DE1944020A1 - Circuit arrangement for compensating the dynamic changes in impedance of a loudspeaker - Google Patents

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.Circuit arrangement for compensating the dynamic changes in impedance of a loudspeaker The invention relates to a circuit arrangement for Compensation of the dynamic impedance changes of a loudspeaker or the like, with an amplifier and a bridge circuit formed from impedances, whose a branch is formed by the loudspeaker, which is blocked when the diaphragm of the Loudspeaker is balanced and an E; ignal voltage at the branch on the opposite side is removed, which is negatively fed back to the amplifier input, and the in a frequency range practically independent of dynamic impedance changes is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltungsanordnung reproduzierbar zu machon, ihre Anwendung zu erleichterti und ihre industrielle Serienfertigung zu ermöglichen.The invention is based on the object of such a circuit arrangement reproducible machon, their application easier and their industrial series production to enable.

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.The method to be explained with reference to FIG. 1 is already known, after which an amplifier 1 feeds a loudspeaker 3 via a bridge circuit 2, which forms one branch of the bridge circuit 2, while at the terminals 8, 9 of the opposite Branch 6 picked up a signal voltage and applied to an input 81 of the amplifier 1 is returned. The bridge circuit 2 is here with the impedance of the coil of the loudspeaker with a blocked membrane of the loudspeaker. With vibrations In the membrane, however, voltages are generated in the coil or, in other words, it a dynamic impedance change occurs.

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.This detuning caused by the bridge circuit 2 is generated a signal voltage on terminals 8, 9, the first approximation of the speed is proportional to the membrane. The feedback should 'compensate for this speed, i.e. suppress the mechanical resonance of the loudspeaker.

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.Unfortunately, the function of the bridge circuit 2 is not as simple as that one believed. In the case of a circuit arrangement according to FIG. 1, these are not very reproducible Obtaining results which are also oit less good than if no feedback at all is provided. Various known proposals are published and also patented arorden in order to improve the process without, however, an industrial Regarding satisfactory result was obtained, therefore the method could in spite of it great theoretical advantages are not yet reproducible in practice to be introduced.

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.The reason for these failures lies in the fact that one has so far been the real one The cause of the occurrence of incorrect signal voltages at the bridge circuit 2 is still had not recognized. This is shown below with reference to FIG. 2, in which the the circuit elements forming the bridge circuit are shown in more detail.

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.It can be seen that when the electrical impedance 11 of the speaker with a blocked membrane ledz would consist of an ohmic resistor 12, which Bridge circuit could function according to the principle explained with reference to FIG. 1. However, this impedance 11 of the coil of the loudspeaker 3 is also inductive Component 13, which adversely affects the desired behavior of the bridge circuit. The authors or inventors of the known proposals acknowledged the existence of the Component 13 busses, but they are wrong with regard to their disruptive behavior judged. In fact, they have only one difficulty in their presence for the correct adjustment of the bridge circuit for the entire noise frequency range seen with blocked Iiembran. As a remedy, one has suggested in others Provide suitable reactances for branches of the bridge circuit, e.g. in branch 4 or 5 to provide an RL series connection, or branch 6 from a parallel connection a capacitor 16 and a resistor 15 (iG. 4) to form. An other suggestion for the exact adjustment of the bridge circuit in the entire audio frequency range goes as follows, to use intricately constructed reactants, their transmission noise characteristics the ohmic losses of the inductance 13 in the high frequency range are taken into account.

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.To avoid the difficulties of balancing the bridge circuit other authors have also suggested in the high frequency range, for example attenuation by means of an i: ondensator connected between the connections 10, 8 to introduce. This should at the same time have the effect of in the range of high frequencies occurring partial vibrations of the membrane are compensated, which are the main ones Cause of trouble was considered. In the following it is shown that a such remedy is inadequate to remove the real cause of the trouble. It should also be added that the connection of a capacitor directly between the Connections for the signal voltage contradicts the basic theory of the measuring bridges.

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.The invention is based on a more detailed examination of the circuit arrangement 2. This investigation shows that the disruptive effect results from the interaction the positive reactance 13 with the * -ieaktiv component of the dynamic impedance component 14 results, walch the latter is negative above the resonance frequency of the loudspeaker will. Fig. 3 shows the reactances as a function of the frequency, and leads to this statement. In this figure, the curve a shows the reactance X 13, the curve b the reactance X 14 and the curve c the resistance R 14. The line f0 relates to the frequency that corresponds to the resonance of the loudspeaker and at which the feedback to compensate for the dynamic change in impedance is strongest have to be. From Fig. 3 it can be seen that the entire reactance of the branch 3 is undesirable with two ire sequences f1, f2 becomes Rull, where the amounts of the two Reactances X 13 and X 14 are the same and their signs are opposite. Even if therefore the bridge circuit was perfectly balanced when the lilembrane was blocked receive a signal voltage in the range of frequencies f1 and f2 that does not proportional to the speed of the membrane, but practically independent of dynamic Impedance changes is. This increases the transfer function of the entire circuit arrangement significantly distorted.

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.This behavior of the bridge circuit 2 is similar to that of the known acoustic bass reflex room, which suppresses the original resonance of the loudspeaker, however, it creates a different resonance, which is even more disruptive because it is at higher frequency.

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.The ISß of the interference effect of the dynamic at the frequencies fl and f2 Impedance-independent signal voltage depends on the ohmic component R 14 curve c) of the dynamic impedance component 14 that occurs at the frequencies mentioned consists. This value fluctuates greatly because it depends on the mechanical and acoustic loads on the loudspeaker, which can usually not be influenced. This explains why unsatisfactory and practically not reproducible with the known solutions Results occur.

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 f0.1> he frequency range in which the signal voltage is practically independent of dynamic impedance changes is very close to the operating frequency range of the S circuitry in the vicinity of the frequency 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.Bs is therefore a physical and technical one completely different problem than balancing the bridge circuit or the suppression from Partial vibrations of the diaphragm, which only continue when very much distant frequencies occur-. Accordingly, the differ from the Invention proposed means are significantly different from those of the known proposals.

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.In the circuit arrangement of the invention, there is a combination of measures provided that result in a strong feedback of at least 10 dB the resonance frequency f0 of the speaker, but the other hand, the effect the signal voltage picked up at the bridge circuit 2 in that of the resonance frequency fO obvious frequency range in which the removed at the bridge circuit 2 Signal voltage is practically independent of dynamic changes in impedance, sufficient suppress. These measures are explained in detail with reference to FIGS.

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.A with, the signal voltage of the bridge circuit 2 applied Transistor 18 is connected so that its input terminals 19, 20 depending on the desired polarity of the output signal with the connections -8, 10 resp.

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. 10, 8 of the bridge circuit 2 are connected. The task of the transistor 18 is to amplify the signal voltage and in relation to the jiassepotential and an active high input impedance circuit element for all others To form elements in the feedback path. Transistor 18 is a low pass filter 17 connected, the two capacitors 25, 26 (Fig. 5) in its shunt branches has, each of which scheltzt between the signal-transmitting longitudinal branch and ground are.

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.Thus the transfer function of the filter at extremely low frequencies does not assume too large values that lead to a disturbing positive feedback could, the low-pass filter 17 also has one in a long branch in series lying on capacitor 27, which the transmitted signal at the extremely low frequencies attenuates, The capacitor 27 also corrects the phase shift of the low-pass filter 17 in the operating frequency range located around the resonance frequency f0 of the loudspeaker The low-pass filter now has 17 with its two capacitors connected to ground 25, 26 - or in other words, with two RC elements - not yet sufficient slope, to the operating frequency range from the frequency range in which the signal voltage practically independent of dynamic changes in impedance. Unfortunately would any increase in the number of C-members results in the effect of the circuit arrangement interfering get phase shift lead. To still have a sufficient separation to obtain between the two frequency ranges, the circuit arrangement Another circuit element that acts as a correction of the low frequencies 24 (Figs. 4 and 6). This is in a known segative feedback path connected between the output and input of amplifier 1. It can for example (Fig. 6) as a simple high-pass filter with a resistor 29 connected in parallel Capacitor 26 be. The purpose of this circuit element is to increase the gain of the Boost amplifier 1 at low frequencies, thereby improving discrimination between the operating frequency range and that with compensation the dynamic impedance changes disturbing frequency range is achieved.

- Fatentansprüche - - Fatent claims -

Claims (4)

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. P a t e n t a s p r ü c h e 1. Circuit arrangement for compensation the dynamic impedance changes of a loudspeaker or the like, with a Amplifier and a bridge circuit formed from impedances, one branch of which from the speaker is formed when the membrane of the speaker is blocked is balanced and a signal voltage is taken from the opposite branch is, which can be fed back negatively to the amplifier input and which in one Frequency range is practically independent of dynamic impedance changes, thereby It is not stated that the back coupling of the signal voltage via a low-pass filter (17) takes place with such a frequency-dependent transfer characteristic that the Transmission of the signal voltage in the independent of dynamic impedance changes Frequency range (f1, f2) and in contrast higher frequencies is blocked that between the low-pass filter (I3) and the diagonal (8,10) of the bridge circuit (2), an active circuit element (18) is connected to the signal voltage is, and that in addition a known negative feedback between the Output and an input (23) of the amplifier (1) is provided, but in the Meaning a correction of the low frequencies works. 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.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the active circuit element (18) has a high input impedance. 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.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the active circuit element a transistor (18). 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.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that g e -k e n nz e i c h n e t that the low-pass filter (17) has at least two of capacitors (25,26) formed transverse branches, and that in a longitudinal branch of the low-pass filter (17) a capacitor (27) is connected, the value of which is chosen so that it has a damping at extremely low frequencies and a correction of the phase shift of the low-pass filter (17) in the operating frequency range around the resonance frequency of the loudspeaker (3) causes.