Digitale Lautsprecher und Holofonie
Sucht man im Netz nach digitalen Lautsprechern, so wird man meist digital angesteuerte analoge Lautsprecher finden. Dass Lautsprecher auch wirklich digital arbeiten können ist nicht neu, aber relativ wenig bekannt. Das Prinzip soll hier kurz erläutert werden:
Genau wie in der Digitalwelt alle Signale quantisiert sind, also nicht jeden beliebigen Wert sondern nur ein ganzzahliges Vielfaches des niederwertigsten Bit (LSB) annehmen können, so kann mit einer entsprechend aufgeteilten Membranfläche auch in solchen kleinen Abstufungen Luft bewegt werden. Dabei werden die Teilbereiche der Membran wirklich geschaltet, sie kann bis zu ihrem Extremwert ausgelenkt werden. Wichtig ist nur, dass alle Teilflächen den gleichen Hub und die gleiche Fläche pro Bit haben. Die Ansteuerung kann dann direkt mit dem binären Signal erfolgen, der D/A- Wandler entfällt, die Luft vor der Membranfläche übernimmt diese Funktion.
Hier sind sechs von 256 Auslenkungen, die ein 8 Bit Wandler erzeugen kann, skizziert:
Ob die 256 Abschnitte aus diskreten Lautsprechern, Piezo- Elementen, der unterteilten Folie eines Elektrostaten oder auf andere Weise aufgebaut ist, ist für das Funktionsprinzip unwichtig. Auch an Linearität werden keinerlei Anforderungen gestellt, die Teilbereiche müssen einfach nur „ schalten“. Das aber schnell, sie haben nur einen Taktzyklus des Digitalsignals Zeit dafür. Der Frequenzgang des Digitalen Lautsprechers wird prinzipiell nur noch von seinen Abmessungen und der Richtwirkung, die sich daraus ergibt, bestimmt.
Die praktische Realisierung der digitalen Lautsprecher bereitet aber bis heute prinzipielle Schwierigkeiten. Die Teilbereiche dürfen räumlich nicht zu weit voneinander getrennt sein. Forschungen gehen deshalb auch in Richtung von Integrierten Lösungen als digitale Schallwandler. Bisher sind nur Strahler mit 8 Bit Quantisierung praktisch realisiert worden. Viel zu wenig für die Audiowiedergabe im Heimbereich, das Quantisieungsrauschen mit weniger als 40 dB Abstand zum Signal scheint bisher nur eine Anwendung im Kommunikationsbereich zuzulassen. Auch der hohe Ultraschallpegel, der von der Taktfrequenz entsteht, ist ein Problem für das noch keine lösung gefunden wurde.
Die Wellenfeldsynthese könnte aber zukünftig eine Anwendung für die Technologie sein. Im akustischen Vorhang arbeiten benachbarte Strahler relativ synchron. Der Abstand der einzelnen Schallquellen für die Elementarwellen zum Zuhörer unterscheidet sich aber leicht, wodurch der Schalldruck der einzelnen Abstufungen etwas differiert. Das glättet die Gesamtkurve. Die Summe aus 1296 Einzelstrahlern hätte etwa 65 500 Abstufungen, woraus sich ein unbewerteter Rauschabstand von etwa 98 dB errechnen lässt. Zusammen mit dem im „ Holophony“- Ansatz vorgeschlagenen Lautsprecherfeld hätten also auch die Digitalen Lautsprecher eine Perspektive.
