DE1944020A1 - Schaltungsanordnung zur Kompensation der dynamischen Impedanzaenderungen eines Lautsprechers - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Kompensation der dynamischen Impedanzaenderungen eines Lautsprechers

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DE1944020A1 DE19691944020 DE1944020A DE1944020A1 DE 1944020 A1 DE1944020 A1 DE 1944020A1 DE 19691944020 DE19691944020 DE 19691944020 DE 1944020 A DE1944020 A DE 1944020A DE 1944020 A1 DE1944020 A1 DE 1944020A1
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F1/34Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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Description

  • 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 -

Claims (4)

  1. P a t e n t a s p r ü c h e 1. Schaltungsanordnung zur Kompensation der dynamischen Impedanzänderungen eines Lautsprechers oder dergleichen, mit einem Verstärker und einer aus Impedanzen gebildeten Brückenschaltung, deren einer Zweig von dem lautsprecher gebildet ist, die bei blockierter Membran des Lautsprechers abgeglichen ist und an der an dem gegenüberliegenden Zweig eine Signalspannung abgenommen ist, die auf den Verstärkereingang negativ zurückkoppelbar ist und die in einem Frequenzbereich praktisch unabhängig von dynamischen Impedanzänderungen ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Rücidcopplung der Signalspannung über einenTiefpaßfilter (17) mit derartig frequenzabhängiger Übertragungscharakteristik erfolgt, daß die Übertragung der Signalepannung in dem von dynamischen Impedanzänderungen unabhängigen Frequenzbereich (f1,f2) und bei demgegenüber höheren Frequenzen gesperrt ist, daß zwischen dem Tiefpaßfilter (I3) und der Diagonalen (8,10) der Brückenschaltung (2), an in Signalspannung abgenommen ist, ein aktives Schaltungselement (18) geschaltet ist, und daß zusätzlich eine an sich bekannte negative REckkopplung zwischen dem Ausgang und einem Eingang (23) des Verstärkers (1) vorgesehen ist, die jedoch im Sinne einer Korrektur der tiefenFrequenzen wirkt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das aktive Schaltungeelement (18) eine hohe Eingangsimpedanz hat.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das aktive Schaltungselement einen Transistor (18) aufweist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n nz e i c h n e t , daß der Tiefpaßfilter (17) mindestens zwei von Kondensatoren (25,26) gebildete Querzweige, aufweist und daß in einem Längszweig des Tiefpaßfilters (17) ein Kondensator (27) geschaltet ist, dessen Wert so gewählt ist, daß er eine Dampfung bei extrem tiefen Frequenzen und eine korrektur der Phasenverschiebung des Tiefpaßfilters (17) in dem um die Resonanzfrequenz des Lautsprechers (3) herum gelegenen Betriebafrequenzbereich bewirkt.
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