DE69613524T2

DE69613524T2 - Non-directional speaker system with selective sound source

Info

Publication number: DE69613524T2
Application number: DE1996613524
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujita; Kenji Murata
Original assignee: SPEAKER ARRAY LOGIC Inc
Current assignee: SPEAKER ARRAY LOGIC Inc
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: ATE202670T1; DE69613524D1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein nicht-gerichtetes Lautsprechersystem mit einer punktuellen Schaltquelle, die zur Abstrahlung einer Kugelschallwelle geeignet ist, deren Brennpunkt für den gesamten, das Lautsprechersystem umgebenden Raum erkennbar ist. Sie betrifft ein Lautsprechersystem, welches für die stereophone Wiedergabe der Präsenz jedes Schallsenders, zum Beispiel der Stimme einer Person oder eines Musikinstruments, welches in eine Schallquelle eingebunden ist, geeignet ist.The subject of the invention is a non-directional loudspeaker system with a point switching source that is suitable for emitting a spherical sound wave whose focal point is recognizable for the entire space surrounding the loudspeaker system. It relates to a loudspeaker system that is suitable for stereophonic reproduction of the presence of any sound emitter, for example the voice of a person or a musical instrument that is integrated into a sound source.

Wenn eine Stimmgabel angeschlagen und dadurch in Vibration versetzt wird, breiten sich die von der Stimmgabel ausgehenden Luftschwingungen kugelförmig in dem die Stimmgabel umgebenden Raum aus. Anders ausgedrückt: Da der von der Stimmgabel ausgehende Schall in jeder Position im Raum, die sich, ungeachtet der Richtung, im gleichen Abstand von der Stimmgabel befindet, mit im wesentlichen gleichem Schalldruck zu hören ist, wird die Ausbreitung der von der angeschlagenen Stimmgabel ausgehenden Schallwelle als Kugelwelle wahrgenommen. Wird der von der Stimmgabel ausgehende Schall gesammelt und von einem Mikrofon aufgenommen sowie durch ein herkömmliches Lautsprechersystem, welches ein Hexahedron (rechteckiges parallelflaches Gehäuse) und eine an einer der Oberflächen des sechsflächigen Gehäuses angeordnete Lautsprechereinheit umfaßt, wiedergegeben, ist der Schalldruckpegel nur in der Frontseite des Lautsprechers hoch, außerhalb der Frontseite jedoch niedrig. Dementsprechend kann die von der Stimmgabel ausgehende Kugelwelle nicht wiedergegeben werden.When a tuning fork is struck and vibrated, the air vibrations emitted by the tuning fork spread out spherically in the space surrounding the tuning fork. In other words, since the sound emitted by the tuning fork can be heard with essentially the same sound pressure in any position in the room that is the same distance from the tuning fork, regardless of direction, the propagation of the sound wave emitted by the struck tuning fork is perceived as a spherical wave. If the sound emitted by the tuning fork is collected and picked up by a microphone and reproduced by a conventional loudspeaker system comprising a hexahedron (rectangular parallel-flat housing) and a loudspeaker unit arranged on one of the surfaces of the hexahedron housing, the sound pressure level is high only in the front of the loudspeaker, but low outside the front. Accordingly, the spherical wave emitted by the tuning fork cannot be reproduced.

In der Vergangenheit wurden Lautsprechersysteme für die Wiedergabe eines Musikstücks, die Verstärkung von Sprache, die Wiedergabe natürlicher Geräusche und Geräuscheffekte in einem Film und dergleichen eingesetzt. Viele der Schallsender, die in der durch eine Lautsprechereinheit wiedergegebenen Schallquelle enthalten sind, zum Beispiel Schlaginstrumente und Holzblasinstrumente, sind jedoch nicht-gerichtet und senden eine Kugelwelle aus. Obschon außerdem Saiteninstrumente auf einer Seite einen schallsendenden Teil aufweisen, werden sie wegen der Schallkörper-induzierten Resonanz, die als die Tonqualität beeinflussender Faktor wirkt, als im wesentlichen nicht-gerichtete Schallsender betrachtet.In the past, loudspeaker systems have been used for the reproduction of a piece of music, the amplification of speech, the reproduction of natural sounds and sound effects in a film, and the like. Many of the sound transmitters that are present in the sound source reproduced by a loudspeaker unit However, instruments included in the sound wave spectrum, such as percussion instruments and woodwind instruments, are non-directional and emit a spherical wave. In addition, although string instruments have a sound-emitting part on one side, they are considered to be essentially non-directional sound emitters because of the sound body-induced resonance, which acts as a factor affecting the sound quality.

Andererseits nimmt der menschliche Gehörsinn die Richtung einer Schallquelle durch direkte Töne wahr, die auf dem kürzesten Weg von einem Musikinstrument kommen, und vergleicht parallel dazu Informationen über indirekten Schall von in der Umgebung befindlichen Reflexionsobjekten wie einem Boden, einer Wand und einer Decke mit Erfahrungswerten und erkennt dadurch die Entfernung zum Musikinstrument, d.h. zur Schallquelle, die Realität des Musikinstruments und seine Lebensechtheit.On the other hand, the human sense of hearing perceives the direction of a sound source through direct sounds coming from a musical instrument via the shortest path and, in parallel, compares information about indirect sound from reflection objects in the environment such as a floor, a wall and a ceiling with empirical values and thus recognizes the distance to the musical instrument, i.e. the sound source, the reality of the musical instrument and its lifelikeness.

Einige Blechblasinstrumente wie eine Trompete erzeugen Töne, die auf der Vorder- und auf der Rückseite des Instruments sehr unterschiedlich sind, d.h. sie sind stark gerichtet. Bei solchen stark gerichteten Instrumenten entsprechen die auf der Vorderseite erzeugten Töne im allgemeinen den den Instrumenten eigenen Tönen. Dies gleicht dem Schallerzeugungsmodus eines nicht-gerichteten Lautsprechersystems. Dementsprechend wird davon ausgegangen, daß ein nicht-gerichtetes Lautsprechersystem mit punktueller Schallquelle für die Wiedergabe der Töne von Blechblasinstrumenten nicht geeignet ist. In Bezug auf die in Abwesenheit eines Spielers durch ein Lautsprechersystem wiedergegebenen Töne benötigt jemand, der die wiedergegebenen Töne hört, jedoch Informationen über die Entfernungswahrnehmung durch indirekten Schall, so daß das Vorhandensein eines Musikinstruments wie einer Trompete oder die Anwesenheit der damit erzeugten Töne erkannt werden kann.Some brass instruments, such as a trumpet, produce sounds that are very different at the front and back of the instrument, i.e. they are highly directional. In such highly directional instruments, the sounds produced at the front generally correspond to the sounds inherent in the instruments. This is similar to the sound generation mode of a non-directional loudspeaker system. Accordingly, it is considered that a non-directional loudspeaker system with a point source of sound is not suitable for reproducing the sounds of brass instruments. However, with regard to the sounds reproduced by a loudspeaker system in the absence of a player, someone who hears the reproduced sounds needs information about the perception of distance through indirect sound so that the presence of a musical instrument such as a trumpet or the presence of the sounds produced by it can be recognized.

Um von den obigen Schallquellen, d.h. Schallquellen, die Töne in unterschiedlicher Weise abgeben, ausgehende High-Fidelity- Töne wiederzugeben, ist die Anwendung eines nicht-gerichteten Kugelwellen-Lautsprechersystems mit punktueller Schallquelle vorzuziehen, welches geeignet ist, bei der Wiedergabe von Tönen, die durch einseitig gerichtete und hoch gerichtete Musikinstrumente erzeugt werden, hervorragende Charakteristiken aufzuweisen.In order to reproduce high-fidelity sounds from the above sound sources, i.e. sound sources that emit sounds in different ways, it is preferable to use a non-directional spherical wave speaker system with a point sound source, which is capable of having excellent characteristics in reproducing sounds generated by unidirectional and highly directional musical instruments.

(a) Bei einem einseitig gerichteten Lautsprechersystem der gebräuchlichsten Art, welches ein sechsflächiges Gehäuse und eine an einer Oberfläche des Gehäuses angebrachte Lautsprechereinheit aufweist, werden direkte Töne von Musikinstrumenten nur in Richtung der Vorderseite des Lautsprechersystems abgegeben und andere Töne, die indirekten Tönen der Schallquelle entsprechen, werden in anderen Richtungen als der Frontrichtung abgegeben. Daraus folgt somit, daß sich zwei verschiedene Musikinstrumente, die die direkten bzw. die indirekten Töne erzeugen, praktisch in der Position des Schallsenders befinden. Dies bewirkt einen sehr geringfügigen Abstand zwischen den Klangbildern und dadurch ist der Gehörsinn einer Person nicht in der Lage, in der Realität ein Klangbild wahrzunehmen.(a) In a unidirectional loudspeaker system of the most common type, which has a hexahedral cabinet and a loudspeaker unit mounted on one surface of the cabinet, direct sounds from musical instruments are emitted only toward the front of the loudspeaker system and other sounds corresponding to indirect sounds from the sound source are emitted in directions other than the front. It follows, therefore, that two different musical instruments producing the direct and indirect sounds respectively are practically located at the position of the sound emitter. This causes a very small distance between the sound images and thus a person's sense of hearing is unable to perceive a sound image in reality.

(b) In Anbetracht dieses Problems wurden Lautsprechersysteme, vor kurzem zum Beispiel ein solches gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 205490/1994, vorgeschlagen, die ein vielflächiges oder kugelförmiges Gehäuse und Lautsprechereinheiten, die gleichmäßig auf der (den) Oberfläche(n) des Gehäuses angebracht sind, aufweisen, und einige davon sind in der Praxis zur Anwendung gekommen. Außerdem wurde in "JAS JOURNAL, September 1993" ein Bericht über einen "nicht-gerichteten Lautsprecher" veröffentlicht.(b) In view of this problem, speaker systems, recently, for example, one disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 205490/1994, having a polyhedral or spherical cabinet and speaker units evenly mounted on the surface(s) of the cabinet have been proposed, and some of them have been put into practical use. In addition, a report on a "non-directional speaker" was published in "JAS JOURNAL, September 1993".

In den Patentzusammenfassungen zu Japan, Bd. 95, Nr. 6, 31.07.95 und Derwent-Zusammenfassungen AN 95-166114 und JP-A- 7087585, 31.03.1995, ist der Rahmen eines 32-flächigen Hedrons oder einer Kugel dargestellt, bei dem die Lautsprechereinheiten in der Oberfläche des Rahmens angebracht sind.In Patent Abstracts of Japan, Vol. 95, No. 6, 31.07.95 and Derwent Abstracts AN 95-166114 and JP-A-7087585, 31.03.1995, the frame of a 32-faced hedron or sphere is shown in which the speaker units are mounted in the surface of the frame.

In dem J.M. Glassco erteilten US-Patent US-A-4673057 ist eine Anordnung einer Mehrzahl ähnlicher Lautsprecher, die in einem luftdichten Rahmen angebracht sind, dargestellt. Insbesondere in Fig. 6 dieses Dokuments ist ein 32-flächiges Hedron dargestellt, bei dem die Lautsprecher in den Oberflächen dieses Rahmens angebracht sind. Zusätzlich werden Möglichkeiten zur Aufhängung der gesamten Lautsprecheranordnungen beschrieben.In US Patent US-A-4673057 issued to J.M. Glassco an arrangement of a plurality of similar loudspeakers mounted in an airtight frame is shown. In particular, in Fig. 6 of this document a 32-face hedron is shown in which the loudspeakers are mounted in the surfaces of this frame. In addition, possibilities for suspension of the entire loudspeaker arrangements are described.

In der H.-P. Pfeiffer erteilten deutschen Patentanmeldung DE- A-31 42 462 wird eine Lautsprecheranordnung beschrieben, die einen Lautsprecher aufweist, dessen Schallabgabe mindestens eine vertikale Komponente aufweist. Der von diesem Lautsprecher ausgehende Schall wird durch die Wände und die Decke eines Abhörraums reflektiert und trägt zu einem intensiveren akustischen Eindruck bei. Ein Mikroprozessor liefert zeitliche Verzögerungen zum Ausgleich der Phasenverschiebungen zwischen verschiedenen Lautsprechereinheiten.The German patent application DE-A-31 42 462 granted to H.-P. Pfeiffer describes a loudspeaker arrangement which has a loudspeaker whose sound output has at least one vertical component. The sound emitted by this loudspeaker is reflected by the walls and ceiling of a listening room and contributes to a more intense acoustic impression. A microprocessor provides time delays to compensate for the phase shifts between different loudspeaker units.

Hinsichtlich eines solchen herkömmlichen Kugelwellen- Lautsprechersystems, welches ein Polyhedron oder eine Kugel und daran angebrachte Lautsprechereinheiten aufweist, war jedoch bekannt, daß im Frequenzgang ein Maximal- und ein Minimalwert beobachtet werden. Ein solches herkömmliches Lautsprechersystem hat den Nachteil, daß es als High- Fidelity-Lautsprechersystem nur betrieben werden kann, wenn Maximal- und Minimalwert korrigiert werden.However, with respect to such a conventional spherical wave speaker system, which has a polyhedron or a sphere and speaker units attached thereto, it was known that a maximum and a minimum value are observed in the frequency response. Such a conventional speaker system has the disadvantage that it can only be operated as a high-fidelity speaker system if the maximum and minimum values are corrected.

(c) Andererseits war im Hinblick auf die herkömmliche Analogtechnik bekannt, daß es, wenn der Fehler im Frequenzgang korrigiert wird, gleichzeitig zu einer Phasenverzerrung kommt. Es gab Versuchsberichte über Korrekturen, die mittels eines Analogentzerrers vorgenommen wurden, um Aufschluß über das Verhältnis zwischen Phasenverzerrung und Höreindruck zu erhalten. Als Beispiel für diese Berichte kann "Phasen- und Tonqualität" genannt werden, worüber in der "Vorabveröffentlichung zur AES-Tagung Tokio 1995" berichtet wurde.(c) On the other hand, with regard to conventional analog technology, it was known that when the error in the frequency response was corrected, phase distortion was also introduced. There were experimental reports on corrections made using an analog equalizer to obtain information on the relationship between phase distortion and auditory impression. An example of these reports is "Phase and Tone Quality", which was reported in the "Preliminary Publication for the AES Tokyo 1995 Conference".

Es ist jedoch schwierig, eine Korrektur durch Analogbearbeitung bei einem strikten Schalldruckpegel durchzuführen. Außerdem wird durch eine Korrektur des Frequenzgangs der Phasengang beeinträchtigt. Infolgedessen wurde gesagt, daß sich mit einem herkömmlichen, nicht-gerichteten Lautsprechersystem unter Anwendung der Analogtechnik kein klares Klangbild erzielen lasse.However, it is difficult to perform correction by analog processing at a strict sound pressure level. In addition, correcting the frequency response will affect the phase response. As a result, it has been said that a conventional non-directional speaker system using analog technology cannot produce a clear sound image.

(d) Außerdem wurde in der Vergangenheit ein Lautsprechersystem als eine Art von nicht-gerichtetem Lautsprechersystem vorgeschlagen, welches mit Hilfe eines runden Reflektors eine quasi-kugelförmige Welle erzeugt.(d) In addition, a loudspeaker system has been proposed in the past as a type of non-directional loudspeaker system, which generates a quasi-spherical wave using a round reflector.

In dem Lautsprechersystem werden jedoch Frequenzgang und Phasengang durch den Reflektor beeinflußt. Trotz der Tatsache, daß eine Löschbearbeitung erforderlich ist, um den unerwünschten Einfluß zu beseitigen, ist dieser Punkt bei der Konstruktion des Lautsprechersystems nicht berücksichtigt. Dementsprechend findet die Wiedergabe einer punktuellen Schallquelle, die zu den Grundleistungsmerkmalen eines nicht- gerichteten Lautsprechersystems gehört, nicht statt.However, in the loudspeaker system, the frequency response and phase response are influenced by the reflector. Despite the fact that cancellation processing is required to eliminate the undesirable influence, this point is not taken into account in the design of the loudspeaker system. Accordingly, the reproduction of a point sound source, which is one of the basic performance characteristics of a non-directional loudspeaker system, does not take place.

(e) In jüngster Zeit wurde versucht, Frequenzgang und Phasengang eines Lautsprechersystems unter Verwendung eines sechsflächigen Gehäuses mittels Echtzeit-Digital-Signal- Verarbeitung durch einen Digital-Signal-Prozessor gleichmäßig zu korrigieren. Dieser Versuch erfolgte jedoch ausschließlich im Hinblick darauf, die digitale Signalverarbeitung auf einen an einem herkömmlichen sechsflächigen Gehäuse angebrachten Mehrweglautsprecher anzuwenden. Infolgedessen stellt der Versuch nicht die Entwicklung eines Lautsprechersystems dar, das als solches in der Lage ist, eine nicht-gerichtete Kugel- Schallwelle mit punktueller Schallquelle zu erzeugen, die als Schallabgabemechanismus eines natürlichen Tons dient.(e) Recently, attempts have been made to determine the frequency and phase response of a loudspeaker system using a hexahedral cabinet using real-time digital signal processing by a digital signal processor. However, this attempt was made solely with a view to applying digital signal processing to a multi-way loudspeaker mounted on a conventional hexahedral cabinet. Consequently, the attempt does not constitute the development of a loudspeaker system capable of generating a non-directional spherical sound wave with a point sound source as the sound emission mechanism of a natural tone.

In dem N. Kyouno, Y. Osuga, N. Yashima, erteilten US-Patent US-A-5384856 werden Mittel zur Einstellung eines gewünschten Übertragungsfrequenzgangs beschrieben. Um den Amplitudengang eines Gesamt-Übertragungsfrequenzgangs jedes einzelnen Kanals abzuflachen und einen linearen Phasenfrequenzgang zu erzielen, wird invers-charakteristisch eine Zeitreihen- Impulscharakteristik berechnet, und dieses Mal wird die Zeitreihen-Impulscharakteristik zum Filterfaktor gemacht. Dieser Filterfaktor und das digitale Eingangssignal werden durch Faltungsoperationen berechnet.In US Patent US-A-5384856 issued to N. Kyouno, Y. Osuga, N. Yashima, means for setting a desired transmission frequency response are described. In order to flatten the amplitude response of an overall transmission frequency response of each individual channel and to achieve a linear phase frequency response, a time series impulse characteristic is calculated inversely characteristically, and this time the time series impulse characteristic is made the filter factor. This filter factor and the digital input signal are calculated by convolution operations.

Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 567 061 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Wiedergabe von Tonfrequenzen. Der Frequenzgang des Lautsprechers wird mit einem Filter entzerrt. Vor Zuführung eines Signals zu einem Breitband- Einweglautsprecher, der Frequenzen im wesentlichen im gesamten Hörbereich wiedergibt, wird der Frequenzgang des in seinem Gehäuse eingebauten Lautsprechers mit einem Filter entzerrt, bei dem es sich um ein Breitbandfilter handelt, welches ebenfalls im wesentlichen den gesamten Hörfrequenzbereich abdeckt. Mit dem Filter wird ein etwa inverser Frequenzgang im gewünschten Durchlaßbereich des Lautsprechersystems erzielt, wobei der inverse Frequenzgang entsprechend einem Frequenzgang des genannten Lautsprechersystems ausgebildet wird, bei dem es sich um einen gemessenen Frequenzgang des genannten Lautsprechersystems handelt.The European patent application EP-A-0 567 061 describes a method and a system for reproducing audio frequencies. The frequency response of the loudspeaker is equalized using a filter. Before a signal is fed to a broadband one-way loudspeaker, which reproduces frequencies essentially in the entire audible range, the frequency response of the loudspeaker built into its housing is equalized using a filter, which is a broadband filter, which also essentially covers the entire audible frequency range. The filter is used to achieve an approximately inverse frequency response in the desired passband of the loudspeaker system, the inverse frequency response corresponding to a frequency response of said loudspeaker system, which is a measured frequency response of said loudspeaker system.

(f) Eine derartige Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungseinheit, bei der, wie oben erwähnt, ein Digital-Signal-Prozessor zum Einsatz kommt, ist im Handel als einzelner Digital- Entzerrer erhältlich. Wenn ein Lautsprechersystem mit digitalem Entzerrer unter Verwendung eines solchen Digital- Entzerrers gebaut wird, entspricht es der Darstellung im Blockdiagramm gemäß Fig. 6. Wenn das Lautsprechersystem gemäß Fig. 6 zum Beispiel in einem Beschallungssystem oder dergleichen verwendet wird, entstehen folgende Probleme.(f) Such a real-time digital signal processing unit using a digital signal processor as mentioned above is commercially available as a single digital equalizer. When a speaker system with a digital equalizer is constructed using such a digital equalizer, it is as shown in the block diagram of Fig. 6. When the speaker system of Fig. 6 is used in, for example, a public address system or the like, the following problems arise.

Im allgemeinen ist in einem Beschallungssystem ein Analog- Dämpfungsglied 13 in einem Kontrollausgangsteil eines Mischpults vorhanden, welches von einem Tonmischtechniker bedient wird, und die Lautstärke wird durch Betätigung des Dämpfungsglieds 13 geregelt. Wird das Lautsprechersystem gemäß Fig. 6 als High-Fidelity-Audiosystem betrieben, befindet sich das Dämpfungsglied 13 in einem Steuerungsverstärker, der von einem Zuhörer bedient wird, und die Lautstärke wird durch Betätigung des Dämpfungsglieds, wie oben beschrieben, geregelt.Generally, in a sound reinforcement system, an analog attenuator 13 is provided in a control output section of a mixer which is operated by a sound mixer, and the volume is controlled by operating the attenuator 13. When the speaker system according to Fig. 6 is operated as a high-fidelity audio system, the attenuator 13 is provided in a control amplifier which is operated by a listener, and the volume is controlled by operating the attenuator as described above.

Andererseits wird im Rahmen des Lautsprechersystems gemäß Fig. 6 ein vor einem Leistungsverstärker 17 eingesetztes Analog-Dämpfungsglied 14 gewöhnlich voreingestellt, um die Eingangsverstärkung vorab einzustellen. Wenn daher das Analog-Dämpfungsglied 14 so eingestellt wird, daß es unter normalen Betriebsbedingungen bei niedrigeren Lautstärken keine Verzerrung des Tonausgangs einer Lautsprechereinheit 18 bei maximaler Leistung verursacht, erfolgt die Lautstärkeregelung durch das im oberen Teil des Eingangssystems angeordnete Analog-Dämpfungsglied 13. Dies führt zu einem niedrigen, einem A/D-Wandler 15 zugeführten Signalpegel, wodurch verhindert wird, daß der A/D-Wandler 15 hochpräzise Analog-Digital- Umwandlungen vornimmt. Infolgedessen werden niedrige Eingangssignalpegel durch einen Digital-Entzerrer 16 verarbeitet und Rechenfehler werden im Verlauf der Signalverarbeitung kumuliert. Daher besteht das Problem, daß es zu Nachteilen wie erhöhtem Rauschen und zu einem schlechteren Verzerrungsverhältnis kommt.On the other hand, in the loudspeaker system of Fig. 6, an analog attenuator 14 placed in front of a power amplifier 17 is usually preset to pre-adjust the input gain. Therefore, if the analog attenuator 14 is set so that it does not cause distortion of the sound output of a loudspeaker unit 18 at maximum power under normal operating conditions at lower volumes, the volume control is carried out by the Analog attenuator 13. This results in a low signal level being input to an A/D converter 15, thereby preventing the A/D converter 15 from performing high-precision analog-digital conversion. As a result, low input signal levels are processed by a digital equalizer 16 and calculation errors are accumulated in the course of signal processing. Therefore, there is a problem that disadvantages such as increased noise and deterioration of distortion ratio occur.

Zur Lösung des oben genannten Problems wurde ein Lautsprechersystem vorgeschlagen und praktisch angewandt, welches ein in Reichweite eines Tonmischtechnikers angeordnetes Haupt- Dämpfungsglied 20 und neben einer Tonsignalleitung zur Steuerung des Analog-Dämpfungsglieds 14 eine spezielle Signalleitung 21 für Pegelsteuersignale aufweist. Wird dieses System beispielsweise bei einem System angewandt, welches mit einer Reihe parallel geschalteter Lautsprechereinheiten arbeitet, wie zum Beispiel bei einem Beschallungssystem, entspricht die daraus resultierende Konstruktion der Darstellung im Blockdiagramm gemäß Fig. 7. Bei einem solchen groß bemessenen Lautsprechersystem kann es jedoch wahrscheinlich vorkommen, daß, selbst wenn am Ende eines Stücks die Lautstärke reduziert werden muß, die Lautstärke in nur einem Kanal ungeregelt ist und die Lautstärke der Lautsprechereinheit 18 des Kanals infolge einer Störung wie eines Kontaktfehlers an einem Steckverbinder nicht reduziert werden kann.To solve the above problem, a speaker system has been proposed and practically applied which has a main attenuator 20 arranged within reach of a sound mixer and a special signal line 21 for level control signals in addition to a sound signal line for controlling the analog attenuator 14. For example, if this system is applied to a system using a series of speaker units connected in parallel, such as a public address system, the resulting construction is as shown in the block diagram of Fig. 7. However, in such a large-scale speaker system, it is likely that even if the volume needs to be reduced at the end of a piece, the volume in only one channel is uncontrolled and the volume of the speaker unit 18 of the channel cannot be reduced due to a fault such as a contact failure of a connector.

Wie oben beschrieben, gibt es im Hinblick auf den Schallerzeugungsmechanismus von Schallsendern wie Musikinstrumenten und natürlichen Schallquellen, deren Töne durch ein Lautsprechersystem wiedergegeben werden sollen, viele nicht- gerichtete Schallsender, und der Gehörsinn des Zuhörers erkennt das Vorhandensein einer Schallquelle deutlicher durch indirekte Töne. In Anbetracht dieser Tatsachen wird ein nicht-gerichtetes Lautsprechersystem mit punktueller Schallquelle als idealer Schallsender für die Wiedergabe von Tönen angesehen, die von einem High-Fidelity-Schallsender ausgehen.As described above, in terms of the sound generation mechanism of sound emitters such as musical instruments and natural sound sources whose sounds are to be reproduced by a loudspeaker system, there are many non-directional sound emitters, and the listener's sense of hearing detects the presence of a sound source more clearly through indirect sounds. In view of these facts, a non-directional loudspeaker system with a point source is considered to be the ideal sound transmitter for reproducing sounds emanating from a high-fidelity sound transmitter.

Daneben war bisher eine "Respirationskugel" bekannt. Wenn Töne durch ein Lautsprechersystem so wiedergegeben werden können, daß die gesamte Oberfläche einer Kugel gleichmäßig ausgedehnt und zusammengezogen werden kann, um Schallwellenvibrationen auf die Luft zu übertragen, ist es möglich, wiedergegebene Töne in gleicher Weise zu hören wie bei dem Schallsendemechanismus von Musikinstrumenten oder natürlichen Schallsendern, d.h. auf eine Weise, daß an Stellen im gleichen Abstand zum Lautsprechersystem Schall mit dem gleichen Schalldruck gehört werden kann. Es gab jedoch kein nicht- gerichtetes Lautsprechersystem mit punktueller Schallquelle, welches in der Lage ist, Töne in einem breiten Spektrum von etwa 20 Hz bis etwa 20 kHz in gleicher Weise wie bei der Respirationskugel wiederzugeben.In addition, a "respiratory sphere" was previously known. If sounds can be reproduced by a loudspeaker system in such a way that the entire surface of a sphere can be evenly expanded and contracted to transmit sound wave vibrations to the air, it is possible to hear reproduced sounds in the same way as with the sound transmission mechanism of musical instruments or natural sound transmitters, i.e. in such a way that sound with the same sound pressure can be heard at points at the same distance from the loudspeaker system. However, there was no non-directional loudspeaker system with a point sound source that is able to reproduce sounds in a wide spectrum from about 20 Hz to about 20 kHz in the same way as with the respiratory sphere.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe ein Lautsprechersystem zugrunde, welches in der Lage ist, Töne wiederzugeben, die für das menschliche Gehör auf gleiche Weise schwingen wie bei der Respirationskugel, indem herkömmliche, einseitig gerichtete Lautsprechereinheiten in Kombination mit einer entsprechend ausgelegten Anordnung verwendet und Echtzeit-Digital- Signal-Verarbeitung mittels eines Digital-Signal-Prozessors zu den Lautsprechereinheiten angewandt wird, um einen Maximal- und einen Minimalwert im Frequenzgang und im Phasengang durch inverse Korrektur aufzuheben, die allein durch Verbesserung der Lautsprecheranordnung nicht aufgehoben werden können, so daß ein Schallsender entsteht, der zur idealen Tonwiedergabe geeignet ist. Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitung unter optimalen Bedingungen und ohne zusätzliche Spezial- Signalleitung für die Steuerung der Signale des Dämpfungsglieds zu ermöglichen, indem ein praktisch benötigter Analog- Pegelregler wie ein einem D/A-Wandler nachgeschaltetes Dämpfungsglied in eine Eingangssignalleitung eingefügt wird.The invention is therefore based on the object of a loudspeaker system which is able to reproduce sounds which, for the human ear, vibrate in the same way as the respiratory sphere, by using conventional, unidirectional loudspeaker units in combination with a correspondingly designed arrangement and applying real-time digital signal processing to the loudspeaker units by means of a digital signal processor in order to cancel a maximum and a minimum value in the frequency response and in the phase response by inverse correction, which cannot be canceled by improving the loudspeaker arrangement alone, so that a sound transmitter is created which is suitable for ideal sound reproduction. A further object of the invention is to use real-time digital signal processing under optimal conditions and without additional special signal lines for controlling the signals of the attenuator by inserting a practically required analog level controller such as an attenuator connected downstream of a D/A converter into an input signal line.

Diese Erfindung wurde gemacht, um obige Probleme zu lösen.This invention was made to solve the above problems.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht- gerichtetes Lautsprechersystem mit punktueller Schallquelle hergestellt wird, welches umfaßt:The invention is characterized in that a non-directional loudspeaker system with a point sound source is produced, which comprises:

ein Gehäuse mit einer Grundstruktur eines aus 12 fünfeckigen flachen Oberflächen und 20 sechseckigen flachen Oberflächen bestehenden hohlen 32-flächigen Hedrons,a housing with a basic structure of a hollow 32-faced hedron consisting of 12 pentagonal flat surfaces and 20 hexagonal flat surfaces,

Tieftöner (Lautsprechereinheiten für die tiefen Töne), die jeweils in 9-12 der fünfeckigen Oberflächen montiert sind, und Hochtöner (Lautsprechereinheiten für die hohen Töne), die jeweils in 15-20 der sechseckigen Oberflächen montiert sind undWoofers (speaker units for the low tones) each mounted in 9-12 of the pentagonal surfaces, and tweeters (speaker units for the high tones) each mounted in 15-20 of the hexagonal surfaces and

ein Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungssystem, das in die Zuleitung jeder der Lautsprechereinheiten eingeschleift ist, wobei das Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungssystem Eingangssignale der Lautsprechereinheiten invers-charakteristisch filtert, um einen Maximalwert und einen Minimalwert gleichmäßig zu korrigieren, welche im Frequenzgang und im Phasengang jeder Lautsprechereinheit verursacht wurden.a real-time digital signal processing system connected to the feed line of each of the loudspeaker units, the real-time digital signal processing system inverse-characteristically filters input signals of the loudspeaker units to uniformly correct a maximum value and a minimum value caused in the frequency response and the phase response of each loudspeaker unit.

Bei dem obigen, erfindungsgemäßen Lautsprechersystem hat das Gehäuse eine Grundstruktur eines aus 12 fünfeckigen flachen Oberflächen und 20 sechseckigen flachen Oberflächen bestehenden hohlen 32-flächigen Hedrons, und eine Lautsprechereinheit für die tiefen Töne oder die tiefen bis mittleren Töne ist in jeder der 9-12 fünfeckigen Oberflächen montiert und eine Lautsprechereinheit für die mittleren bis hohen Töne ist jeweils in 15-20 sechseckigen Oberflächen montiert. Die Lautsprechereinheiten sind dabei an der Kugel oder dem Polyhedron oder der Kugel so ausgewogen angeordnet, daß eine Mehrzahl der Lautsprechereinheiten für mittlere bis hohe Töne rund um jede der Lautsprechereinheiten für tiefe Töne oder tiefe bis mittlere Töne angeordnet ist. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, rund um das Lautsprechergehäuse ein noch ausgedehnteres Spektrum der Tonwiedergabe vorzusehen.In the above speaker system according to the invention, the cabinet has a basic structure of a hollow 32-face hedron consisting of 12 pentagonal flat surfaces and 20 hexagonal flat surfaces, and a speaker unit for the low tones or the low to mid tones is mounted in each of the 9-12 pentagonal surfaces and a speaker unit for the mid to high tones is mounted in each of the 15-20 hexagonal surfaces. The speaker units are arranged in a balanced manner on the sphere or polyhedron or sphere so that a plurality of the speaker units for mid to high tones are arranged around each of the speaker units for the low tones or the low to mid tones. As a result, it is possible to provide an even wider spectrum of sound reproduction around the speaker cabinet.

Weiterhin werden bei dem obigen, erfindungsgemäßen Lautsprechersystem Steuerdaten für die Lautstärkeregelung mit den SPDIF- oder AES/EBU-Signalen gemultiplext, welche digitale Audioschnittstellen-Standardsignale sind und zu einem D/A- Wandlerblock übermittelt werden und worin der Pegel der aus der D/A-Umwandlung resultierenden analogen Signale geregelt wird, so daß die arithmetische Genauigkeit des Echtzeit- Digital-Verarbeitungssystems stets im besten Zustand gehalten wird. Infolgedessen kann die arithmetische Genauigkeit des Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungssystems im besten Zustand gehalten werden und die Tonwiedergabe der Lautsprechersysteme erfolgt ohne Verzerrung der Informationen bei den Schallsendern.Furthermore, in the above speaker system according to the present invention, control data for volume control is multiplexed with the SPDIF or AES/EBU signals which are digital audio interface standard signals and are transmitted to a D/A converter block and in which the level of the analog signals resulting from the D/A conversion is controlled, so that the arithmetic accuracy of the real-time digital signal processing system is always kept in the best state. As a result, the arithmetic accuracy of the real-time digital signal processing system can be kept in the best state and the sound reproduction of the speaker systems is performed without distortion of the information at the sound transmitters.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:Further essential features and advantages of the invention will become apparent from the following description, in which exemplary embodiments are explained with reference to the drawings. In the drawings:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Lautsprecherkörpers, wie er innerhalb des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems verwendet wird.Fig. 1 is a front view of an embodiment of a loudspeaker body as used within the loudspeaker system according to the invention.

Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Lautsprecherkörpers.Fig. 2 is a sectional view of the loudspeaker body shown in Fig. 1.

Fig. 3 eine grafische Darstellung, welche ein Beispiel eines Maximal- und eines Minimalwerts im Frequenzgang für eine Lautsprechereinheit zeigt, wie sie innerhalb des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems verwendet wird.Fig. 3 is a graphical representation showing an example of a maximum and a minimum value in the frequency response for a loudspeaker unit as used within the loudspeaker system according to the invention.

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems.Fig. 4 is a block diagram of an embodiment of the loudspeaker system according to the invention.

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von Lautsprechereinheiten in einer anderen Ausführungsform des Lautsprecherkörpers, wie er innerhalb des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems verwendet wird.Fig. 5 is a perspective view of an example of speaker units in another embodiment of the speaker body as used within the speaker system according to the invention.

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Form eines Lautsprechersystems mit ebener Schallwand unter Verwendung eines Digital- Entzerrers.Fig. 6 is a block diagram of one form of flat baffle loudspeaker system using a digital equalizer.

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Form eines Lautsprechersystems unter paralleler Anwendung des Lautsprechersystems nach Fig. 6.Fig. 7 is a block diagram of one form of loudspeaker system using the loudspeaker system of Fig. 6 in parallel.

Nunmehr werden erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben.Embodiments of the invention will now be described.

Als gut abgeglichenes Polyhedron, wie es vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem verwendet wird, sind zu nennen ein regelmäßiges Dodekahedron, ein regelmäßiges Ikosahedron, ein 32-flächiges Hedron, bestehend aus fünfeckigen und sechseckigen Oberflächen, ein 180-flächiges Hedron und dergleichen. Gemäß der Erfindung ist das Lautsprechergehäuse jedoch vorzugsweise ein hohles, etwa 32- oder mehrflächiges Hedron oder eine hohle Kugel, so daß jemand im wesentlichen das gleiche Klangbild hört wie dasjenige, welches durch eine von einer Respirationskugel erzeugte Kugelwelle bewirkt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem werden das relative Verhältnis in der Anordnung zwischen einem Tieftöner für tiefe Töne und einem Hochtöner für mittlere bis hohe Töne und die optimale Positionierung der Anordnung mit diesem relativen Verhältnis durch praktische Versuche mittels eines 32- flächigen Hedrons (welches das Polyhedron mit Mindest- Oberflächen ist, die unter den oben beschriebenen vorzuziehenden Polyhedron-Ausführungen ausgewählt werden) bestimmt, um das erfindungsgemäße Lautsprechersystem herzustellen. Hinsichtlich eines Schallempfangspunkts wird das Gehäuse bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem, welches mit einem hohlen 32-flächigen Hedron als Gehäuse arbeitet, vorzugsweise so angeordnet, daß dessen obere und untere Flächen fünfeckige Oberflächen sind. Das gleiche gilt für den Fall, in dem eine Kugel als Gehäuse verwendet wird, von der angenommen wird, daß sie aus fünfeckigen und sechseckigen Oberflächen besteht.As a well-balanced polyhedron, as preferably used in the loudspeaker system according to the invention, there may be mentioned a regular dodecahedron, a regular icosahedron, a 32-faced hedron consisting of pentagonal and hexagonal surfaces, a 180-faced hedron and the like. According to the invention, the loudspeaker housing is however, preferably a hollow, approximately 32-faced or more hedron or a hollow sphere, so that one hears substantially the same sound image as that caused by a spherical wave generated by a respiratory sphere. In the speaker system of the present invention, the relative relationship in the arrangement between a woofer for low tones and a tweeter for medium to high tones and the optimum positioning of the arrangement with this relative relationship are determined by practical experiments using a 32-faced hedron (which is the polyhedron having minimum surface areas selected from the preferable polyhedron designs described above) to manufacture the speaker system of the present invention. With respect to a sound receiving point, in the speaker system of the present invention using a hollow 32-faced hedron as a housing, the cabinet is preferably arranged so that the upper and lower surfaces thereof are pentagonal surfaces. The same applies to the case where a sphere is used as a housing, which is assumed to consist of pentagonal and hexagonal surfaces.

Als nächstes wird die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Lautsprechersystem bildet ein hohles 32-flächiges Hedron, dessen Außenfläche aus 12 fünfeckigen Oberflächen 1 und 20 sechseckigen Oberflächen 2 besteht, die Grundstruktur eines Gehäuses EC (auch als Lautsprechergehäuse oder Lautsprecherbox bezeichnet). Alle 12 fünfeckigen Oberflächen 1 oder, vom praktischen Gesichtspunkt aus, 9 bis 11 der 12 fünfeckigen Flächen 1 sind jeweils mit einer Lautsprechereinheit für den Tieftonbereich (Tieftöner) 7 und alle 20 sechseckigen Oberflächen 2 oder, vom praktischen Gesichtspunkt aus, 15 bis 19 der 20 sechseckigen Oberflächen 2 sind jeweils mit einer Lautsprechereinheit für den Mittel- bis Hochtonbereich (Hochtöner) 8 versehen, um einen Lautsprecherkörper zu bilden.Next, the operation of the loudspeaker system according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the loudspeaker system according to the invention shown in Figs. 1 and 2, a hollow 32-face hedron, the outer surface of which consists of 12 pentagonal surfaces 1 and 20 hexagonal surfaces 2, forms the basic structure of a housing EC (also referred to as a loudspeaker housing or loudspeaker box). All 12 pentagonal surfaces 1 or, from a practical point of view, 9 to 11 of the 12 pentagonal surfaces 1 are each provided with a loudspeaker unit for the low frequency range (woofer) 7 and all 20 hexagonal surfaces 2 or, from a practical point of view, 15 to 19 of the 20 hexagonal surfaces 2 are each provided with a loudspeaker unit for the mid to high frequency range (tweeter) 8 to form a loudspeaker body.

Wenn der Lautsprecherkörper als solcher, der ein mit den Lautsprechereinheiten 7 und 8 gemäß obiger Beschreibung versehenes 32-flächiges Hedron umfaßt, eingeschaltet wird, werden im Frequenzgang, wie in Fig. 3 diagrammartig dargestellt, ein Maximalwert 4 und ein Minimalwert 5 verursacht. Um jedoch die als Maximalwert 4 und Minimalwert 5 auftretende Verzerrung zu korrigieren und damit den Frequenzgang im wesentlichen auszugleichen, werden gemäß der Erfindung die Eingangssignale der Lautsprechereinheiten 7 und 8 mittels eines digitalen Signalprozessors 6 (nachstehend als DSP 6 bezeichnet), wie er in Fig. 4 abgebildet ist, einer inverscharakteristischen Filterung unterzogen. In Fig. 4 steht die Bezugszahl 9 für ein dem DSP 6 zugeführtes digitales Eingangssignal, die Bezugszahl 10 bezeichnet einen D/A- Wandlerblock, die Bezugszahl 11 einen Leistungsverstärker, die Bezugszahl 12 eine an den DSP 6 angeschlossene Steuertafel und die Bezugszahl 100 ein vor dem Leistungsverstärker 11 eingefügtes Analog-Dämpfungsglied.When the speaker body as such, which comprises a 32-face hedron provided with the speaker units 7 and 8 as described above, is turned on, a maximum value 4 and a minimum value 5 are caused in the frequency response as shown diagrammatically in Fig. 3. However, in order to correct the distortion occurring as the maximum value 4 and the minimum value 5 and thus substantially equalize the frequency response, according to the invention, the input signals of the speaker units 7 and 8 are subjected to inverse characteristic filtering by means of a digital signal processor 6 (hereinafter referred to as DSP 6) as shown in Fig. 4. In Fig. 4, the reference number 9 stands for a digital input signal fed to the DSP 6, the reference number 10 denotes a D/A converter block, the reference number 11 a power amplifier, the reference number 12 a control panel connected to the DSP 6 and the reference number 100 an analog attenuator inserted in front of the power amplifier 11.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem jede der Lautsprechereinheiten 7 und 8 des Lautsprecherkörpers Eingangssignale erhält, wird ein Programm eines Filters mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls (FIR-Filter) oder ein Programm einer Filterkombination aus einem FIR-Filter mit einem Filter mit unbegrenztem Ansprechen auf einen Impuls (IIR-Filter) zur Verarbeitung der digitalen Eingangssignale, wie in Fig. 4 dargestellt, zunächst in einen Programmspeicher des DSP 6 geladen und der Koeffizient der inversen Korrektur der Lautsprecherreaktionen, einschließlich Verzerrung von Frequenz- und Phasengang, die jeder einzelnen Lautsprechereinheit eigen sind, wird zunächst in einen Koeffizientenspeicher geladen.In the loudspeaker system according to the invention, when each of the loudspeaker units 7 and 8 of the loudspeaker body receives input signals, a program of a filter with a limited response to an impulse (FIR filter) or a program of a filter combination of an FIR filter with a filter with an unlimited response to an impulse (IIR filter) for processing the digital input signals, as shown in Fig. 4, is first loaded into a program memory of the DSP 6 and the coefficient of the inverse correction of the loudspeaker responses, including distortion of frequency and phase response, which is assigned to each individual loudspeaker unit are first loaded into a coefficient memory.

Wie das Blockdiagramm in Fig. 4 zeigt, werden die Eingangssignale 9 mittels eines Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungssystems des DSP 6 einer Verarbeitung zur inversen Korrektur von Frequenzgang und Phasengang der erfindungsgemäßen Lautsprechereinheiten unterzogen und die digitalen Signale werden mit Hilfe des D/A-Wandlers 10 in Analogsignale umgewandelt.As the block diagram in Fig. 4 shows, the input signals 9 are subjected to processing for inverse correction of the frequency response and phase response of the loudspeaker units according to the invention by means of a real-time digital signal processing system of the DSP 6 and the digital signals are converted into analog signals by means of the D/A converter 10.

Bei dieser Erfindung ist die Steuertafel 12 des das Echtzeit- Digital-Signal-Verarbeitungssystem bildenden DSP 6 mit einer Steuereinheit versehen, mit der die Ausgangslautstärke jeder der Lautsprechereinheiten 7 und 8 oder der Lautsprechereinheiten 78 verändert werden kann. Das Analog-Dämpfungsglied 100 wird durch die Steuereinheit so gesteuert, daß die Lautstärke der Tonwiedergabe bestimmt wird, und ein der bestimmten Lautstärke entsprechender Wert wird Benutzerbitelementen im Untercode von AES/EBU, SPDIF oder dergleichen zugeordnet, wobei es sich um ein serielles Übertragungsformat für digitale Audiosignale oder Bitelemente handelt, welches vom D/A- Wandler im Untercode nicht benötigt wird, um Steuerdaten für die Lautstärkeregelung zu Eingangssignalen eines Lautsprechers zu multiplexen. Die Lautsprechereingangssignale werden zum D/A-Wandlerblock 10 übertragen.In this invention, the control board 12 of the DSP 6 constituting the real-time digital signal processing system is provided with a control unit capable of changing the output volume of each of the speaker units 7 and 8 or the speaker units 78. The analog attenuator 100 is controlled by the control unit so as to determine the volume of the sound reproduction, and a value corresponding to the determined volume is assigned to user bit elements in the subcode of AES/EBU, SPDIF or the like, which is a serial transmission format for digital audio signals or bit elements which is not required by the D/A converter in the subcode to multiplex control data for volume control to input signals of a speaker. The speaker input signals are transmitted to the D/A converter block 10.

Aufgrund dieses Aufbaus kann eine Signalleitung 21 für Analog-Dämpfungsglieder 14, die bei dem in Fig. 7 dargestellten herkömmlichen Lautsprechersystem der Lautstärkeregelung dient, entfallen. Dadurch kommt es nicht zu Nachteilen durch Kontaktfehler in der Steuerleitung zu den Dämpfungsgliedern 14 oder dergleichen. Außerdem können die Signalverarbeitung durch den DSP 6 und die Lautstärkeregelung mittels der gleichen Steuertafel 12 vorgenommen werden. Dies erlaubt eine beliebige Bestimmung der Lautstärke sowie einen Betrieb des DSP 6 bei optimalem Signalpegel, um so die arithmetische Genauigkeit ständig im besten Zustand zu halten. Deshalb kommt es bei der Tonwiedergabe nicht zu einem reduzierten Rauschabstand und auch nicht zu unerwünscht hoher Verzerrung. Der Grund dafür ist, daß die Lautstärkeinformationen aus einem Unterkode im D/A-Wandlerblock C gelesen und durch den D/A-Wandler 10 in ein analoges Audiosignal umgewandelt werden und der Pegel des Audiosignals durch das Analog- Dämpfungsglied 100 gesteuert wird.Due to this structure, a signal line 21 for analog attenuators 14, which serves for volume control in the conventional loudspeaker system shown in Fig. 7, can be omitted. This means that there are no disadvantages due to contact errors in the control line to the attenuators 14 or the like. In addition, the signal processing by the DSP 6 and the volume control can be carried out using the same control panel 12. This allows a arbitrary determination of the volume and operation of the DSP 6 at the optimum signal level in order to keep the arithmetic accuracy in the best condition at all times. Therefore, there is no reduced signal-to-noise ratio or undesirably high distortion in the sound reproduction. The reason for this is that the volume information is read from a subcode in the D/A converter block C and converted into an analog audio signal by the D/A converter 10 and the level of the audio signal is controlled by the analog attenuator 100.

First embodiment:

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform eines Lautsprecherkörpers in dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem, welches aufweist ein Gehäuse EC in Form eines hohlen, starren 32-flächigen Hedronrahmens und Lautsprechereinheiten für einen Tieftonbereich 7 sowie Lautsprechereinheiten für einen Mittel- bis Hochtonbereich 8, die in dem hohlen Rahmen im wesentlichen im gleichen Abstand zueinander und in einem Abstand "a" zur Mitte O des hohlen Rahmens angeordnet sind. Jede der Lautsprechereinheiten 7 und 8 dieses Systems erhält ihre Eingangssignale von einem in Fig. 4 dargestellten Leistungsverstärker 11.Figures 1 and 2 show an embodiment of a loudspeaker body in the loudspeaker system according to the invention, which has a housing EC in the form of a hollow, rigid 32-face hedron frame and loudspeaker units for a bass range 7 and loudspeaker units for a mid- to high-frequency range 8, which are arranged in the hollow frame essentially at the same distance from one another and at a distance "a" from the center O of the hollow frame. Each of the loudspeaker units 7 and 8 of this system receives its input signals from a power amplifier 11 shown in Figure 4.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 werden Analogsignale, die dem Leistungsverstärker 11 zugeführt werden sollen, durch Echtzeit-Filterung von Eingangssignalen mittels digitaler Signalverarbeitung in einem DSP 6, um die Charakteristiken der Lautsprechereinheiten 7 und 8 zu korrigieren, und durch Umwandlung der daraus resultierenden digitalen Ausgangssignale in analoge Signale durch einen D/A-Wandler 10 erzeugt. Die Analogsignale werden durch den Leistungsverstärker 11 verstärkt und den Lautsprechereinheiten 7 und 8 zugeführt.Referring to Fig. 4, analog signals to be supplied to the power amplifier 11 are generated by real-time filtering input signals by means of digital signal processing in a DSP 6 to correct the characteristics of the speaker units 7 and 8, and by converting the resulting digital output signals into analog signals by a D/A converter 10. The analog signals are amplified by the power amplifier 11 and supplied to the speaker units 7 and 8.

Second embodiment:

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lautsprechergehäuses des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems, welche aufweist ein Gehäuse EC in Form eines hohlen, starren Kugelrahmens und 12 Tieftöner 7 sowie 20 Hochtöner 8, aufgebaut durch die angenommene Unterteilung der Außenfläche des kugelförmigen Rahmens in 12 fünfeckige Teile und 20 sechseckige Teile und durch Anordnung eines Tieftöners 7 und eines Hochtöners 8 in jedem der fünfeckigen bzw. in jedem der sechseckigen Teile.Fig. 5 shows a further embodiment of a loudspeaker housing of the loudspeaker system according to the invention, which has a housing EC in the form of a hollow, rigid spherical frame and 12 woofers 7 and 20 tweeters 8, constructed by the assumed division of the outer surface of the spherical frame into 12 pentagonal parts and 20 hexagonal parts and by arranging a woofer 7 and a tweeter 8 in each of the pentagonal and in each of the hexagonal parts, respectively.

Bei dem Lautsprecherkörper des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems, bestehend aus dem hohlen 32-flächigen Hedron- oder Kugelgehäuse und den Tieftönern 7 und Hochtönern 8, die an dem Gehäuse in dieser Anordnung angebracht sind, werden außerdem, wie bei den beiden vorherigen Ausführungsformen, ein Maximalwert und ein Minimalwert 5 im Frequenzgang bewirkt, wenn der Lautsprecherkörper als solcher Eingangssignale erhält. Um den Maximalwert 4 und den Minimalwert 5 sowie Schwächen in einem niedrigen Frequenzbereich im wesentlichen auszugleichen, ist vor einem Leistungsverstärker 11 ein Echtzeit-Digital-Signal-Verarbeitungssystem, welches als Hauptmittel einen DSP 6 umfaßt, eingefügt.In the speaker body of the speaker system according to the invention, consisting of the hollow 32-face hedron or sphere housing and the woofers 7 and tweeters 8 which are mounted on the housing in this arrangement, a maximum value and a minimum value 5 in the frequency response are also caused, as in the two previous embodiments, when the speaker body as such receives input signals. In order to substantially compensate for the maximum value 4 and the minimum value 5 as well as weaknesses in a low frequency range, a real-time digital signal processing system which comprises a DSP 6 as the main means is inserted in front of a power amplifier 11.

Um im. Rahmen der Erfindung analoge oder digitale Eingangssignale einer digitalen Signalverarbeitung zu unterziehen, wird zunächst ein Programm eines FIR-Filters oder ein Programm einer Filterkombination aus einem FIR-Filter und einem IIR- Filter in einen Programmspeicher des DSP 6 geladen, und der Koeffizient der inversen Korrektur der Lautsprecherreaktionen, einschließlich Verzerrung von Frequenz- und Phasengang, die jeder der Lautsprechereinheiten 7 und 8 eigen sind, wird zunächst in einen Koeffizientenspeicher geladen.In order to subject analog or digital input signals to digital signal processing within the scope of the invention, a program of an FIR filter or a program of a filter combination consisting of an FIR filter and an IIR filter is first loaded into a program memory of the DSP 6, and the coefficient of the inverse correction of the loudspeaker responses, including distortion of frequency and phase response, which are specific to each of the loudspeaker units 7 and 8, is first loaded into a coefficient memory.

Aufgrund dessen werden die Eingangssignale 9 mittels des den DSP 6 als Hauptmittel enthaltenden Echtzeit-Digital-Signal- Verarbeitungssystems einer Verarbeitung zur inversen Korrektur von Frequenzgang und Phasengang unterzogen, und die bearbeiteten Digitalsignale werden mittels des D/A-Wandlers 10 in analoge Signale umgewandelt. Die analogen Signale werden durch den Leistungsverstärker 11 verstärkt, um das erfindungsgemäße Lautsprechersystem mit Eingangssignalen zu versorgen.Due to this, the input signals 9 are subjected to processing for inverse correction of frequency response and phase response by means of the real-time digital signal processing system containing the DSP 6 as the main means, and the processed digital signals are converted into analog signals by means of the D/A converter 10. The analog signals are amplified by the power amplifier 11 in order to supply the speaker system according to the invention with input signals.

Bei den obigen Ausführungsformen werden zur Korrektur des Maximalwerts 4 und zur Korrektur des Minimalwerts 5 des Frequenzgangs beim DSP 6 als Werte -8 Dezibel (dB) bzw. +10 (dB) eingestellt. In diesem Zusammenhang verändern sich die Werte je nach Größe (Volumen) des Gehäuses EC, den Lautsprechertypen 7, 8 (zum Beispiel konische Ausführung, gewölbte Ausführung) und anderen Faktoren. Außerdem werden bei der dritten Ausführungsform die Eingangssignale für die Lautsprechereinheiten 8 als Hochtöner im Vergleich zu den Eingangssignalen für die Lautsprechereinheiten 7 als Tieftöner um etwa 60 Mikrosekunden (usec) verzögert, wobei berücksichtigt wird, daß der Abstand von der Mitte O des hohlen, 32-flächigen Hedrons zu einer Membran jeder Lautsprechereinheit 7 als Tieftöner ein etwas anderer ist als der Abstand von der Mitte O zur Membran jeder Lautsprechereinheit 8 als Hochtöner. Die dem Leistungsverstärker 11 zuzuführenden analogen Signale werden durch Echtzeit-Filterung der Eingangssignale mittels Digital-Signal-Verarbeitung im DSP 6, um die Charakteristiken der Lautsprecher 7 und 8 zu korrigieren, sowie durch Umwandlung der daraus resultierenden digitalen Ausgangssignale in analoge Signale durch den D/A-Wandler 10, erzeugt.In the above embodiments, the values for correcting the maximum value 4 and the minimum value 5 of the frequency response are set to -8 decibels (dB) and +10 (dB), respectively, in the DSP 6. In this connection, the values vary depending on the size (volume) of the cabinet EC, the types of speakers 7, 8 (for example, conical type, domed type) and other factors. In addition, in the third embodiment, the input signals for the speaker units 8 as tweeters are delayed by about 60 microseconds (usec) compared to the input signals for the speaker units 7 as woofers, taking into account that the distance from the center O of the hollow 32-face hedron to a diaphragm of each speaker unit 7 as woofer is slightly different from the distance from the center O to the diaphragm of each speaker unit 8 as tweeter. The analog signals to be fed to the power amplifier 11 are generated by real-time filtering of the input signals by means of digital signal processing in the DSP 6 in order to correct the characteristics of the loudspeakers 7 and 8, and by converting the resulting digital output signals into analog signals by the D/A converter 10.

Bei jeder der in den Fig. 1, 2 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen befinden sich an einer freien Stelle des Gehäuses EC, an der keine Lautsprechereinheit angeordnet ist, oder an einer Stelle, an der keine Lautsprechereinheit absichtlich zu diesem Zweck angeordnet ist, jeweils Beine zur Aufstellung des Lautsprecherkörpers oder ein Haken (oder eine Öse) zur Aufhängung des Lautsprecherkörpers. Außerdem kann in gleicher Weise wie oben beschrieben ein Eingangskabel in jede Lautsprechereinheit eingeführt werden.In each of the embodiments of the present invention shown in Figs. 1, 2 and 5, legs for setting up the speaker body or a hook (or eyelet) for suspending the speaker body are provided at a free position of the cabinet EC where no speaker unit is provided or at a position where no speaker unit is provided intentionally for this purpose. In addition, an input cable can be inserted into each speaker unit in the same manner as described above.

Im Idealfall wird ein High-Fidelity-Lautsprechersystem für professionelle Benutzer, ein Lautsprecher für ein Beschallungssystem oder dergleichen oder ein Lautsprechersystem, welches als punktuelle Schallquelle zur Messung der akustischen Eigenschaften einer Halle verwendet wird, d.h. ein Wandler, der elektrische Signale in akustische Signale umwandelt, benötigt, damit sich der Schallerzeugungspunkt in der Mitte einer Kugel oder eines kugelähnlichen Polyhedrons befindet und eine im wesentlichen gleichförmige Schwingungsenergie auf den Umgebungsraum übertragen werden kann.Ideally, a high-fidelity loudspeaker system for professional users, a loudspeaker for a public address system or the like, or a loudspeaker system used as a point sound source for measuring the acoustic properties of a hall, i.e. a transducer that converts electrical signals into acoustic signals, is required so that the sound generation point is located in the center of a sphere or a sphere-like polyhedron and a substantially uniform vibrational energy can be transmitted to the surrounding space.

Bisher wurde für die oben genannte Leistung ein breitgerichtetes Lautsprechersystem mit einem 12-flächigen Hedrongehäuse oder dergleichen vorgesehen. Dieses wurde jedoch nur selten zur Musikwiedergabe eingesetzt. Der Grund liegt darin, daß es wegen der geringen Anzahl seiner Schallsendeflächen weit von der oben erwähnten Idealform entfernt ist. Wenn jedoch andererseits eine hohle Kugel oder ein kugelförmiges Hedron als Lautsprechergehäuse verwendet wird, läßt sich eine Korrektur der sogenannten "Turbulenz" des Frequenzgangs, die einem solchen Gehäuse eigen ist, nicht genau und angemessen bewerkstelligen.Up to now, a wide-field speaker system using a 12-surface hedron enclosure or the like has been designed to achieve the above performance. However, this has rarely been used for music reproduction. The reason is that it is far from the ideal shape mentioned above due to the small number of its sound-emitting surfaces. On the other hand, if a hollow sphere or a spherical hedron is used as the speaker enclosure, correction of the so-called "turbulence" of the frequency response inherent in such an enclosure cannot be carried out accurately and adequately.

Im Gegensatz zu der obigen herkömmlichen Technik ist das erfindungsgemäße Lautsprechersystem so aufgebaut, daß Lautsprechereinheiten in den Oberflächen eines Gehäuses in Form einer hohlen Kugel oder eines kugelähnlichen Polyhedrons wie eines 32-flächigen Hedrons angeordnet sind und diese Oberflächen zur Gehäusemitte alle den gleichen Abstand aufweisen. Aufgrund dessen ist das erfindungsgemäße Lautsprechersystem zum Aussenden einer im wesentlichen gleichförmigen Schwingungsenergie und zur Übertragung der Schwingungsenergie auf den gesamten Umgebungsraum geeignet.In contrast to the above conventional technique, the speaker system according to the invention is constructed in such a way that speaker units are arranged in the surfaces of a housing in the form of a hollow sphere or a sphere-like polyhedron such as a 32-faced hedron, and these surfaces are all equidistant from the center of the housing. Due to this, the speaker system according to the invention is suitable for emitting a substantially uniform vibration energy and for transmitting the vibration energy to the entire surrounding space.

Wenn das erfindungsgemäße Lautsprechersystem außerdem als Mehrweg-Lautsprechersystem konstruiert ist, welches (eine) Lautsprechereinheit(en) aufweist, die jeweils einer von mehr als zwei spezifischen Tonbereichs-Lautsprechereinheiten zugeordnet ist (sind), unterliegen die Eingangssignale für jeden einzelnen Tonbereich einer Digital-Signal-Verarbeitung zur Korrektur des Frequenzgangs. Dadurch ist es möglich, eine Wellenfront zu erzielen, die durch von den Lautsprechereinheiten ausgehende Schallwellen erzeugt wird und die gleichmäßig ist und den gleichen Abstand zur Mitte einer Kugel oder eines kugelähnlichen Polyhedrons wie eines 32-flächigen Hedrons aufweist. Bei Ausführung als Mehrweg-Lautsprechersystem ist das erfindungsgemäße Lautsprechersystem deshalb in der Lage, eine im wesentlichen gleichmäßige Schwingungsenergie an den gesamten Umgebungsraum abzugeben.Furthermore, when the loudspeaker system according to the invention is designed as a multi-way loudspeaker system which has (a) loudspeaker unit(s) each associated with one of more than two specific sound range loudspeaker units, the input signals for each individual sound range are subjected to digital signal processing to correct the frequency response. This makes it possible to achieve a wave front generated by sound waves emanating from the loudspeaker units which is uniform and has the same distance from the center of a sphere or a sphere-like polyhedron such as a 32-faced hedron. When designed as a multi-way loudspeaker system, the loudspeaker system according to the invention is therefore able to emit a substantially uniform vibration energy to the entire surrounding space.

Bei dem erfindungsgemäßen Lautsprechersystem korrigiert außerdem dessen Digitalsignalprozessor (DSP) den Rückgang im niedrigen Frequenzgangbereich, unterdrückt die Frequenzgangzunahme an dem Frequenzpunkt, an dem der Rückgang zum niedrigeren Bereich beobachtet wird, und korrigiert das Auftreten von Minimalwerten im höheren Tonbereich. Infolgedessen ist es möglich, eine Phasenverzerrung wirksam zu beseitigen, die auf unterschiedliche Abstände zwischen der Mitte der Kugel und den Lautsprechereinheiten und auf unterschiedliche Reaktionszeiten der Membranen der Lautsprechereinheiten zurückzuführen ist.In addition, in the speaker system according to the invention, its digital signal processor (DSP) corrects the drop in the low frequency response range, suppresses the frequency response increase at the frequency point where the drop to the lower range is observed, and corrects the occurrence of minimum values in the higher sound range. As a result, it is possible to effectively eliminate phase distortion due to different distances between the center of the sphere and the loudspeaker units and different response times of the membranes of the loudspeaker units.

Außerdem hat das Gehäuse, woran die Lautsprechereinheiten montiert sind, gemäß der Erfindung einen kugelförmigen oder kugelähnlichen polygonalen Aufbau mit gekrümmter Oberfläche oder vielflächig-durchgehender Oberfläche. Daher ist es möglich, gleichzeitigen, auf die Vibration einer hexahedralen Box (Gehäuse) zurückzuführenden Schall weitgehend zu unterdrücken, der bei einem herkömmlichen System mit sechsflächigem Gehäuse, bestehend aus flachen Oberflächen, woran die Lautsprechereinheiten montiert sind, wahrscheinlich entsteht. Gemäß der Erfindung sind die Lautsprechereinheiten außerdem gut ausgewogen über die gesamte Außenfläche der Kugel oder des Polyhedrons in der Weise verteilt, daß eine Mehrzahl der Lautsprechereinheiten für den Hochtonbereich rund um die Lautsprechereinheiten für den Tief- bis Mitteltonbereich, deren Schallwellen leicht verbreitet werden, angeordnet sind. Demzufolge werden die wiedergegebenen Töne im gesamten Bereich im wesentlichen gleichförmig rund um das Gehäuse verteilt, wodurch sie im Zusammenwirken mit der oben erwähnten Funktion erheblich zur Erzeugung einer nicht-gerichteten Tonwiedergabe von einer punktuellen Schallquelle aus beitragen.Furthermore, according to the invention, the cabinet on which the speaker units are mounted has a spherical or sphere-like polygonal structure with a curved surface or polyhedral continuous surface. Therefore, it is possible to largely suppress simultaneous sound due to vibration of a hexahedral box (cabinet) which is likely to be generated in a conventional system with a hexahedral cabinet consisting of flat surfaces on which the speaker units are mounted. According to the invention, the speaker units are also well-balanced over the entire outer surface of the sphere or polyhedron in such a way that a plurality of the speaker units for the high frequency range are arranged around the speaker units for the low to mid frequency range whose sound waves are easily spread. As a result, the reproduced sounds are distributed essentially uniformly throughout the entire area around the enclosure, which, in conjunction with the above-mentioned function, contributes significantly to the production of non-directional sound reproduction from a point sound source.

Die Erfindung entspricht der obigen Beschreibung. Daher ist es möglich, ein nicht-gerichtetes Lautsprechersystem mit punktueller Schallquelle herzustellen, welches eine gute Lokalisierung des Klangbilds und eine hervorragende Reproduzierbarkeit der Ausbreitung eines Schallfelds ermöglicht. Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Lautsprechersystem als sogenanntes High-Fidelity-Lautsprechersystem für professionellen oder gewerblichen Gebrauch, als Lautsprecher für ein Beschallungssystem oder dergleichen oder als punktuelle Schallquelle zur Messung der akustischen Eigenschaften einer Halle hervorragend geeignet.The invention corresponds to the above description. It is therefore possible to produce a non-directional loudspeaker system with a point sound source, which enables good localization of the sound image and excellent reproducibility of the propagation of a sound field. Accordingly, the loudspeaker system according to the invention is suitable as a so-called high-fidelity loudspeaker system for professional or commercial use, as a loudspeaker for a sound system or the like, or as a point sound source for measuring the acoustic properties of a hall.

Claims

1. Non-directional loudspeaker system with point sound source, which comprises:

a housing with a basic structure of a hollow 32-faced hedron consisting of 12 pentagonal flat surfaces (1) and 20 hexagonal flat surfaces (2),

woofer speaker units for the low tones (7) each mounted in 9 to 12 of the pentagonal surfaces (1) and tweeter speaker units for the high tone (8) each mounted in 15 to 20 of the hexagonal surfaces (2), and

a real-time digital signal processing system (6) which is looped into the feed line (9) of each of the loudspeaker units, the real-time digital signal processing system (6) inversely characteristically filtering input signals of the loudspeaker units in order to evenly correct a maximum value (4) and a minimum value (5) which was caused in the frequency response and the phase response of each loudspeaker unit.

2. A non-directional loudspeaker system with a point sound source according to claim 1, wherein the loudspeaker units mounted on the outer surface of the spherical polyhedron are arranged such that loudspeaker units for a mid-high frequency range or high frequency range (8) are respectively arranged around the loudspeaker units for the low frequency or low-mid frequency range (7).

3. A non-directional point source speaker system according to claim 1 or 2, wherein control data for volume control is multiplexed with the SPDIF or AES/EBU signals which are digital audio interface standard signals and transmitted to a D/A converter block (10) and wherein the level of the analog signals resulting from the D/A conversion is controlled, thereby always keeping the arithmetic accuracy of the real-time digital signal processing system in the best state.

4. Non-directional loudspeaker system with a point sound source, which has:

a housing which has a basic structure of a sphere, the outer surface of which is assumed to be divided like a 32-faced hedron into 32 surfaces consisting of 12 pentagonal surfaces and 20 hexagonal surfaces,

woofer speaker units for the low tones (7) each mounted in 9 to 12 of the pentagonal surfaces, and tweeter speaker units for the high tones each mounted in 15 to 20 of the hexagonal surfaces, and

a real-time digital signal processing system looped into the feed line of each of the loudspeaker units, the real-time digital signal processing system inversely characteristic-filtering input signals of the loudspeaker units to uniformly correct a maximum and a minimum value caused in the frequency response and the phase response of each loudspeaker unit.

5. A non-directional loudspeaker system with a point sound source according to claim 4, wherein the loudspeaker units mounted on the outer surface of the sphere are arranged so that loudspeaker units for a mid-high frequency range or high frequency range (8) are each arranged around the loudspeaker units for the low frequency or low-mid frequency range (7).

6. A point source non-directional speaker system according to claim 4 or 5, wherein control data for volume control is multiplexed with the SPDIF or AES/EBU signals which are digital audio interface standard signals and transmitted to a D/A converter block (10) and wherein the level of the analog signals resulting from the D/A conversion is controlled, thereby always keeping the arithmetic accuracy of the real-time digital signal processing system in the best state.