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Die vorliegende Erfindung betrifft einen NF-Verstärker mit
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frequenzabhängiger Gegenkopplung zur gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung
und in seinem gegengekoppelten Teil einstellbarer Streckenverstärkung.
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Beim Aufbau elektroakustischer Anlagen, insbesondere bei der Entwicklung
von NF-Verstärkern, ist zu beachten, daß mit dem menschlichen Ohr bei kleinen Lautstärken
überwiegend die mittleren Tonfrequenzen zu hören sind, während die höheren und die
tieferen Tonlagen nur unzureichend wahrgenommen werden. Würde nun eine Änderung
der Streckenverstärkung eines NF-Verstärkers dessen Ubertragungsfaktor von der Frequenz
unabhängig im ganzen Frequenzbereich gleichmäßig beeinflussen, beispielsweise verringern,
so wäre es möglich, daß tiefere und höhere Tonfrequenzen nicht mehr wahrgenommen
werden können, während die mittleren Tonfrequenzen mit dem menschlichen Ohr noch
gehört werden.
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Zur Vermeidung dieser unerwünschten und physiologisch bedingten Klangverfälschungen
ist es bekannt, den Ubertragungsfaktor eines NF-Verstärkers durch frequenzabhängige
Gegenkopplung zu beeinflussen.
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So wird in der DT-AS 1 287 143 eine Schaltungsanordnung zur gehörrichtigen
Lautstärkeeinstellung eines Verstärkers mit einer in ihrer Frequenzabhängigkeit
von der Lautstärkeeinstellung abhängigen Gegenkopplung beschrieben. Dabei ist zur
Lautstärkeeinstellung am
Eingang des Verstärkers ein veränderbares
Widerstandsnetzwerk vorgesehen, welches darüber hinaus einen notwendigen Bestandteil
des Gegenkopplungsnetzwerkes bildet. Das veränderbare Widerstandsnetzwerk erfüllt
somit eine Doppelfunktion. Mit diesem werden gleichzeitig die Lautstärke und die
Gegenkopplung beeinflußt.
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Schaltungsanordnungen dieser Art zur physiologischen Klangregelung
von NF-Verstärkern besitzen einige Nachteile. So ist mit Ihnen eine optimale gehörrichtige
Lautstärkeeinstellung nicht möglich, da mit dem veränderbaren Widerstandsnetzwerk
zur Lautstärkeeinstellung zugleich die Gegenkopplung in vorbestimmter Weise verändert
werden muß. Damit muß das veränderbare Widerstandsnetzwerk sowohl auf den NF-Verstärker
als auch auf den Gegenkopplungszweig, da der Gegenkopplungsfaktor explizit von der
Streckenverstärkung des NF-Verstärkers in gewünschter Weise abhängen soll, abgestimmt
sein. Diese beiden Forderungen werden sich im allgemeinen nicht gleichzeitig erfüllen
lassen. Ferner läßt sich ein derartiges Schaltungskonzept nicht auf vorhandene als
integrierte Schaltungen aufgebaute NF-Verstärker, deren Lautstärkeeinstellung mit
Hilfe einer extern zuführbaren Steuerspannung erfolgt, anwenden.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, einen NF-Verstärker der eingangs
erwähnten Art zu entwickeln, der in seinen Klangeigenschaften im physiologischen
Sinne geregelt ist und bei dem diese physiologische Klangregelung unabhängig von
der Lautstlirkeeinstellung des NF-Verstärkers ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst,
daß im Gegenkopplungszweig ein elektronisches Netzwerk mit frequenzabhängiger Dämpfung
angeordnet ist und die Dämpfung dieses Netzwerks bis zu einer vorbestimmten Sollfrequenz
f mit der Frequenz zunimmt.
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0 Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft
die Dämpfung des Netzwerks von der vorbestimmten Sollfrequenz f ab bei 0 zunehmender
Frequenz im wesentlichen konstant.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Netzwerk aus einem Tiefpaß
und einem diesem Tiefpaß nachgeschaltetem Teilnetzwerk besteht.
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Dabei sollte die Grenzfrequenz des Tiefpasses größenordnungsmäßig
mit der Sollfrequenz f übereinstimmen.
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0 Ferner sollte die Dämpfung des Teilnetzwerks in der Weise von der
Frequenz abhängen, daß sie bei der Sollfrequenz f ein Maximum 0 aufweist.
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Bei einer Anordnung der soeben beschriebenen Art ist die Gegenkopplung
bei niedrigeren Frequenzen größer als bei mittleren und höheren Frequenzen.
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Soll jedoch die Gegenkopplung bei höheren Frequenzen als f größer
0 sein, so ist es von Vorteil, wenn auf den Tiefpaß verzichtet wird und das Netzwerk
eine Dämpfung aufweist, die von der vorbestimmten Sollfrequenz fo ab mit zunehmender
Frequenz abnimmt.
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Ferner ist es denkbar, das Netzwerk als Bandsperre auszubilden.
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Zur Anpassung des NF-Verstärker an einen gewünschten Gesamtfrequenzgang
ist es von Vorteil, wenn die zu verstärkenden Signale über ein Eingangsnetzwerk
an den NF-Verstärker geführt sind und die zu verstärkenden Signale durch dieses
Eingangsnetzwerk entsprechend dem gewünschten Gesamtfrequenzgang linear vorverzerrbar
sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung an den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Dabei zeigt die Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
in einem Blockschaltbild. In Figur 2 ist ein möglicher Aufbau eines im Gegenkopplungszweig
des NF-Verstärkers angeordneten elektronischen Netzwerks mit frequenzabhängiger
Dämpfung dargestellt.
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In Figur 1 wird eine erfindungagemäße Schaltungsanordnung an einem
in seiner Streckenverstärkung einstellbaren NF-Verstärker 1 erläutert.
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Dieser Verstärker weist ohne Beschränkung der Allgemeinheit einen
nicht invertierenden Eingang 6 und einen invertierenden Eingang 7 auf. Die zu verstärkenden
Signale gelangen über ein Eingangsnetzwerk 5 an den nicht invertierenden Eingang
6. Im Eingangsnetzwerk 5 werden die zu verstärkenden Signale entsprechend dem gewünschten
Gesamtfrequenzgang der Schaltungsanordnung linear vorverzerrt. Mit Hilfe des Eingangsnetzwerks
5 läßt sich die gesamte Schaltungsanordnung in ihrem Frequenzgang an andere Systeme,
beispielsweise ein Lautsprechersystem, anpassen. Zur Änderung seiner Streckenverstärkung
weist
der NF-Verstärker 1 einen Steuereingang 8 auf, an den beispielsweise eine Steuerspannung
gelegt werden kann. Die am Ausgang 9 des NF-Verstärkers 1 auftretenden tonfrequenten
Signalspannungen werden auf erfindungsgemäße Weise über das elektronische Netzwerk
2 mit frequenzabhängiger Dämpfung an den invertierenden Eingang 7 des NF-Verstärkers
1 geführt und somit gegengekoppelt.
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In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß eingesetztes frequenzabhängiges
Netzwerk 2 näher dargestellt. Dabei bilden der Widerstand 31 und der Kondensator
32 den Tiefpaß 3. Die Widerstände 41, 42, 45 und die Kondensatoren 43, 44 und 46
bilden das Teilnetzwerk 4, welches bei der vorbestimmten Sollfrequenz f die Signale
maximal bedämpft.
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o Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände und Kondensatoren
läßt es sich in an sich bekannter Weise erreichen, daß die Dämpfung des Teilnetzwerks
bei der vorbestimmten Sollfrequenz f ein Maximum 0 annimmt. Zur Erzielung einer
maximalen Dämpfung ist es von Vorteil, wenn die Widerstände 41 und 42 und die Kondensatoren
43 und 44 jeweils untereinander gleich sind, der Widerstand 45 halb so groß ist
wie die Widerstände 41 und 42, und der Kondensator 46 im Kapazitätswert doppelt
so groß ist, wie die Kondensatoren 43 und 44.
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Bei einem in der Figur 2 erläuterten Netzwerk ist die Gegenkopplung
bei niedrigen Frequenzen größer als bei mittleren und bei höheren Frequenzen. Soll
jedoch die Gegenkopplung auch bei Frequenzen, die oberhalb der Sollfrequenz f liegen,
gröBer sein, so kann beispiels-0 weise auf den aus dem Widerstand 31 und dem Kondensator
32 aufgebauten Tiefpaß verzichtet werden.
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Der Ubertragungsfaktor G eines gegengekoppelten Verstärkers hängt
mit der Streckenverstärkung s des NF-Verstärkers und dem Gegenkopplungsfaktor R
über die Formel s G = 1 + Rs zusammen. Dabei ist der frequenzabhängige Gegenkopplungsfaktor
R durch die Eigenschaften des Netzwerks 2 eindeutig bestimmt. Dieser Formel ist
zu entnehmen, daß der Übertragungsfaktor G bei einem großen Gegenkopplungsfaktor
R offenbar in wesentlich geringerem Maße von der Streckenverstärkung s abhängt als
dies bei einem kleineren Gegenkopplungsfaktor R der Fall ist.
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Bei einem erfindungsgemäß gegengekoppeltem NF-Verstärker ist der Gegenkopplungsfaktor
R gerade bei den, tiefen Tonlagen entsprechenden, niedrigeren Frequenzen relativ
groß. Dadurch wirken sich Änderungen der Streckenverstärkung im Bereich der niedrigen
Frequenzen auf den Übertragungsfaktor G nur geringfügig aus. Bei der vorbestimmten
Sollfrequenz fO, die bei etwa 1 kllz liegen sollte, ist die Dämpfung des Netzwerks
2 sehr groß und damit der zugehörige Gegenkopplungsfaktor R sehr klein. Somit wirken
sich im mittleren Frequenzbereich um die Sollfrequenz f Änderungen in der Streckenverstärkung
s in 0 stärkerem MaBe auf den Übertragungsfaktor G aus.
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Durch entsprechende Dimensionierung des Netzwerks 2 kann es erreicht
werden, daß der Gegenkopplungsfaktor R bei Frequenzen oberhalb der Sollfrequenz
f zwischen den Werten bei tiefen Frequenzen und bei 0 der Sollfrequenz f0 liegt.
In diesem Fall wirken sich Änderungen in
der Streckenverstärkung
8 auf den Übertragungsfaktor G bei tiefen Tonfrequenzen am geringsten aus, während
der Einfluß dieser Änderungen bei hohen Tonfrequenzen mittelmäßig und bei der Sollfrequenz
f 0 maximal ist.
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Erfindungsgemäße NF-Verstärker zeichnen sich durch eine gehörrichtige
Lautstärkeeinstellung aus, d. h. in Abhängigkeit von der Absenkung der Lautstärke
werden die tiefen Tonfrequenzen und in geringerem wählbaren Maß die hohen Tonfrequenzen
bezogen auf die Lautstärke bei einer mittleren Sollfrequenz scheinbar angehoben.
Dadurch wird ein physiologisch richtiger Klangeindruck gewährleistet. Dieser Effekt
wird unabhängig von der Einstellung der Streckenverstärkung des NF-Verstärkers erzielt.
Damit ist insbesondere auch eine physiologische Klangregelung bei vorhandenen modernen,
in integrierter Technik hergestellten NF-VeratArkern, deren Lautstärkeeinstellung
beispielsweise über eine extern zuführbare Steuerspannung erfolgt, möglich. Die
Erfindung läßt sich tarüber hinaus auf nahezu alle bekannten NF-Verstärker anwenden.
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