-
Schaltungsanordnung zur Kompensation der dynamischen Impedanzänderungen
eines Lautsprechers Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur
Kompensation der dynamischen Impedanzänderungen eines Lautsprechers oder dergleichen,
mit einem Verstarker und einer aus Impedanzen gebildetenBrückenschaltung, deren
einer Zweig von dem Lautsprecher gebildet ist, die bei blockierter ilembran des
Lautsprechers abgeglichen ist und an der an dem Gegenüber-liegenden Zweig eine E;ignalspannung
abgenommen ist, die auf den Verstärkereingang negativ zuruckgekoppelt ist, und die
in einem Frequenzbereich praktisch unabhängig von dynamischen Impedanzänderungen
ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltungsanordnung
reproduzierbar zu machon, ihre Anwendung zu erleichterti und ihre industrielle Serienfertigung
zu ermöglichen.
-
Es ist bereits das anhand der Fig. 1 zu erläuternde Verfahren bekannt,
wonach ein Verstärker 1 über eine Brückenschaltung 2 einen lautsprecher 3 speist,
der einen Zweig der Brückenschaltung 2 bildet, während an den Klemmen 8, 9 des gegenüberliegenden
Zweigs 6 eine Signalspannung abgenommen und auf einen Eingang 81 des Verstärkers
1 zurückgeführt ist. Die Brückenschaltung 2 ist hierbei mit der Impedanz der Spule
des tautsprechers bei blockierter Membran des Lautsprechers abgeglichen. Bei Schwingungen
der Membran werden jedoch in der Spule Spannungen erzeugt oser anders gesagt, es
tritt eine dynamische Impedanzänderung auf.
-
Diese dadurch bewirkte Verstimmung der Brückenschaltung 2 erzeugt
eine Signalspannung an den Klemmen 8, 9, die in erster Annäherung der Geschwindigkeit
der Membran proportional ist. Die Rückkopplung soll diese Seschwindigkeit'kompensieren,
d.h. die mechanische Resonanz des Lautsprechers unterdrücken.
-
Leider ist die Funktion der Brückenschaltung 2 nicht so einfach, wie
man geglaubt hat. Bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 werden wenig reproduzierbare
Sesultate erhalten, die zudem oit weniger gut sind, als wenn überhaupt keine Rückkopplung
vorgesehen wird. Verechiedene bekannte Vorschläge sind veröffentlicht und auch patentiert
arorden, um das Verfahren zu verbessern, ohne daß dabei Jedoch ein in industrieller
Hinsicht befriedigendes Resultat erzielt wurde, Daher konnte die Methode trotz ihrer
großen theortischen Vorteile bisner noch nicht in reproduzierbarer Form in Praxis
eingeführt werden.
-
Der Grund zur diese mißerfolge liegt darin, daß man bisher die wahre
Ursache des Auftretens falscher Signaispannungen an der Brückensciialtung 2 noch
nicht erkannt hatte. Dies sei im folgenden anhand der Fig. 2 gezeigt, in der die
die Brückenschaltung bildenden Schaltungselemente näher dargestellt sind.
-
Es ist erkennbar, daß dann, wenn die elektrische Impedanz 11 des lautsprechers
bei blockierter membran ledz gleich aus einem ohmschen Widerstand 12 bestünde, die
BrUckenschaltung nach dem anhand der Fig. 1 erl terten Prinzip funktionieren könnte.
Diese Impedanz 11 der Spule des Lautsprechers 3 weist Jedoch auch eine induktive
Komponente 13 auf, die das gewünschte Verhalten der Brückenschaltung ungünstig b.einflußt.
Die Verfasser bzw. Erfinder der bekannten Vorschläge waren eich der Existenz der
Komponente 13 bowußt, haben sie jedoch hinsichtlich ihres Störverhaltens falsch
beurteilt. Sie haben in ihrem Vorhandensein nämlich lediglich eine Schwierigkeit
für den korrekten Abgleich der Brückenschaltung für den gesamten Rörfrequenzbereich
bei blockierter Iiembran gesehen. Als Abhilfe haben eie vorgeschlage, in anderen
Zweigen der Brückenschaltung passende Reaktanzen vorzusehen, z.B. im Zweig 4 oder
5 eine RL-Reihenschaltung vorzusehen, oder den Zweig 6 aus einer Parallelschaltung
eines Londensators 16 und eines Widerstands 15 (iG. 4) zu bilden. Ein anderer Vorschlag
zum genauen Abgleich der Brückenschaltung im geeamten Hörfrequenzbereich geht dahin,
verwickelt aufgebaute reaktanten zu verwenden, deren Übertragungschalrakteristik
die ohmschne Verluste der Induktanz 13 im Bereich hoher Frequenzeh berücksichtigt.
-
Zur Vermeidung der Schwierigkeiten beim Abgleich der Brückenschaltung
haben andere Autoren auch vorgeschlagen, im Bereich hoher Frequenzen, beispielsweise
mittels eines zwischen den Anschlüssen 10, 8 geschalteten i:ondensators, eine Dämpfung
einzuführen. Hiermit sollte gleichzeitig die Wirkung von im Bereich hoher Frequenzen
auftretenden Teilschwingungen der Membran kompensiert werden, die als hauptsächliche
Ursache der Schwierigkeiten angesehen wurde. Im folgenden wird gezeigt, daß ein
solches Mittel ungeeignet ist, die wahre Ursache der Schwierigkeiten zu beheben.
Es sei noch hinzugefügt, daß die Schaltung eines Kondensators direkt zwischen den
Anschlüssen für die Signalspannung der grundlegenden Theorie der Meßbrücken widerspricht.
-
Die Erfindung geht aus von einer genaueren Untersuchung der Schaltungsanordnung
der Fig. 2. Diese Untersuchung zeigt, daß sich die störende Wirkung aus dem Zusammenwirken
der positiven Reaktanz 13 mit der *-ieaktiv-Komponente des dynamischen Impedanzanteils
14 ergibt, walch letzterer oberhalb der Resonanzfrequenz des Lautsprechers negativ
wird. Fig. 3 stellt die Reaktanzen in Abhängigkeit von der Frequenz dar, und führt
zu dieser Erklärung. In dieser Figur zeibt die kurve a die Reaktanz X 13, die Kurve
b die Reaktanz X 14 und die Kurve c den Widerstand R 14. Die Linie f0 bezieht sich
auf diejenige Frequenz, die der Resonanz des Lautsprechers entspricht und bei der
die Rückkopplung zur Kompensation der dynamischen Impedanzänderung am stärksten
sein muß. Aus der Fig. 3 ist erkennbar, daß die gesamte Reaktanz des Zweigs 3 unerwünschterweise
bei zwei ire quenzen f1, f2 zu Rull wird, wo die Beträge der beiden
Reaktanzen
X 13 und X 14 gleich und ihre Vorzeichen entgegengesetzt sind. Selbst wenn daher
die BrAckenschaltung bei blockierter lilembran vollkommen abgeglichen war, wird
im Bereich der Frequenzen f1 und f2 eine ignalspannung erhalten, die keineefalls
proportional der Geschwindigkeit der Membran, sondern praktisch unabhängig von dynamischen
Impedanzänderungen ist. Hierdurch wird die Übertragnngsfunktion der gesamten Schaltungsanordnung
wesentlich verzerrt.
-
Dieses Verhalten der Brückenschaltung 2 ähnelt denjenigen des bekannten
akustischen Baßreflexraumes, der die ursprüngliche Resonanz des Lautsprechers unterdrückt,
dafür jedoch eine andere Resonanz erzeugt, die noch störender wirkt, da sie bei
einer höheren Frequenz liegt.
-
Das ISß des Störeffekts der bei den Frequenzen fl und f2 von der dynamischen
Impedanz unabhängigen Signalspannung hängt ab von dem )ert der ohmschen Komponente
R 14 kurve c) des dynamischen Impedanzanteils 14, der bei den genannten Frequenzen
besteht. Dieser Wert ist.stark schwankend, da er von den mechanischen und akustischen
belastungen des lautsprechers abhängt, die meist nicht beeinflußbar sind. Dies erklärt,
warum bei den bekannten Lösungen unbefriedigende und praktisch nicht reproduziierbare
Resultate auftreten.
-
1>er Frequenzbereich, in dem die SignaLspannung praktisch unabhängig
von dynamischen Impedanzänderungen ist, liegt sehr nahe an dem Betriebsfrequenzbereich
der SWchaltungsanordnung in der Umgebung der Frequenz f0.
-
Bs handelt sich daher um ein in physikalischer und technischer Hinsicht
vollkommen anderes Problem als den Abgleich der Brückenschaltung oder die Unterdrückung
von
Teilschwingungen der Membran, die erst bei sehr viel weiter
entfernt liegenden Frequenzen auftreten-. Demgemäß unterscheiden sich die von der
Erfindung vorgeschlagenen Mittel wesentlich von denen der bekannten Vorschläge.
-
Bei der Schaltungsanordnung gedB der Erfindung ist eine Kombination
von tIaßnahmen vorgesehen, die eine starke Rückkopplung von mindestens 10 dB bei
der Resonanzfrequenz f0 des lautsprechers bewirken, die andererseits aber die Wirkung
der an der Brückenschaltung 2 abgenommenen Signalspannung in dem der Resonanz frequenz
fO naheliegenden Frequenzbereich, in dem die an der Brükkenschaltung 2 abgenommene
Signalspannung praktisch unabhängig von dynamischen Impedanzänderungen ist, genügend
unterdrücken. Diese Maßnahmen sind im einzelnen anhand der Fig. 4 bis 6 erläutert.
-
Ein mit, der Signalspannung der Brückenschaltung 2 beaufschlagter
Transistor 18 ist so geschaltet, daß seine Eingangsanschlüsse 19, 20 je nach der
gewünschten Polarität des Ausgangssignals mit den Anschlüssen-8, 10 bzw.
-
10, 8 der Brückenschaltung 2 verbunden sind. Die rufgabe des Transistors
18 liegt darin, die Signalspannung zu verstärken und in Bezug zu dem jiassepotential
zu setzen und ein aktives Schaltungselement hoher Eingangsimpedanz für alle übrigen
Elemente in dem Rückkopplungsweg zu bilden Dem Transistor 18 ist einTiefpaßfilter
17 sachgeschaltet, das in seinen Querzweigen Zwei Kondensatoren 25, 26 (Fig. 5)
aufweist, die jeweils zwischen dem siganlübertragenden längssweig und Masse gescheltzt
sind.
-
Damit die Übertragungsfunktion des Filters bei extrem tiefen Frequenzen
keine zu großen Werte annimmt, die zu einer störenden positiven Rückkopplung führen
könnten, weist der Tiefpaßfilter 17 außerdem einen in einem Lkngszweig in Serie
liegenden Kondensator 27 auf, der das übertragene Signal bei den extrem tiefen Frequenzen
dämpft, Der Kondensator 27 korrigiert außerdem die Phasenverschiebung des Tiefpaßfilters
17 in dem um die Resonanz frequenz f0 des lautsprechers gelegenen Betriebsfrequensbereich
Nun hat der Tiefpaßfilter 17 mit seinen beiden an Masse liegenden Kondensatoren
25, 26 - oder anders gesagt, mit zwei RC-Gliedern-- noch keine genügende Steilheit,
um den Betriebs frequenzbereich von dem Frequenzbereich, in dem die Signalspannung
praktisch unabhängig von dynamischen Impeda@zänderungen iet, zutrennen. Leider würde
jede Erhöhung der Anzahl der C-lieder zu einer die Wirkung der Schaltungsanordnung
störenden erhalten Phasenverschiebung führen. Um trotzdem eine genügende Trennung
zwischen den beiden Frequenzbereichen zu erhalten, weist die Schaltungsanordnung
ein weiteres, im Sinne einer korrektur der tiefenlrequenzen wirkendes Schaltung-selement
24 (Fig. 4 und 6) auf. Dieses ist in einem an sich bekannten segativen Rückkopplungsweg
zwischen ausgang und Eingang des Verstärkers 1 gesonaltet. Es kann beispielsweise
(Fig. 6) als einfacher Hochpaßfilter mit einem zu einem Widerstand 29 paralel geschalteten
Kondensator 26 sein. Zweck dieses Schaltungselements ist es, die Verstärkung des
Verstärkers 1 bei niedrigen Frequenzen zu erhöhen, wodurch eine verbesserte Unterscheidung
zwiscnen dem Betriebafrequenzbereich
und dem bei der Kompensation
der dynamischen Impedanzänderungen störenden Frequenzbereich erzielt wird.
-
- Fatentansprüche -