werden nämlich frezweckmäßigsten Durchlaßkurve abweichen, quenzunabhängige, sich ähnelnde Richtungskennlinien

sichergestellt dann wird in bezug auf die hauptsächliche Strahlungsrichtung des Schallstrahlers im Raum abwechselnd in den verschiedenen Richtungen einen Pfatz einnehmende Beobachter infolge der ähnlichen Richtungskennlinien, abgesehen von den auf die kritischen Bandbreiten des Hörsinnes bezogenen obener-

3. An der Stelle des Abhörens soll bei einer subjektiv vernachlässigbaren Verzerrung ein genügend hoher Schalldruckpegel sichergestellt sein.

Die obigen insbesondere mit 1. und 2. bezeichneten
Forderungen werden von den bekannten Lösungen des
Problems nicht erfüllt Ohne Erfüllung der ersten Forderung kann das Problem überhaupt nicät gelöst werden. Bei Beachtung der bisher erzielten Ergebnisse läßt 20 sehen dem Ohr und dem Schallstrahler bildenden eleksich diese Behauptung folgenderweise begründen: troakustischen Übertragungskette, sowie abgesehen

Erfahrungsgemäß wird eine elektroakustische Kette praktisch immer von einem statistischen Programmsignal endlicher Bandbreite und niemals von einem sinusförmigen Signal erregt Die sich in Räumlichkeiten ergebende äußerst ungleichmäßige Durchlaßkurve des am Ende der Kette angeordneten Schallstrahlers wird

wähnten, nicht hörbaren Eigenschaften der sich zwi-

von einem sich infolge der zweckmäßig von der sphärischen Form abweichenden Richtungskennlinien zeigenden, belanglosen Pegelabfall eine im wesentlichen gleiehe Durchlaßkurve im tonfrequenten Band wahrnehmen.

Es wurde weiter erkannt Haß eine unabhängig von

im Falle von zufallsbedingten Signalen vom Hörsinn der Frequenz ähnliche Richtungskurvenschar noch den nicht als ungleichmäßig empfunden, vorausgesetzt daß Vorteil hat, daß der Richtungstaktor, d. h. der Quotient die Anzahl der Kennlinien-Ungleichmäßigkeiteh, z. B. 30 des in der Achse erregten Schalldruckes und der ausgeder Maxima, gleichen Charakters und einer Breite von strahlten Leistung eines Schallstrahlers mit solchen Af innerhalb der Afm breiten, sogenannten kritischen Eigenschaften auf eine von der Frequenz abhängig vor-Bänder des Hörens genügend hoch ist, d. h. geschriebene Weise veränderbar ist So kann z. B. der Afm/iAf> 10. Diese Forderung wird z.B. in einem Richtungsfaktor von der Frequenz unabhängig stetig Raum von V = 100m^J, d.h. einem Wohraum mittleren 35 gestaltet werden. Es muß ledigkich dafür gesorgt wer-Rauminhaltes oder für den üblichen Rauminhalt eines den, daß sich der Pegel des den Schallstrahler speisentechnischen Raumes in einem Studio bereits für Signale den Signals in Abhängigkeit von der Frequenz in einem einer Frequenz von höher als 100 Hz erfüllt. Bei wach- der Änderung der axialen Charakteristik entgegengesendem Rauminhalt nimmt diese Grenzfrequenz ab. setzten Sinne ändert, damit die Ungleichmäßigkeiten Andererseits ist erfahrungsgemäß die sich zwischen 40 der axialen Charakteristik ausgeglichen werden. Dieses den kritischen Bändern des Hörens zeigende Ungleich- ... mäßigkeit der Durchlaßkurve, d. h. die mit Hilfe einer
Farbgeräuschspannung von einer etwa eine Dritteloktave betragenden Bandbreite gemessene Ungleichmäßigkeit gut wahrnehmbar. Wenn deshalb die Ungleich- 45 eine der bekannten Lösung mit der Befriedigung der mäßigkeiten der bezeichnendsten, objektiv auch meß- Forderung eines stetigen Richtungsfaktors des Strahbaren akustischen Werte eines Schallstrahlungssystems, d. h. der Richtungskennlinie und der Schalldruck-Frequenz-Kennlinie, entsprechend den statistischen „w.. ,. __.

Eigenschaften des Programmsignals und der subjekti- 50 tiv einwandfreies Schaltbild bieten wird, wenn gleich-

ven Wahrnehmbarkeit der Ungleichmäßigkeiten mit zeitig die Ähnlichkeit der Richtungskennlinien des

einem Farbgeräusch einer Bandbreite einer Drittelok- ' '" ^J~ tave erklärt werden, ergibt sich die Aufgabe, einen

Schallstrahler zu schaffen, dessen akustische Eigen-

schäften, gemessen mit einem Signal einer Bandbreite 55 Richtungskennlinie und der Frequenzgang als gegeneiner Dritteloktave, keine wahrnehmbare Ungleichmä- seitig eng zusammenhängende Eigenschaften für ßigkeit mehr zeigen. Bei keiner der bekannten Lösun- Schallstrahler guter Qualität von Bedeutung sind, doch gen wurde diese Aufgabe erkannt. werden auch hier keine Bedingungen an die Stetigkeit Wie bekannt, besteht infolge der Wechselwirkung der Richtungskennlinien gestellt. Weiter wird ein auf zwischen Raum und Schallstrahlen ein wesentlicher 60 die Stelle des Abhörens bezogener elektrischer Aus-Unterschied zwischen der in einem freien Schallraum gleich der Durchlaßkurve des Schallstrahlers als ungünmeßbaren Durchlaßkurve der Schallstrahler und der in stig beurteilt. Diese Feststellung ist zutreffend, wenn einem Saal meßbaren Durchlaßkurve. Eine Verminde- nicht im voraus dafür Sorge getragen wird, daß etwa rung dieser Wechselwirkung wurde in der Studiotech- über 1 kHz die Richtungskennlinien des Schallstrahlers nik durch Normierung der Werte der technischen ft5 unabhängig von der Frequenz ähnlich verlaufen. AnRäumlichkeit bereits vor langer Zeit versucht. Nach dererseits wird für einen der modernsten Schallstrahler den neueren Forschungen aber wird dies das Problem nur die Bedingung gestellt, daß in-, vollen tonfrequenten nicht lösen, da bei Betätigung von Schallstrahlern übli- Band die Schalleistung eine hohe sein, sowie daß in der

Problem kann mit Hilfe der bekannten elektrischen Netze gelöst werden.

Die aus dem Schrifttum bekannten Lösungen befriedigen diese Forderungen nicht. So ist beispielsweise

lers zufrieden, ohne zu erkennen, daß diese letztgenannte Forderung aus objektiven Gründen nur dann an den verschiedenen Stellen der Räumlichkeit ein subjek-

Schallstrahlers innerhalb eines breiten Schallbandes sichergestellt wird.

Bei einer anderen Lösung wird zwar erkannt, daß die

waagerechten Ebene bei den mittleren und hohen Tönen ein homogenes von Ungleichmäßigkeiten infolge Interferenz freies Schallfeld entstehe.

Weiter ist es offensichtlich, daß Ungleichmäßigkeiten der Kennlinie genügend geringer Bandbreite, entstehend aus Interferenzen, vom subjektiven Standpunkt aus belanglos sind, so daß ihre Beseitigung nicht als eine Bedingung gesetzt werden muß. Da andererseits bei dieser Lösung nicht gefordert wird, daß der Schallstrahler in anderen, von der waagerechten abweichenden Ebene ein Schallfeld bestimmten Charakters erzeuge, ergibt sich eine stetige, frequenzunabhängige Richtungskennlinie und damit keine stetige, ausgestrahlte Leistung, um an der Stelle des Abhörens unabhängig von der Räumlichkeit irgendeine vorgeschriebene Durchlaßkurve sicherzustellen. Gleichzeitig wurden, um bei der oben erwähnten Lösung in der waagerechten Ebene eine von örtlichen Ungleichmäßigkeiten freie Richtungskennlinie zu erhalten, was, wenn in bezug auf andere Ebenen keine Bedingungen vorgegeben werden, eine an sich unbegründete Forderung ist, die hochtönigen Lautsprecher über dem tieftönigen Lautsprecher angeordnet. Bei dieser Lösung fällt die Längsachse der hochtönigen Schallstrahlungseinheit mit derjenigen des tieftönigen Schallstrahlers zusammen, und gleichzeitig wurden die hochtönigen Schallstrahler gegenseitig um ihre Längsachse verdreht. Wie von Meßergebnissen bekräftigt, kann die gewählte Lösung über 1 kHz in der waagerechten Ebene nicht einmal eine annähernde Ähnlichkeit der Richtungskennlinien gewährleisten.

Erfahrungsgemäß muß in derart angeordneten Mehrkanal-Schallstrahlern, angesichts des ziemlich großen Abstandes der tief- und hochtönigen Lautsprecher, die Abgleichsfrequenz genügend tief gewählt werden, damit in der Durchlaßkurve, im wesentlichen von der Richtung unabhängig, keine breitbandige und somit hörbare Ungleichmäßigkeit entsteht. Aufgrund derselben Überlegung wurde für die Abgleichfrequenz des obigen Schallstrahlers ein Wert von 300 Hz bestimmt Dementsprechend wird bei einer Frequenz von höher als etwa 600 Hz lediglich eine aus in der senkrechten Ebene übereinander angeordneten Lautsprechern aufgebaute Hochton-Strahlungseinheit strahlen. Aus diesem Grunde kann der wesentliche Nachteil dieser Anordnung, daß nämlich der volle Schallstrahler von etwa 1 kHz an keine von der Frequnez unabhängig, nahezu stetige Richtungskennlmie abgibt, überhaupt nicht beseitigt werden.

Es wurde weiter erkannt, daß. um auf einem breiteren Band eine ständige Richtungskennlime zu erzielen, die Abgieichfrequenz derart gewählt werden muß, daß bei der Frequenz, bei der sich die Schallstrahlung des den Tiefton, bzw. Hochton strahlenden Kanals überlappt die Schallstrahlungseinheit in der waagerechten Ebene bereits gerichtete Strahlungseitenschaften aufweisen sollen. Die gerichtete Strahlung wird von der an der Oberfläche des Gehäuses entstehenden Schallablenkung stark beeinflußt besitzt jedoch ein in einem geschlossenen Gehäuse eingebauter Schallstrahler bei niedrigen Frequenzen notwendigerweise eine sphärische Richtnngskennlinie and tritt eine gerichtete Strahlung in Abhängigkeit von den Abmessungen des Lautsprechers und des Gehäuses erst über etwa 1 kHz ein. Deshalb muß erftndungsgemäß die Abgleichfrequenz bei Beach;ung der üblichen Gehäuseabmessungen entgegen den Empfehlungen des Schrifttums um etwa zwei Oktaven höher gewählt werden, damit die für die Richtungskennlinie aufgestellten Bedingungen auch ir der Umgebung der Abgleichfrequenz befriedigt wer den. Die Erfahrungen laufen der Behauptung de; Schrifttums, daß die Abgleichfrequenzen derart be stimmt werden müsse, daß der den Tiefton strahlende Lautsprecher bei dieser Frequenz noch keine Steue rungseigenschaften aufweise, zuwider.

Weiter wurde erkannt, daß, da sich infolge der statistischen Eigenschaften des Programmsignals zwischer ίο etwa 630 und 1250 Hz irgendwo ein Frequenzband vor einer Breite einer Dritteloktave befindet, unterhalt bzw. überhalb welcher das Programmsignal eine irr großen ganzen gleiche Signalleistung aufweist, eine optimale Ausnützung der Belastbarkeit des tiefen und hohen Tonkanals in Mehrkanalsystemen zweckmäßig die Auswahl der Abgleichfrequenz gegenüber den üblicher 300 Hz um mindestens eine Oktave höher erfordert.

Bei der Lösung der Aufgabe der Erfindung, derer Merkmale sich aus dem Anspruch 1 ergeben, wurde von dem Grundgedanken ausgegangen, daß ein aus Hoch- und Tieftonstrahlungselementen aufgebautes Schallstrahlersystem geschaffen werden soll, welches im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen etwa über 0,8 kHz frequenzunabhängig sich ähnelnde Richtungskennlinien gewährleistet, wobei die Belastbarkeil der Tief- und Hochtonstrahlungselemente besser ausgenützt wird, gleichzeitig aber der Schallstrahler unter Abänderung der Durchlaßkurve des das Schallstrahlungssystem speisenden Verstärkers, als ein Schallstrahler mit als Funktion der Frequenz veränderbaren Richtungsfaktoren aufgebaut werden kann, um an der Stelle des Abhörens in der Räumlichkeit besser an die nach der Aufgabe geforderte zweckmäßigste Durchlaßkurve heranzukommen. Das den Gegenstand des Erfindung bildende Schallstrahlersystem stellt eine Lösung des Problems mit Hilfe von mehreren, auch von einander unabhängig anwendbaren, doch gemeinsam das beste Ergebnis gewährleistenden Maßnahmen dar.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Schallstrahlers sind im folgenden an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schallstrahlersystems mäßiger Lautstärke,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechendes Schallstrahlersystem, jedoch größerer Leistung.

F i g. 3 Richtungskennlinien in der Umgebung einer Abgleichfrequenz von fc = 1,25 kHz, und zwar für eine Ausführung laut F i g. 1,

F i g. 4 und 5 zum Vergleich Richtungskennlinien mit Diffraktionsmitteln und ohne solche,

F i g. 6 und 7 beispielsweise die Anordnung der verwendbaren Diffraktionsmittel in Draufsicht und per spektivischer Darstellung,

F i g. 8 eine besonders vorteilhafte Ausführung von Diffraktionsmitteln.

F i g. 9 und 10 Beispiele der Änderungen der Durchlaßkurven im Bereich der hohen Töne auf Einwirkung von Diffraktionshemmen,

F i g. 11,12 und 13 die Änderungen der bei verschiedenen Aufstellungen des Schallstrahlers in einem geschlossenen Raum erhaltenen Schalldruck-Frequenz-Kennlinienabschnitte als Ergebnis der Wechselwirkung von Schallstrahier und Raum,

F i g. 14 eine Teilansicht der elektroakustischen Kette des Schallstrahlersystems.

Fi g. 15 und 16 die Frequenzkennlimien der verwendeten Filter,

Fig. 17 die in einem geschlossenen Raum gemessenen Schalldruck-Frequenz-Kennlinicn des erfindungsgemäßen Schall&irahlersyslems, und

F i g. 18, 19 und 20 die praktisch frequenzunabhängigen Richtungskennlinien des erfindungsgemäßen Schallstrahlersystems.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Anordnung nach F i g. 1 enthält das Schallstrahlungssystem 1 eine Elektronik 2, einen in einem tieftonstrahlenden Gehäuse 3 untergebrachten tieftonstrahlenden Lautsprecher 4, und weiter vier in einem hochtonstrahlenden Gehäuse 5 untergebrachte hochtonstrahlende Lautsprecher 6. Die Lautsprecher 6 sind in einer waagerechten Ebene angeordnet. Für die Messungen wurde ein Bezugs-Koordinatensystem 7 verwendet, dessen Achsen x. y, ζ rechtsgeclreht sind.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist es wesentlich, daß der Abstand des kritischen Abschnittes 8, d. h. des Mittelpunktes des tieftonstrahlenden Lautsprechers 4, von dem Mittelpunkt des äußersten Lautsprechers 6 des Hochtonstrahlungssystenis das 1,5-fache des Durchmessers des verwendeten Lautsprechers 4 nicht überschreitet.

F i g. 2 veranschaulicht eine Ausführung des erfinfungsgemäßen Schallstrahlungssystemis höherer Leistung, in welchem in je einem tief- und hochtonstrahlenden Gehäuse 3, bzw. 5 ein tieftonstrahlender Lautsprecher 4 eingebaut und in zwei Fteihen geordnet hochtonstrahlende Lautsprecher 6 untergebracht sind. F i g. 3 stellt die für ein Ausfiihrungsbeispiel der Anordnung laut F i g. 1 erhaltenen Meßergebnisse dar. In dem Schallstrahlungssystem wurde die Abgleichfrequenz auf fc = 1,25 kHz eingestellt und in der Figur die sich in der Umgebung dieser Frequenz ergebende halbebnige Richtungskennlinien dargestellt. Die Abgleichfilter weisen bei von der Abgleichtrequenz genügend abweichenden Frequenzen eine abfallende Kennlinie einer Steilheit von 12 dB/Oktave auf. Die Richtungskennlinien wurden in einem Abstand von 2 m von dem Schallstrahler, in der Ebene xy in einem freien Schallfeld an der Abgleichfrequenz und in ihrer Umgebung aufgenommen.

In dem Schallstrahlungssystem laut F i g. 1 wurde die Wirkung der verschiedenen, eine Diffraktion verursachenden Hemmen untersucht. Die Ergebnisse sind in F i g. 4 und 5 dargestellt: die mit durchgehenden Linien gezeichneten Kurven stellen die zu den verschiedenen Frequenzen gehörenden halbebnigcn Richtungskennlinien ohne Verwendung von Diffraktionshemmen dar. während die mit gestrichelten Linien dargestellten Kurben die bei Verwendung von bekannten Diffraktionsstangen erhaltenen Ergebnisse veranschaulichen. Zwecks Vergleichs stellen die mit strichpunktierten Linien gezeichneten Kurven die bei Verwendung von erfindungsgemäßen Hemmern erhaltenen Kennlinien dar. Die Anordnung der Hemmen wird in Fig.6 veranschaulicht Aus F i g. 4 und 5 ist es klar ersichtlich, daß 2. B. bei 5 kHz und 6,3 kHz die Diffraktionsstange 9 keine wesentliche Auswirkungen hat. Es sei bemerkt daß die Lautsprecher 6 auf einer mit gebrochener linie dargestellten Schallwand untergebracht sind.

Ein wesentlich besseres Ergebnis kann erzielt werden, wenn vor den beiden äußersten 1-autsprechern 6 des Schallstrahlungssyvteim eine einzige gelöcherte, la mellcnartige Hemme aufgestellt wird I mc solche An Ordnung ist in F i g. 7 veranschaulicht. Ein befriedigendes Ergebnis kann erzielt werden, wenn die freie, gelöcherte Oberfläche der lamellenartigen Hemme Il kleiner ist als die Hälfte der vollen Oberfläche.
Ein besonders günstiges Ergebnis kann bei Verwendung einer Lamelle laut F i g. 8 erzielt werden. Hier sind Reihen aus Löchern größeren Durchmessers 13 angeordnet. Die in den Richtungskennlinien eintretende Besserung ist in F i g. 4 und 5 durch die strichpunktiert gezeichneten Richtungskennlinien veranschaulicht. Das heißt die Lösung laut obiger Ausführungen ermöglicht mit einer entsprechend ausgebildeten, gelöcherten Lamelle als eine Diffraktion verusachende Hemme die Gewährleistung einer im Vergleich zu früheren Lösungen sichereren frequenzunabhängigen Richtungskennlinie in den höheren Frequenzbereichen.

Es zeigt sich jedoch die Wirkung der eine Diffraktion

verursachenden, lamellenartigen Hemme 11 nicht nur in der Richtungskennlinie, sondern auch in der Schalldruck-Frequenz-Kennlinie, aufgenommen in der Achse des Schallstrahlers, und zwar derart, daß sich dort, wo sich unter Einwirkung der Diffraktion die Richtungskennlinie wesentlich günstiger gestaltet, die axiale Schalldruck-Frequenz-Kennlinie im allgmeinen zu einer abfallenden wird, das Hochtonstrahlungselement aus den üblichen individuellen Lautsprechern fast geradliniger Durchlaßkurven aufgebaut wird. Die abfallende, in F i g. 9 dargestellte Kennlinie des Schallstrahlungssystems, wo erfahrungsgemäß der Abfall bei etwa 3 kHz beginnt, ist an sich nicht unvorteilhaft, sondern es wird die Abwesenheit von aus anderen Lösungen bekannten scharf gerichteten hohen Tönen im Saal eine subjektiv angenehme Empfindung sichern. Auch entspricht die Durchlaßkurve den einschlägigen tonfilmtechnischen Empfehlungen. Um jedoch eine in Rundfunk- und Fernsehstudien übliche Durchlaßkurve zu gewährleisten, wobei aber die Richtungskennlinien des Schallstrahlungssystems auch bei Frequenzen über 0,8 kHz ähnlich verlaufen, soll zweckmäßig dafür Sorge getragen werden, daß die an der Stelle des Hörers aufgenommene Durchlaßkurve des Schallstrahlungssystems im gegebenen Falle in einem breiten Tonband annähernd eine geradlinige ist Erfahrungsgemäß soll zu diesem Zweck das Hochtonstrahlungselement aus individuellen Lautsprechern aufgebaut werden, deren Achsendurchlaßkurve bei den hohen Tönen eine ausgesprochen ansteigende ist. Lautsprecher einer solchen Kennlinie werden an sich eine ausgesprochen unangenehme Tonwirkung auüben, doch können sie in einem Schallstrahlungssystem obiger Anordnung vorteilhaft verwendet werden.

Eine Achsendurchlaßkurve eines aus Lautsprechern mit steigender Durchlaßkurve laut F i g. 1, 7 und 8 aufgebauten Schailstrahlungssystems wird in F i g. 10 mit einer vollen Kurve dargestellt Die in F i g. 9 dargestellte, fast geradlinig gestrichelte Durchlaßkurve ist diejenige eines Hochtonstrahlungselementes. Es ist klar ersichtlich, daß die Änderung eine beträchtliche ist Erfahrungsgemäß ist die auf die Einwirkung einer Dif-

fraktionslamefle zurückzuführende Änderung bei dem gegebenen Lautsprechertyp von der Streuung der verwendeten Lautsprecherexemplare ziemlich unabhängig, vorausgesetzt daß die Lautsprecher solche innerhalb der üblichen Fertigungstoleran*en sind.

** Eine weitere Verbesserungen ergebende Lösung wurde mit einem laut bekannten Lösungen ausgeführ ten und in die Verstärker, d. h. Stromkreise des Schaflstrahlungssvstcms. 7wcckmäßig vor den Lcistungsvcr-

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stärkern eingefügten elektrischen Berichtigungsnetz mit Durchlaßkurven, deren Steilheit über 1 kHz in einem Band von mindestens einer Oktave kleiner als + 6 dB ist, erzielt. Auf diese Weise wurde bei Frequenzen über 0,8 kHz ein frequenzunabhängiger Schallstrahler einer praktisch beständigen Richtungskennlinie ausgebildet, welcher im Raum an der Abhörstelle, abhängig von den Vorschriften, einen zwischen weiten Grenzen veränderbaren Richtungsfaktor und auch eine solche Durchlaßkurve aufweist

Ein laut obiger Ausführung aufgebautes Schallstrahlungssystem gibt ein günsiges Ergebnis, wird es im Raum von den Widerhallflächen, z. B. den Wänden in einem entsprechenden Abstand aufgestellt Wird andererseits das Schallstrahlungssystem in der Nähe einer Widerhallfläche untergebracht so wird als Ergebnis der Wirkung der Widerhallfläche der Schalldruck bei den tiefen Tönen beträchtlich anwachsen. Doch trotz allemdem trachten die Konstrukteure noch heute danach, die in einem freien Schallfeld aufgenommene Durchlaßkurve des Schallstrahlers in der Richtung von niederen Frequenzen in einem breiteren Band auszubreiten und auszugleichen. Erfahrungsgemäß kann ein gutes Ergebnis erzielt werden, wenn die in einem freien Schallfeld aufgenommene Durchlaßkurve eines in der Umgebung einer Widerhallfläche betätigten Schallstrahlers bei niedrigen Frequenzen etwa unter 100 Hz einen Abfall von etwa 12 dB/Oktave aufweist In diesem Falle wird nämlich erfahrungsgemäß die Entwicklung der im Raum gemessenen Schalldruck-Frequenz-Charakteristik weniger von der an den in der Nähe befindlichen Wänden entstehende Reflexion beeinflußt Es wurde jedoch festgestellt daß die Wirkung der den Schallstrahler begrenzenden Flächen nicht in vollem Umfang beseitigt werden kann. Dies geht aus F i g. 11 hervor, welehe den tieffrequenten Abschnittt der bei 100 Hz in einem freien Raum aufgenommene um 12 dB/Oktave abfallenden Schalldruck-Frequenz-Charakteristik des vorher erwähnten Schallstrahlungssystems wiedergibt und zwar gemessen in einem Raum von 120 m^J, bei einem Nachklang von etwa 04 msec, in einem Abstand von 3 m vom .Schallstrahler derart daß bei ungeänder· ter Meßmikrophonstellung der Schallstrahler laut F i g. 1 erst am Boden (durchgehende Linie), und dann m hoch (gestrichelte Linie) eng an der Wand aufgestellt wurde. Ähnliche Ungleichmäßigkeiten zeigt auch Fi g. IZ wo die Meßergebnisse mit der rückwärtigen Kante des Schallstrahlers in einem Abstand von 0.75 m von der Wand erzielt wurden.

Zwar ist die rieh aus einer bei 100 Hz in einem freien Raum abfallenden Charakteristik ergebende Ungleichmäßigkeit nicht bedeutend kann doch eine weitere Verbesserung mit Hilfe eines vor dem das Schallstrahlungssystem speisenden Leistungsverstärker eingeschalteten elektrischen Berichtigungsnetz erreicht wer- 55 den. Die Steilheit der Charakteristik des Netzes soll bei einer Frequenz unter 300 Hz in einem Band von einer Oktave mindestens größer als -6 dB/Oktave und zweckmäßig fortlaufend regelbar seta

Aus den obigen Ausführungen ist es einleuchtend ^fo daß durch eine Berichtigung der Durchlaßkurve des Schaflstrahhingssystems bei den tiefen Tönen zweckmäßig in Abhängigkeit von der Aufstellungsstelle des Schallstrahlers eine noch wehere Verbesserung erreicht werden kann. Diese Tatsache wurde bisher tmbe- ⁶S achtet gelassea

Erfahrungsgemäß stelltes es sich hn weiteren Verlauf noch heraus, daß mit einer weiteren Wirkung des Rau

mes gerechnet werden muß, nämlich mit einer Wir kung, welche bei den in der Fernsehtechnik verwende ten Schallstrahlungssystemen sehr bedeutend ist E wurde festgestellt, daß ein Schallstrahler stetiger Rieh tungskennlinie, welcher in einem freien Raum im Fre quenzband zwischen 200 und 2000 Hz eine gleichmäßi ge Uurchlaßkurve aufweist, in einem Saal trotz alledeir in diesem Frequenzband eine sich nach der Frequenz örtlich ändernde Durchlaßkurve, d. h. eine Frequenzan hebung, zeigt Die Größe dieser Frequenzanhebung so w.ed.eder Ungleichmäßigkeit zugeordnete Bandbreite sind erfahrungsgemäß Funktionen des Ortes. Dies geht

Q^Uk π ' ^gJ,^{3 hervor}' ^welche beispielsweise für ein Schallstrahlungssystem laut F i g. 1 eine mit einem Memikrophon in einem Abstand von 2 m derart aufgenommene Charakteristik darstellt, daß der Schalls.rahler einmal am Boden (durchgehende Linie) und dann in einer Hohe von 2 m vom Boden (gestrichelte Linie) aufgestellt wurde. Die Ungleichmäßigkeit der zuerst erwähnten Durchlaßkurve wurde mit Hilfe eines zwischen den heißen und kalten Pol des bekannten Kennlinienbencht.gungs-Stromkreis eingefügten, aus einem in Reihe geschalteten Widerstand aus einem Kondensator und einer Induktivität bestehenden elektrischen Ne zes ausgesehen. Die Resonanzfrequenz und der Gutefaktor des Netzes wurden zweckmäßig veränderbar ausgestaltet In der Mehrzahl der praktischen Fälle krek V^ ^{daß norma|}erweise ein solcher Stromkreis nicht benötigt wird, es sei denn, daß an das SchallsÜbungssystem außerordentlich hohe Ansprüche gc-

neb T,t^rden _R ^{emem Solchen Falle}· z- ^B- im Studiobetneb ist die Beständigkeit der Aufstellung des Schall-

strahlun«<_vstems ^hergestellt So wurde, um dem 1 unbefugten Personen in die zweckmäßig NW₇ i 1 ^{Uurchlaßkurv}e zuvorzukommen, das obige derart ,T" ^der Verstärkeranlage zweckmäßig de■ ief ^me;^Seb™^ ^daß die Einheit frst nach Lösen der^Befestipingsbolzen des Verstärkers zugänglich

Durchlaßkurve örtlich berichtigendes " Studiobetrieb verwendeten Schallauch bereits früher eingebaut. Es • . , Kannt daß ein solches Netz zweck-Jn veranderoares sein muß. und daß die optimaellung von der Anlage des Schallstrahlungssyunabhaneg sein solL Außerdem soll laut Schrift-Kesonanzfrequenz eines solchen Netzes nur für ι. im Bereich der Ab-Hochtonstrahlers, be-

^{FaIle em}<* SchaOstrahgschanücterikstik dieses zweckmäßig für Frequenzen unter " ^{aUSgelegt werd}^<fen* im ge-Ergebnis erzielt wird

^auch "* ^{einem im Κε}^ paraHelen Schwmg-

enthaltend einen Wider-^{Und €hle} »«Wrtiviat, ausge-

^des SchaHstrahlungssystems ^OTte^brachte, emTDiffrak-

^{Iant Fi}8·³ »« zweckmäßig &*teto inen Teil der die ***!**** bedeckenden ^aaßere Oberfläche, mit einem

^{eWeb Β} ^

Durch die gemeinsame Verwendung all dieser Elemente kann ein optimales Ergebnis erzielt werden. Ein Blockschema der im derart ausgebildeten Schallstrahlungssystem verwendeten Schaltung ist in Fig. 14 dargestellt. In der Schaltung ist an die Eingangseinheit 14 über einen Pegelregler 15 ein Berichtigungsnetz 16 angeschlossen. Nach dem Berichtigungsnetz verzweigt sich die Schaltung in einen tieftonslrahlenden Kanal 18 und in einen hochtonstrahlenden Kanal 19, und zwar im Abzweigungspunkt 17 und mit Hilfe der entsprechenden Abigleichfilter 20. An die Abgleichfilter sind in beiden Zweigen über Pegelregler 21 und tonfrequente Leistungsverstärker 22 die tieftonstrahlenden Lautsprecher 4 und die hochtonstrahlenden Lautsprecher 6 angeschlossen.

Die Charakteristik eines hier verwendeten Berichtigungsnetzes 16 ist in F i g. 15 dargestellt; die gestrichelte Fläche bedeutet den verwirklichten Regelungsbereich.

F i g. 16 stellt die Duchlaßkurven der in den Schallweichen verwendeten Hoch- und Tiefpaßfilter dar. Die Kurve »A« in F i g. 17 ist die bei gleichzeitiger Anwendung sämtlicher Maßnahmen in einem Raum von V = 120 m³, bei einem Nachhall von T = 0,5 s, in einem Abstand von 2 m vom Schallstrahler aufgenommene gleichmäßig Schalldruck-Frequenz-Charakteristik, welche die für die Betriebsüberwachung von Rundfunk- und Fernsehsenderäumen bestimmten üblichen Erfordernisse befriedigt Kurve »B«, welche von der vorigen darin abweicht, daß bei einer entsprechenden Einstellung des hochklangfarbenregelnden Potentiometers der Vorverstärker eine geradlinige Durchlaßkurve aufweist, befriedigt die Bedingung eines angenehmen Hörens, während Kurve »C« der in der Tonfilmtechnik empfohlene Durchlaßkurve entspricht. Sämtliche Durchlaßkurven sind derart verwirklicht, daß das zur Regelung der hohen Klangfarbe dienende Potentiometer von seiner Anhebungsstellung fortlaufend in die Richtung der geregelten Stellung gedreht wird, bis die vorgeschriebene Charakteristik empfangen wird. Die im Niederfrequenzband erscheinende gleichmäßige Durchlaßkurve wurde in der Mittelstellung des tiefklangfarbenregelnden Potentiometers erhalten. Dabei wurde zum Ausgleich der Charakteristik des am Boden, von der Wand in einem Abstand von 1,5 m stehenden Schallstrahlungssystems die in F i g. 13 veranschaulichte Berichtigung verwendet.

Das Schallstrahlungssystem weist bei einer unter der verschiedenen betriebsmäßigen Verhältnissen aufgc nommenen Charakteristik sowohl in der waagerechten wie auch senkrechten Ebene, in einem Kegelwinkel vor etwa ±60°, unabhängig von der Frequenz eine praktisch stetige oder konstante Richtungskennlinie auf Diese Behauptung wird von Fig. 18 /Ebene xyl unc Fig. 19 und 20 /Ebene xzl bekräftigt. Die Richtungs kennlinien wurden in einem freien Schallfeld in einen Abstand von 2 m vom Schallstrahler und für Haibebe nen aufgenommen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schallstrahler, bestehend aus zwei in voneinander' abgegrenzten Raumteilen untergebrachten Tief- und Hochtonstrahlungseinheken, dessep HochtonstraWungseinheit aus mindestens drei einfachen oder zusammengesetzten Lautsprechern aufgebaut ist, wobei die Ebenen, in denen die Strahlungsoberfiächen der Lautsprecher liegen, paarweise einen von 180° abweichenden Winkel einschließen und die Schnittlinien dieser Ebenen zueinander parallel sind, so daß sich eine auf diesen Schnittlinien senkrecht stehende Ebene mit den genannten Ebenen entlang einer gebrochenden Linie schneidet und sich die Strahlungsachsec einer Vielzanl solcher benachbarter Lautsprecher oder Schallstrahlungselementen in der erwähnten senkrecht stehenden Ebene einander abwechselnd in ein Netz von fnterferenzstellen bildenden Schnittpunkten vor und hinter der gebrochenen Linie schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtonstrahlungseinheit mindestens vier Lautsprecher enthält, denen ein einziger tieftonstrahlender Lautsprecher zugeordnet ist, dessen Mittelpunkt vom Mittelpunkt des von ihm entferntesten hochtonstrahlenden Lautsprechers in einem Abstand von höchstens 1,5-mal dem Durchmesser des tieftonstrahlenden Lautsprechers hat, und daß die geringste Ausbreitungsabmessung des Gehäuses größer als die zur Übergabefrequenz gehörige, in Luft gemessene Wellenlänge ist. wobei die Schalldruck· Frequenz-Charakteristik von mindestens zwei hochtonstrahlenden Lautsprechern im Frequenzbereich zwischen 2 und 15 kHz gleichbleibend oder ansteigend ist.

2. Schallstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor einem Teil der Strahlungsfläche des Schallstrahlers als Hemme einer Platte mit durchgehenden Löchern vorgesehen ist.

3. Schallstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Strahlungsfläche des Hochtonstrahlers von der die Löcher enthaltenden, auf der äußeren Oberfläche mit einem schalldurchlässigen Gewebe überzogenen Platte bedeckt ist.