DE3933170A1 - Verfahren und vorrichtung zur stereophonen tonwiedergabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Erfindungsge­ danken ein Verfahren zur stereophonen Tonwiedergabe, bei dem in Zeit und/oder Phase entsprechend einem mittleren Abstand der beiden menschlichen Ohren gegeneinander ver­ setzte Schallemissionen erzeugt werden, und geht gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bisher ist eine stereophone Tonwiedergabe nur möglich, wenn bereits die Tonaufnahme mittels wenigstens zweier gegeneinander versetzter Mikrofone erfolgt. Ebenso muß die Tonabgabe über mindestens zwei Lautsprecher erfolgen.

Zur Fernübertragung sind dabei zwei Kanäle erforderlich. Sofern es sich um die Wiedergabe von auf Tonträgern, wie Schallplatten etc., aufgezeichneten Tönen handelt, sind komplizierte elektrische Schaltkreise erforderlich, eben­ falls wenigstens zwei Lautsprecher, die separat angesteu­ ert werden müssen. Diese Zweispurigkeit beruht darauf, daß die beiden menschlichen Ohren einen gegenseitigen Abstand besitzen, so daß sich gegeneinander versetzte Wahrnehmungen ergeben.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stereophonen Wiedergabe eines monophon erzeugten Schalls zu schaffen.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe besteht er­ findungsgemäß darin, daß der gesamte Schallausstoß eines Tongenerators in zwei Teile etwa gleicher Schallmenge aufgeteilt wird, von denen der eine Teil ohne Umweg di­ rekt abgegeben wird, während der andere Teil umgelenkt und über einen Umweg abgegeben wird, der einem mittleren Abstand der beiden menschlichen Ohren in etwa entspricht.

Diese Maßnahmen kommen in vorteilhafter Weise erst am emp­ fängerseitigen Ende einer Schallübermittlungseinrichtung zur Anwendung. Die Aufnahme und Übertragung bis zum Ton­ generator kann daher in vorteilhafter Weise monophon sein. Man kommt daher in vorteilhafter Weise mit lediglich einem zum Tongenerator führenden Kanal aus. Ebenso wird in vor­ teilhafter Weise nur ein einziger Tongenerator benötigt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben daher eine nicht unbeträchtliche Vereinfachung, was sich insbesondere bei Geräten vorteilhaft auswirkt, die an sich nur einen Kanal benötigen, wie Rundfunk-, Fernseh-, Telefon-, Abspiel­ geräte für Tonaufzeichnungen und dergleichen. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen ausschließlich auf dem Prinzip der Akustik bzw. der Wellenlehre beruhen und daher keinerlei Elektronik benötigen, was ebenfalls zu einer starken Vereinfachung und hohen Robustheit führt.

Die vorrichtungsmäßige Lösung der genannten Aufgabe ge­ lingt erfindungsgemäß durch zwei mit axialem Abstand kon­ zentrisch ineinander angeordnete, mit einander zugewandten, in Achsrichtung gleichsinnig geneigten Reflexionsoberflä­ chen versehene Reflektoren, von denen der äußere Reflek­ tor, der einen größeren Außendurchmesser als der innere Reflektor aufweist, mit einer zentralen Öffnung versehen ist und einen in dieser angeordneten Tongenerator umgibt, der vom inneren Reflektor beabstandet ist.

Mit diesen Maßnahmen läßt sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren in höchst einfacher und äußerst robuster Weise kon­ struktiv verwirklichen. Aufgrund der Durchmesserdifferenz zwischen den konzentrisch ineinander angeordneten Reflek­ toren läßt sich die gewünschte Schallmengenteilung zwi­ schen umgelenktem und nicht umgelenktem Schall erreichen. Infolge des hinzukommenden gegenseitigen Abstands der beiden Reflektoren ergibt sich gleichzeitig ein ausrei­ chender Schallaustrittsquerschnitt. Ferner ergibt sich zwischen den einander gegenüberliegenden, voneinander beabstandeten Reflexionsoberflächen der beiden Reflekto­ ren eine hin- und hergehende Reflexion und damit der ge­ wünschte Umweg und die gewünschte Verlängerung des Weges des betreffenden Schallmengenanteils. Infolge der Neigung der Reflexionsoberflächen wird nicht nur die Anzahl der Reflexionsvorgänge auf zwei Umlenkungen beschränkt, son­ dern ergibt sich gleichzeitig auch eine hohe Steifigkeit der Reflektoren.

In zweckmäßiger Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen können die einander zugewandten Reflexionsoberflächen ge­ wölbt sein, wobei vorteilhaft die konkave Reflexionsober­ fläche des äußeren, den Tongenerator umfassenden Reflek­ tors parabolisch und die konvexe Reflexionsoberfläche des inneren, dem Tongenerator gegenüberliegenden Reflektors hyperboloid gewölbt sein können. Diese Maßnahmen ergeben nicht nur eine besonders hohe Steifigkeit der Reflektoren, so daß diese als einfache Blechformlinge ausgebildet sein können, ohne daß nennenswerte Eigenschwingungen zu befürchten wären, sondern ergeben gleichzeitig auch eine praktisch gleichmäßige Verteilung des vom dem Tongenera­ tor gegenüberliegenden, inneren Reflektor auf den äußeren Reflektor zurückreflektierten Schalls über die gesamte Reflexionsoberfläche des äußeren Reflektors.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß der Außendurchmesser des kleineren, inneren Reflektors um etwa ein Drittel bis etwa ein Fünftel, vorzugsweise um ein Viertel größer als der Außendurchmesser des Tongene­ rators ist. Mit Hilfe dieser Dimensionierung ergibt sich bei einem mittleren Abstand der beiden Reflexionsoberflä­ chen von etwa der Hälfte des statistischen Ohrenabstands die gewünschte Schallmengenaufteilung.

Der statistische Ohrenabstand der beiden menschlichen Ohren beträgt etwa 7 Zoll. Zweckmäßig sind die beiden Reflexionsoberflächen daher im Mittel um etwa 8,5 cm bis 9,5 cm, vorzugsweise 8,9 cm, voneinander entfernt, so daß sich im Falle einer zweimaligen Umlenkung ein Gesamtum­ weg von etwa dem statistischen Ohrenabstand entsprechen­ der Länge ergibt.

Da von einem mittleren Ohrenabstand auszugehen ist, können die beiden Reflektoren in vorteilhafter Weise gegeneinander unverstellbar angeordnet sein, so daß je­ der Bedienungsaufwand entfällt.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß der Tongenerator im mittleren, dem Musikbereich ent­ sprechenden Frequenzbereich, eine vergleichsweise hohe Leistung aufweist. Gerade innerhalb dieser mittleren Frequenzen liegt nämlich der für den Stereoeffekt effek­ tivste Bereich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung enthält eine erfindungsgemäße Tonwieder­ gabevorrichtung, teilweise im Schnitt.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Mikrofon bezeichnet, das über eine einkanalige Leitung 2 mit einem Tongenerator 3 in Form eines einfachen Lautsprechers verbunden ist. Das Mikrofon 1 kann in einem Aufnahmestudio, der Tongenera­ tor 3 kann in einem hiervon getrennten Zuhörerraum pla­ ziert sein. Es wäre aber auch denkbar, daß zwischen Auf­ nahme und Wiedergabe eine Funkübertragung stattfindet. Ebenso wäre es denkbar, daß der Lautsprecher nicht einem Mikrofon nachgeordnet ist, sondern dem Tonkopf eines Ab­ spielgerätes, etwa eines Plattenspielers oder derglei­ chen.

Beim Tongenerator 3 kann es sich um einen heute gebräuch­ lichen Lautsprecher des dynamischen Typs handeln. In jedem Falle soll der Lautsprecher im mittleren Frequenz­ bereich um etwa 1000 Hz seinen größten Output besitzen, da dieser Frequenzbereich der für einen Stereoeffekt effektivste Bereich ist. Gleichzeitig ist davon auszuge­ hen, daß Musik im wesentlichen in diesem Bereich statt­ findet. In den oberen und in den unteren Frequenzberei­ chen können dementsprechend schwächere Leistungen vor­ liegen, da diese Frequenzbereiche für den Stereoeffekt weniger wichtig sind.

An den Außenumfang des in an sich bekannter Weise die von einer Tauchspule bewegbare Lautsprechermembrane 4 enthaltenden Lautsprechertrich­ ters 5 ist ein erster, schirmförmiger Reflektor 6 ange­ setzt, dessen konkave Innenseite als Ton-Reflexionsober­ fläche 7 ausgebildet ist. Die konkave Ton-Reflexions­ oberfläche 7 besitzt parabolischen Verlauf, was eine hohe Steifigkeit gewährleistet. Der schirmförmige Reflek­ tor 6 kann dementsprechend einfach als gestanzter und gepreßter Blechformling ausgebildet sein. Aufgrund der erzielten Steifigkeit wird dieser praktisch nicht zu nennenswerten Eigenschwingungen angeregt. Die Form der der Reflexionsoberfläche 7 zugrundeliegenden Parabel und dementsprechend der Öffnungswinkel der Parabelflanken hängt vom gewünschten Streuwinkel ab.

Der den ersten Reflektor 6 bildende Blechformling ist mit einer zentralen, d. h. zur Symmetrieachse konzen­ trischen Ausnehmung versehen. Hierdurch ergibt sich ein umlaufender Innenrand, der mittels eines Montagerings 8 mit dem umlaufenden äußeren Rand des Lautsprechertrich­ ters 5 verbunden ist, so daß sich eine bezüglich der ge­ nannten Symmetrieachse konzentrische Anordnung ergibt.

Ebenfalls konzentrisch zum ersten Reflektor 6 ist ein hier in diesen eingesetzter, vom Tongenerator 3 beab­ standeter, zweiter Reflektor 9 angeordnet. Dieser kann ebenfalls schirmförmig ausgebildet und demensprechend als gestanzter und/oder gepreßter Blechformling herge­ stellt sein. Die umlaufende Wandung des zweiten Reflek­ tors 9 ist gleichsinnig wie die umlaufende Wandung des ersten Reflektors 6 in Achsrichtung geneigt, so daß sich eine dem ersten Reflektor 6 gegenüberliegende, konvexe Oberfläche ergibt, die hier als dem zweiten Reflektor 9 zugeordnete Ton-Reflexionsoberfläche 10 ausgebildet ist. Der konkaven Reflexionsoberfläche des ersten Reflektors 6 liegt dementsprechend eine hiervon beabstandete, kon­ vexe Reflexionsoberfläche 10 des zweiten Reflektors 9 gegenüber. Diese konvexe Reflexionsoberfläche 10 des zweiten Reflektors 9 ist hier hyperboloid gewölbt.

Der Außendurchmesser des dem Tongenerator 3 mit Abstand gegenüberliegenden, zentral angeordneten Reflektors 9 ist wesentlich kleiner als der Außendurchmesser des den Tongenerator 3 umfassenden, ersten Reflektors 6, aber etwas größer als der Außendurchmesser des gegenüberlie­ genden Lautsprechertrichters 5 bzw. der in diesem aufge­ nommenen Lautsprechermembrane 4. Diese Differenz kann ein Drittel bis ein Fünftel des Außendurchmessers des Tongenerators 3 betragen. Im dargestellten Ausführungs­ beispiel soll diese Differenz ein Viertel des genannten Durchmessers betragen. Zwischen dem ersten Reflektor 6 und dem zweiten Reflektor 9 ergibt sich dementsprechend ein in die Umgebung mündender Ringraum 12, der eine di­ rekte Verbindung des vom ersten Reflektor 6 umfaßten, dem zweiten Reflektor 9 mit Abstand gegenüberliegenden Tongenerators 3 mit der Umgebung darstellt.

Der Abstand zwischen dem ersten Reflektor 6 und dem zweiten Reflektor 9 ist so bemessen, daß sich ein mitt­ lerer, lichter Querschnitt des Ringraums 12 von minde­ stens 8 cm ergibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser mittlere Abstand 8,9 cm (3,5 Zoll) und liegt dementsprechend im Bereich zwischen 8,5 cm und 9,5 cm. Hierbei handelt es sich dementsprechend um einen Abstand, der in etwa der Häfte des mittleren gegensei­ tigen Abstands der beiden menschlichen Ohren entspricht. Eine Verstellbarkeit des zweiten Reflektors 9 ist nicht erforderlich. Dieser kann daher unverstellbar angeordnet sein.

Hierzu kann der vom ersten Reflektor 6 mit Abstand um­ faßte zweite Reflektor 9 auf einer koaxial angeordneten Tragstange aufgenommen sein, die am Tongenerator 3 ge­ haltert sein und gleichzeitig als Distanzhalter fungieren kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zwei­ te Reflektor 9 durch drei gleichmäßig am Umfang versetz­ te Verbindungsstangen 13 am ersten Reflektor 6 befe­ stigt, so daß das Zentrum frei bleibt, was sich günstig auf die Funktionsweise auswirkt. Die Verbindungsstangen 13 können durch Rohrabschnitte gebildet werden, die so gebogen sind, daß sie mit ihren Stirnflächen satt an den gewölbten Oberflächen des ersten bzw. zweiten Reflek­ tors 6, 9 anliegen. Diese Verbindungsstangen 13 können mit dem ersten und zweiten Reflektor 6, 9 verschweißt oder verlötet sein. Hier sind die Verbindungsstangen 13 mit dem ersten und zweiten Reflektor 6, 9 verschraubt. Dementsprechend sind in die Enden der Verbindungsstangen 13 eingreifende Halteschrauben 14 vorgesehen, die den ersten bzw. zweiten Reflektor 6, 9 durchgreifen und mit ihrem Kopf an den dem Reflexionsoberflächen gegenüber­ liegenden Oberflächen des ersten und zweiten Reflektors 6, 9 anliegen.

Es wäre aber auch denkbar, den ersten und zweiten Re­ flektor 6, 9 einschließlich der Distanzelemente einstüc­ kig auszubilden, etwa als Kunststoff-Spritzgußformling. Selbstverständlich wäre auch bei mehrstückiger Ausfüh­ rung die Verwendung von Kunststoffteilen möglich.

Im Betrieb trifft ein Teil des vom Tongenerator 3 erzeug­ ten und abgegebenen Schalls, der hier insbesondere im mittleren Frequenzbreich um 1000 Hz besonders stark ist, auf die zentrale bzw. zentrumsnahe, dem Tongenerator 3 mit Abstand gegenüberliegende, konvexe Reflexionsober­ fläche 10 des kleineren, zweiten Reflektors 9 auf, wie in der unteren Hälfte der Zeichnung durch einen gestri­ chelt angedeuteten Strahlenverlauf dargestellt ist. Ein anderer Teil des gesamten Schallausstoßes geht am äuße­ ren Rand des zweiten Reflektors 9 vorbei und tritt über den Ringraum 12 direkt, d. h. ohne Umlenkung in die Um­ gebung aus, wie in der oberen Hälfte der Zeichnung durch einen gestrichelten Strahlenverlauf 11a angedeutet ist. Die auf den zweiten Reflektor 9 auftreffende Schallmenge und die an diesem vorbeigehende Schallmenge beträgt in­ folge der oben angegebenen Dimensionierungen jeweils in etwa die Hälfte der Gesamtschallmenge. Die auf die dem Tongenerator 3 zugewandte, konvexe Reflexionsoberfläche 10 des inneren Reflektors 9 auftreffende Schallmenge 11b wird entsprechend den Reflexionsgesetzen, wie aus der unteren Hälfte der Zeichnung weiter erkennbar ist, auf die konvexe Reflexionsoberfläche 7 des äußeren Reflek­ tors 6 zurückreflektiert und hiervon über den Ringraum 12 in die Umgebung abgestrahlt. Durch das Zusammenwirken der mit Abstand einander gegenüberliegenden Reflexions­ oberflächen 10 und 7 ergibt sich dementsprechend eine zweimalige Umlenkung des Schalls, wobei dieser den lich­ ten Querschnitt des Ringsraums 12 in hin- und hergehen­ der Richtung durchläuft, bevor er in die Umgebung abge­ strahlt wird. Hierdurch ergibt sich dementsprechend eine vom gegenseitigen Abstand der einander gegenüberliegen­ den Reflexionsoberflächen 10 und 7 abhängige Verlänge­ rung des Wegs des durch Reflexion umgelenkten Schallmen­ genanteils gegenüber dem Weg des nicht umgelenkten Schallmengenanteils. Diese gegenseitige Wegdifferenz der in etwa das Mengenverhältnis 1 : 1 aufweisenden Schallmen­ genanteile, die hier infolge der angegebenen Abstands­ dimensionen in etwa dem statistischen Abstand der beiden menschlichen Ohren entspricht, führt zum gewünschten Stereoeffekt. Infolge der vorliegenden Wölbungskonturen der zusammenwirkenden Reflexionsoberflächen 10 und 7 er­ gibt sich, wie die untere Hälfte der Zeichnung weiter erkennen läßt, eine praktisch gleichmäßige Verteilung des an der Reflexionsoberfläche 10 des inneren Reflek­ tors 9 reflektierten Schallmengenanteils auf die Refle­ xionsoberfläche 7 des äußeren Reflektors 6.

Claims (16)

1. Verfahren zur stereophonen Tonwiedergabe, bei dem in Zeit und/oder Phase entsprechend einem mittleren Ab­ stand der beiden menschlichen Ohren gegeneinander versetzte Schallemissionen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Schallausstoß eines Tongenerators (3) in zwei Teile etwa gleicher Schall­ menge aufgeteilt wird, von denen der eine Teil ohne Umweg direkt abgegeben wird, während der andere Teil umgelenkt und über einen Umweg abgegeben wird, der einem mittleren Abstand der beiden menschlichen Oh­ ren in etwa entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umweg des umgelenkten Teils des Schallaus­ stoßes durch hin- und hergehende Reflexion erzeugt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des in einem der vorher­ gehenden Ansprüche angegebenen Verfahrens, gekenn­ zeichnet durch zwei mit axialem Abstand konzentrisch ineinander angeordnete, mit einander zugewandten, in Achsrichtung gleichsinnig geneigten Reflexionsober­ flächen (7, 10) versehene Reflektoren (6, 9), von denen der äußere Reflektor (6), der einen größeren Außendurchmesser als der innere Reflektor (9) auf­ weist, mit einer zentralen Öffnung versehen ist und einen in dieser angeordneten Tongenerator (3) umgibt, der vom inneren Reflektor (9) in axialer Richtung be­ abstandet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsoberflächen (7, 10) eine gewölbte Kontur besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Reflexionsoberfläche (7) des äußeren, den Tongenerator (3) umfassenden Reflektors (6) para­ bolisch gewölbt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Reflexionsoberfläche (10) des dem Tongenerator (3) gegenüberliegenden, inneren Reflek­ tors (9) hyperboloid gewölbt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurch­ messer des kleineren, inneren Reflektors (9) größer als der Außendurchmesser des Tongenerators (3) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des dem Tongenerator (3) ge­ genüberliegenden, inneren Reflektors (9) um ein Drit­ tel bis ein Fünftel, vorzugsweise um ein Viertel, größer als der Außendurchmesser des Tongenerators (3) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Ab­ stand der ineinander angeordneten Reflektoren (6, 9) mindestens 8 cm, vorzugsweise 8,5 cm bis 9,5 cm, beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand der voneinander beabstande­ ten Reflektoren (6, 9) 8,9 (3,5 Zoll) beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Tonge­ nerator (3) gegenüberliegende, innere Reflektor (9) gegenüber dem den Tongenerator (3) umfassenden, äuße­ ren Reflektor (6) unverstellbar angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Re­ flektoren (6, 9) durch wenigstens eine dezentral an­ geordnete, vorzugsweise durch drei gleichmäßig am Um­ fang versetzte Verbindungsstangen (13) fest mitein­ ander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstangen (13) so gebogen sind, daß ihre Enden senkrecht zur jeweils zugewandten Fläche der Reflektoren (6, 9) verläuft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektoren (6, 9) einschließlich der Distanzelemente einstückig ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenera­ tor (3) ein monophoner Tongenerator ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (3) im mittleren Frequenzbereich um 1000 Hz seine stärkste Leistung aufweist.