DE3325520A1

DE3325520A1 - Pre-emphasised electro-acoustic transducer system

Info

Publication number: DE3325520A1
Application number: DE19833325520
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6000 Frankfurt Koppel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3325520C2

Abstract

For broadband, transient-free conversion of any given audio signal into sound, this signal is modified in a computing circuit in such a way that the distortions occurring due to mass inertia and elasticity in a specific dynamic loudspeaker are cancelled. The loudspeaker is controlled from a power amplifier with a current output and has a diaphragm of inherently rigid design, only part of which is used for sound radiation. This part is particularly rigid and is intended to move in a piston-like manner. The mechanical dimensions of this required movement in the loudspeaker are simulated in the computing circuit as electric quantities. As a result, the instantaneous speed of the diaphragm is proportional to the audio signal. The integrable computing circuit contains, inter alia, differentiation, integration and summing components. The transducer system is provided by one-way loudspeakers, high-quality compact loudspeakers and qualified stereo reproduction.

Description

Vorentzerrtes elektroakustisch.es WandlersystemPre-equalized electroacoustic transducer system

Die Erfindung betrifft ein Wandlersystem zur Umsetzung elektrischer Signale in Schall. Das Blockschaltbild ist in Figur 1 dargestellt. Das elektroakustische Wandlersystem besteht aus einer Rechenschaltung (1), die das gegebene elektrische Signal umformt und unter anderem Integratoren und Differentiatoren enthält, aus einem Leistungsverstärker (2) mit Stromausgang und aus einem dynamischen Lautsprecher (3), dessen Membran eine große innere Steife auf v/eist. Es ist unter anderem in HiFi-Anlagen, Rundfunkempfängern, elektronischen Musikinstrumenten und Beschallungsanlagen einsetzbar sowie zur definierten Schallerzeugung für akustische Messungen.The invention relates to a converter system for implementation electrical signals in sound. The block diagram is shown in FIG. The electroacoustic transducer system consists of a computing circuit (1) which converts the given electrical signal and among other things Contains integrators and differentiators, from a power amplifier (2) with current output and from one dynamic loudspeaker (3), the membrane of which has a large internal stiffness. It is used, among other things, in hi-fi systems, Radio receivers, electronic musical instruments and public address systems can be used as well as for defined sound generation for acoustic measurements.

I± Zweck der Erfindung ist, durch ein neuartiges Grundkonzept die Herstellung hochwertiger Lautsprecherübertragungsanlagen möglich zu machen, die dem bei anderen Audio-Komponenten technisch bereits erreichten hohen Qualität3stand der Signalübertragung entsprechen. Außerdem soll durch die Erfindung der Raumbedarf hochwertiger Lautsprecherboxen verringert werden. Ein weiterer Zweck ist, durch Einsatz der Elektronik für hochwertige Lautsprecherübertragungssysteme die Herstellungskosten zu senken. Ferner soll durch die Erfindung eine Möglichkeit geschaffen werden, bei Kleingeraten und tragbaren Geräten mit eingebautem Lautsprecher die Klangnüte zu erhöhen.I ± The purpose of the invention is the production of high-quality loudspeaker transmission systems using a novel basic concept to make possible the high level already technically achieved with other audio components The quality of the signal transmission. In addition, the invention is intended to reduce the space required for high-quality loudspeaker boxes. A Another purpose is to reduce manufacturing costs by using electronics for high-quality loudspeaker transmission systems to lower. Furthermore, the invention is intended to create a possibility in Small appliances and portable devices with built-in Speakers to increase the quality of the sound.

BAD OFMGiäMÄLBAD OFMGiäMÄL

III Bei der uisher üblichen Betriebsweise sind dynamische Lautsprecher in ihrer Fähigkeit, nichtperiodische Signale zu reproduzieren, mehr oder weniger stark beschränkt; das gewandelte Signal ist durch Ein- und Ausschwingvorgänge des Lautsprechers verfälscht. Ähnliches gilt für die derzeitigen Möglichkeiten, mittels Stereo- oder Quadro-Anlagen den räumlichen Höreindruck, wie er im Aufnehmeraum vorhanden ist, bei Lautsprecherwiedergabe zu reproduzieren. Eingeschränkt ist bisher auch die Möglichkeit, Tiefbässe korrekt wiederzugeben.III In the usual mode of operation, dynamic Loudspeakers are more or less restricted in their ability to reproduce non-periodic signals; the The converted signal is falsified by the loudspeaker swinging in and out. The same applies to the current possibilities, by means of stereo or quadro systems the spatial auditory impression as it is in the recording room is present to reproduce with loudspeaker playback. So far, the option of deep bass has also been limited to reproduce correctly.

Eine entscheidende Ursache für diese Schwierigkeiten ist, daß das Problem der zu beschleunigenden Membranmasse und das Problem der zu überwindenden wegabhängigen Membran-Rückstellkraft nicht gelöst ist. Als Folge hiervon gelingt es bisher nicht, die Membrangeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt dem Momentanwert eines beliebigen Audiosignals verhältnisgleich zu machen. Auch geregelte Aktivboxen können - die genannten Mängel nur unvollkommen beseitigen; außerdem bringt dort die Gegenkopplung über den Schallwandler hinweg neue Schwierigkeiten mit sich.A decisive cause of these difficulties is that the problem of the membrane mass to be accelerated and the problem of the path-dependent membrane restoring force to be overcome is not resolved. As a result, it has not yet been possible to control the membrane speed at any point in time to make it proportional to the instantaneous value of any audio signal. Regulated active boxes can also - only incompletely eliminate the defects mentioned; in addition, there brings the negative feedback across the transducer new difficulties with yourself.

Bei der bisherigen Technik, dynamische Lautsprecher zu steuern oder zu regeln, setzt auch der ohmsche Widerstand und die Induktivität der Schwingspule eine Grenze für die erreichbare Übertragungsgüte.With the previous technology of controlling or regulating dynamic loudspeakers, the ohmic resistance also sets in and the inductance of the voice coil is a limit for the achievable transmission quality.

Die Erfindung vermeidet diese Schv/ierigkeiten erstens dadurch, daß der Lautsprecher statt mit eingeprägter Spannung mit eingeprägtem Strom angesteuert wird. Da die Auslenkungskraft der Schwingspule von der Amperewindungszahl abhängt, fällt durch diese Maßnahme der Einfluß des ohmschen Widerstandes und der induktivität der Schwingspule weg. Auch die elektromotorische Kraft der bewegten Schwingspule bleibt durch diese Maßnahme ohne Einfluß auf die Übertrap;ungsf unkt ion des Lautsprechers; somit kann sie auch nicht 9Is Störgröße auftreten. Der Lautsprecherbetrieb mit eingeprägtem Strom wird durch Verwendung eines Leistungsverstärker^ mit hohem Ausgangswiderstand erreicht, wofür Schaltungen bekannt sind.The invention firstly avoids these difficulties in that the loudspeaker is driven with an impressed current instead of an impressed voltage. As the deflection force of the voice coil on the number of ampere turns depends, this measure reduces the influence of the ohmic Resistance and inductance of the voice coil. Also the electromotive force of the moving voice coil This measure has no influence on the trapping function of the loudspeaker; so she can't either 9Is disturbance can occur. The loudspeaker operation with embossed Current is achieved by using a power amplifier ^ with a high output resistance, for which circuits are known.

BADBATH

Zweitens vermeidet die Erfindung die oben genannten Scnvaerigkeiten durch Verwendung eines in sich steif ausgeführten Schwingsystems im Lautsprecher. Hierbei v/ird berücksichtigt, daß das Schwingsystem trotz steifer Ausführung unvermeidlich innere Verformungen erleidet. Dementsprechend wird unterschieden zwischen Teilen der Membran, die den Nutzschall abstrahlen sollen, und solchen, deren Schallabstrahlung schädlich ist. Die letztgenannten Schallanteile werden durch zusätzliche bauteile am Lautsprecher unwirksam gemacht. Hierfür kommt - wie in Figur 2 gezeigt ist - ein feststehender Schallabsorber (6) in Betracht, der bei Verwendung einer Konusmembran (5) in deren Zentrum mit geringem Abstand vorgesetzt v/ird, wobei die beispielsweise gewölbttrichterförmige Einfassung (8) für die schallabsorbierenden Materialien (7) mit ihrer Außenseite zugleich als Schallführung und Reflektor für den i.'utzschall dienen kann. Die Befestigung (9) des Schallabsorbers ist in der Figur 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.Second, the invention avoids the troubles mentioned above by using an inherently rigid vibration system in the loudspeaker. This takes into account that the oscillating system inevitably suffers internal deformations despite its stiff design. A distinction is made accordingly between parts of the membrane that are supposed to radiate the useful sound and those whose sound radiation is to be heard is harmful. The latter sound components are rendered ineffective by additional components on the loudspeaker. For this purpose - as shown in Figure 2 - a fixed one is used Sound absorber (6) into consideration, which when using a conical membrane (5) in its center with little Distance in front of the v / ird, the for example arched funnel-shaped enclosure (8) for the sound-absorbing Materials (7) with their outside can also serve as a sound guide and reflector for the additional sound. the Attachment (9) of the sound absorber is shown in FIG indicated by a dashed line.

Statt des feststehenden Schallabsorbers kommt erfindungsgemäß auch eine mit der Membran mitschwingende Schallabdeckung (10) in Frage, wie in Figur 3 gezeigt ist. Diese Schallabdeckung ist mit der Membran (5) starr verbunden, ist steif ausgeführt, strahlt Lutzschall ab und hindert die vom rlembranzentrum ausgehenden schädlichen Schallanteile am Austritt. Figur 4 zeigt eine Ausführung, bei der die Abdeckung(10) denselben Durchmesser hat wie die Membran (;>), wodurch die Abdeckung die Abstrahlung des Nutzschalles allein übernimmt. In jedem Fall sind Teile der Membran, die i.utzschall abstrahlen, so steif wie möglich ausgeführt. Dadurch soll für diesen 'Teil der Membran eine einheitliche, kolbenförmige Bewegung erzielt werden.Instead of the stationary sound absorber, according to the invention there is also a sound cover that resonates with the membrane (10) in question, as shown in Figure 3. This sound cover is rigidly connected to the membrane (5), is made stiff, emits Lutzschall and prevents the harmful sound components emanating from the membrane center at the exit. Figure 4 shows an embodiment in which the cover (10) has the same diameter as the membrane (;>), whereby the cover alone takes on the radiation of the useful sound. In any case, parts of the membrane are which emit additional sound, made as stiff as possible. This is intended for this' part of the membrane a uniform, piston-shaped movement can be achieved.

Drittens './erden die bei herkömmlichen Lautsprechern auftretenden Schwierigkeiten erfindungsgemäß' durch eine Verformung des gegebenen elektrischen Signals mittels einer HechenGchaltung vermieden. Der Grund für diese Maßnahme sowie ihre 'iirkungsv/eic-e werden in den beiden folgenden Absätzen näher erläutert.Thirdly, those that occur with conventional loudspeakers Difficulties according to the invention 'due to deformation of the given electrical signal is avoided by means of a Hechen circuit. The reason for this measure as well as their effects are described in the following two Paragraphs explained in more detail.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, aus den in dem gegebenen elektrischen Signal enthaltenen Informationen Schall in der V/eise zu erzeugen, daß die Momentangeschwindigkeit der Lautsprechermembran den zeitlichen Verlauf des elektrischen Signals gleichzeitig analog nachvollzieht, und zwar für beliebige Audiosignale wie Sprache, Vokal- und Instrumentalmusik sowie Geräusciie. Mit Membrangeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit derjenigen Teile der Membran gemeint, die Nutζschall abstrahlen sollen.The object of the invention is to use the information contained in the given electrical signal To generate sound in such a way that the instantaneous speed of the loudspeaker membrane corresponds to the temporal course of the electrical signal at the same time analogously, for any audio signal such as speech, vowel and instrumental music and noises. With membrane speed this refers to the speed of those parts of the membrane that are supposed to emit groove sound.

Ausgangspunkt für die Lösung dieser Aufgabe ist die Überlegung, daß im Lautsprecher - entsprechend den Gesetzen der Mechanik - Integrations- und Differentiationsprozesse ablaufen, daß sich im Lautsprecher Kräfte und Bewegungen summieren bzw. in Komponenten aufspalten. Erfindungsgemäß werden diese Funktionen in einer Rechenschaltung invers nachgebildet und invers miteinander verknüpft. Das gegebene elektrische Signal u = u(t) wird beim Durchlaufen der Rechenschaltung verformt. Dieses verformte Signal wird bei der Schallwandlung im Lautsprecher nochmals verf or Kit. Weil erf indungsgemtüs die übertragungsfunktion der Rechenschaltung und die Übertragungsfunktion des Lautsprechers mathematisch zueinander in dem Verhältnis stehen, daß jeweils die eine die inverse Punktion der anderen darstellt, gibt der Lautsprecher das Signal s¹ = A^#u(t) ab, wobei s¹ die Membraneschwindigkeit und A ein konstanter reeller Umrechnungsfaktor ist. Die hembrangeschwindigkeit hat also den in dor Aufgabenstellung geforderten zeitlichen Verlauf.The starting point for solving this problem is the consideration that in the loudspeaker - according to the laws of mechanics - integration and differentiation processes take place, that forces and movements add up or split into components in the loudspeaker. According to the invention, these functions are inversely simulated in a computing circuit and inversely linked to one another. The given electrical signal u = u (t) is deformed when it passes through the arithmetic circuit. This deformed signal is used again during the sound conversion in the loudspeaker. Kit. Because according to the invention the transfer function of the computing circuit and the transfer function of the loudspeaker are mathematically in relation to each other that one represents the inverse puncture of the other, the loudspeaker emits the signal s ¹ = A ^# u (t), where s ^{1 is} the Membrane speed and A is a constant real conversion factor. The speed of the hembrang has the time course required in the task.

IV l-.'achf olgem wird anhand oines elementaren Beispiels geseipt, welche mechanischen Größen im !lautsprecher zu beachten aind und wie: dio -.Umgestaltung der Rechenschalbun;; von dicken aon'oi^i;. Dobei wird vereinfachend an-^eno;.:::ien, daß dar. Schwingsystem des verwendeten dynamischen Lautsprechern ein absolut starrer I-Cörner mit der Masse mIV l -. 'Achf olgem is soaped on the basis of an elementary example, what mechanical sizes in the! speaker too pay attention to aind and how: dio-. remodeling of the calculation scarf ;; of thick aon'oi ^ i ;. Dobei becomes simplistic an- ^ eno;. ::: ien, that represents. Oscillating system of the dynamic used Loudspeakers an absolutely rigid I-corn with the mass m

BAD ORaGiMAL "^0PY BAD ORaGiMAL " ^0PY

Blattsheet

sei, wie es in Figur 5 zur Veranschaulichung dargestellt ist. Die Konstante für die elastische Rückstellung des 3chvd.ngs.ystems sei c . Die das Schwingsystem dämpfende Widerstandskraft möge betragen pp· = ks¹ mit s' als Geschwindigkeit und k als reelle Konstante. Die von der Schwingspule ausgehende Antriebskraft sei ρ = ρ (t) . Das Kräftegleichgewicht erfordert dannas it is shown in Figure 5 for illustration. The constant for the elastic recovery of the 3chvd.ngs.system is c. Let the drag force dampening the oscillation system be pp · = ks ¹ with s' as speed and k as real constant. Let the driving force emanating from the voice coil be ρ = ρ (t). The balance of forces then requires

P = P₁ + P₂ + P3P = P ₁ + P ₂ + P3

ρ = es + ks¹ + ms" (1)ρ = es + ks ¹ + ms "(1)

s¹ soll erfindungsgemäß zu jeder Zeit t den Wert s¹ = A«u(t) annehmen, wobei u(t) das gegebene elektrische Signal und A eine reelle Konstante ist. Der zeitliche Verlauf der Kraft p, die zum Herbeiführen der Sollbewegung benötigt wird, errechnet sich aus Gleichung (1) also zuAccording to the invention, s ¹ ^{should assume the value s 1} = A «u (t) at any time t, where u (t) is the given electrical signal and A is a real constant. The time course of the force p, which is required to bring about the target movement, is calculated from equation (1)

Ac-judt +· Ak «u + Am*u' (2)Ac-judt + · Ak «u + Am * u '(2)

Das Ausgangs signal der Rcchenschaltung ist erfindungsgemäß linear mit der Amperewindungszahl der Schwingspule verknüpft, die ihrerseits auch linear mit der Antriebskraft ρ verknüpft ist. ρ ist also dem Ausgangssignal q der Rechenschaltung proportional, und dieses ergibt sich aus Gleichung (2) zuThe output signal of the reset circuit is according to the invention linearly linked to the number of ampere-turns of the voice coil, which in turn is also linearly linked to the Driving force ρ is linked. So ρ is proportional to the output signal q of the computing circuit, and this results from equation (2)

Bc-Judt + Bk.u + Bm-u¹ (3)Bc-Judt + Bk.u + Bm-u ¹ (3)

wobei 3 eine reelle Konstante ist. Gleichung (3) gibt die gesuchte übertragungsfunktion der Rechenschaltung . an. Zur Gewinnung des ersten Terms in Gleichung (3) wird in der Rechenschaltung - wie Figur 6 zeigt - ein Integrator(11) vorgesehen, zur Gewinnung des dritten Terms ein Differentiator(12) . Das integrierte Signal, das differenzierte Sirnal und u selbst v/erden in einemwhere 3 is a real constant. Equation (3) gives the desired transfer function of the computing circuit. at. To obtain the first term in equation (3), a Integrator (11) provided for obtaining the third Terms a differentiator (12). The integrated signal, the differentiated sirnal and u itself are grounded in one

Addierer CU) summiert, wobei der Anteil des integrierten Signals um so größer gemacht werden muß, je hänter das LautSprecherschwingsystem aufgehängt ist. Der Anteil des differenzierten Signals bei der Summierung muß um so größer sein, je größer die Masse des Schwingsystems ist. Die Richtigkeit der gewählten iiischkoeffizienten kann beispielsweise dadurch überprüft werden, daß man das elektroakustische Wandlersystem mit Sinussignalen unterschiedlicher Frequenz ansteuert; es soll sich im Schaubild ein horizontal-gerader Frequenzgang ergeben.Adder CU) summed up, with the proportion of the integrated The bigger the signal, the bigger it is Loudspeaker suspension system is suspended. The proportion of the differentiated signal in the summation must be so be greater, the greater the mass of the oscillating system. The correctness of the selected mixing coefficients can can be checked, for example, by checking the electroacoustic Converter system with sinusoidal signals of different Frequency controls; a horizontal, straight frequency response should result in the diagram.

Wie das vorstehende Beispiel zeigt, macht die Erfindung einen dynamischen Lautsprecher zum Breitbandlautsprechersystem. Sein Übertragungsverhalten ist durch eine Elektronikschaltung entzerrt. In der Praxis wird die Rechenschaltung auf v/endiger, weil die im Beispiel gemachte Voraussetzung eines in sich absolut steifen Schwingsystems schon im Hitteltonbereich nicht mehr realisierbar ist. Zwei Rechenschaltungen, die unter anderem zur Verwirklichung von Einweg-Lautsprechersystemen in HiFi-Qualität geeignet sind, werden in den Figuren 7 und 8 gezeigt in Gestalt ihrer Blockschaltbilder. Diese beiden Schaltungen sind beispielsweise für Konuslautsprecher geeignet, deren äußere, das heißt von eier Schwingspule weiter entfernte hembranteile den Lutzochall abstrahlen sollen. Derartige Rechenschaltungen lassen sich in Analogtechnik mittels einer oder mehrerer integrierter nalbleiterschaltungen realisieren. Eine Ausführung in digitaler Technik ist ebenfalls möglich und liegt nahe für Fälle, in denen das zu wandelnde Audiosignal bereits in digitaler Form vorliegt.As the above example shows, the invention makes a dynamic loudspeaker a full-range loudspeaker system. Its transmission behavior is equalized by an electronic circuit. In practice, the computing circuit on v / endiger, because the assumption made in the example of an inherently absolutely rigid oscillation system is no longer feasible even in the mid-tone range. Two arithmetic circuits which, among other things, are used to realize of one-way loudspeaker systems in HiFi quality are shown in FIGS. 7 and 8 in Shape of their block diagrams. These two circuits are suitable, for example, for cone speakers whose outer, that is, further away from a voice coil the Lutzochall should emit hembriums. Such Computing circuits can be set up in analog technology by means of one or more integrated semiconductor circuits realize. An implementation in digital technology is also possible and is obvious for cases in which this is the case converting audio signal is already available in digital form.

Bei der in Figur 7 angerebenen und mit Erfolg erprobten RechenschP-ltung wird mittels eines Addierers S^ das gegebene elektrische Signal u mit seiner Integralfunktion und mit seiner Differentirlfunktion gemischt, wodurch das Hilfssignal ν entsteht, .^ine elektrische Filterschaltung F wandelt ν in das Hilfssignal w um. Der Addierer So verknüpft w und u zu dein. Hilfssignal x. Der Addierer S^ summiert χIn the case of the one indicated in FIG. 7 and successfully tested Computation is given by means of an adder S ^ electrical signal u mixed with its integral function and with its differentirl function, whereby the Auxiliary signal ν arises,. ^ Ine electrical filter circuit F converts ν into the auxiliary signal w. The adder So is linked w and u to yours. Auxiliary signal x. The adder S ^ sums χ

UOi ti UOi ti

mit seiner Integralfunktion, mit seiner Differentialfunktion, und mit dem Hilfssigiial v, wodurch das Signal y gewonnen wird, y ist das Ausgangssignal dieser Rechenschaltung.with its integral function, with its differential function, and with the auxiliary sign v, whereby the signal y is obtained becomes, y is the output signal of this arithmetic circuit.

Durch das Filter F wird in dieser Rechenschaltung die innere Verformung des Lautsprecherschwingsystems bei dynamischer Beanspruchung berücksichtigt. Dieses Filter soll nicht einen bestimmten Frequenzrang herstellen, sondern es hat die Aufgabe, eine durch den Lautsprecher vorgegebene Differentialgleichung, welche diü Hilfssignale ν und w mathematisch miteinander verknüpft, elektrisch zu realisieren. Diese Differentialgleichung hat die FormIn this arithmetic circuit, the internal deformation of the loudspeaker oscillation system becomes more dynamic when the filter F is used Stress taken into account. This filter is not intended to produce a specific frequency range, but rather it has the task of a differential equation given by the loudspeaker, which the auxiliary signals ν and w mathematically linked to each other, to be implemented electrically. This differential equation has the form

Hv + Jv¹ + Kv" = Lw + Mw¹ + Nw" (4)Hv + Jv ¹ + Kv "= Lw + Mw ¹ + Nw" (4)

Die Koeffizienten E, J, K, L, M, N sind reel und konstant. Ihre Größe und die zweckmäßigste Schaltung zur Realisierung dieser Differentialgleichung hängt ab von der Form und den Materialeigenschaften des Schwingsystems'. Im Ergebnis wird das Filter im allgemeinen Tiefpaß-Charakter haben.The coefficients E, J, K, L, M, N are real and constant. Your size and the most appropriate circuit for implementation this differential equation depends on the shape and the Material properties of the oscillating system. As a result, the filter will generally have a low-pass character.

Bei der in Figur 8 angegebenen Rechenschaltung wird ein Signal y in derselben Schaltungsanordnung gewonnen wie bei der vorbeschriebenen Rechenschaltung. Das Signal y durchläuft aber hier noch ein Filter Fp , wodurch das Hilfssignal h gewonnen wird. Dieses wird in dem Addierer S₁ mit den Hilf ssiffnal χ summiert, wodurch ein Hilfssignal i entsteht. Der Addierer Sc summiert i, die Integralfunktion von i, die Differentialfunktion von i und das Signal y, wodurch dac Ausgangssignal k dieser Rechenschaltung gewonnen wird.In the case of the arithmetic circuit shown in FIG. 8, a signal y is obtained in the same circuit arrangement as in the case of the arithmetic circuit described above. However, the signal y still passes through a filter Fp here, whereby the auxiliary signal h is obtained. This is summed up in the adder S ₁ with the auxiliary ssiffnal χ, whereby an auxiliary signal i is produced. The adder Sc sums i, the integral function of i, the differential function of i and the signal y, whereby the output signal k of this arithmetic circuit is obtained.

V Es ist reicht erforderlich, die Bewegung der Lautsprecherschv/ing spule künstlich zu bedi.lr.rpfen. Die Massenträgheit der bewegten Teile mit ihrer integrierenden Wirkung, die bei den herkömmlichen betrieb von Lautsprechern zwangs-V It is sufficient to move the speaker swing Coil to be operated artificially. The inertia of the moving parts with their integrating effect, which in conventional loudspeaker operation

läufig zum überschwingen und. zum Nachschwingen führt, ist aufgrund der Konzeption des hier beschriebenen Wandlersystems durch Differenzierglieder in der Rechenschaltung neutralisiert. Aus diesem Grund hat der Konstrukteur beim Entwurf des Lautsprechers bezüglich der Größe, die die bewegte Masse haben darf, hier mehr Spielraum.in season to overshoot and. leads to reverberation, is due to the design of the converter system described here by differentiating elements in the computing circuit neutralized. For this reason, when designing the loudspeaker, the designer took into account the Size that the moving mass may have, more leeway here.

Geschlossene iinweg-Lautsprecherboxen mit besonders kleinem Gewicht und Volumen mit großer Bandbreite kann der Entwickler deshalb verwirklichen, weil die hier auftretenden grossen Kembran-Rückstellkräfte im Baßbereich erfindungsgemäß aufgebracht v/erden durch die Integratoren in der Rechenschaltung. Entsprechendes gilt für die Verwendung von Lautsprechern mit sehr harter Membranaufhängung.The developer can use closed in-way loudspeaker boxes with a particularly low weight and volume with a large bandwidth Realize because the large membrane restoring forces occurring here in the bass range according to the invention applied v / ground by the integrators in the computing circuit. The same applies to the use of loudspeakers with very hard membrane suspension.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung für den Laut--Sprecherhersteller liegt darin, daß ihm im Entwicklungsstadium und gegebenfalls auch später innerhalb der Rechenschaltung verschiedene Möglichkeiten zur Einstellung des neutralen oder spezifischen Klanges zur Verfügung stehen, in der Regel v/erden dies l'rimmwiderstände oder Koeffizientenpotentiometer sein, mit denen die Mischkoeffizienten der Addierer optimal auf den Lautsprechertyp einjustiert werden.Another special feature of the invention for the loudspeaker manufacturer lies in the fact that it is in the development stage and, if necessary, later within the arithmetic circuit various options for setting the neutral or specific sound are available, usually trim resistors or coefficient potentiometers are grounded with which the mixing coefficients of the adder are optimally adjusted to the loudspeaker type will.

Es ist zweckmäßig, den Lautsprecher mit dem Leistungsverstärker und der riechenschaltung in einer Baueinheit zu vereinigen, zum Beispiel als Aktivbox. Jedenfalls kann der Lautsprecher in der Regel nicht gegen einen anderen Typ ausgetauscht werden. Die Rechenschaltung ist auf einen bestimmten Lautsprechertyp abgestimmt. Es können aber xiautsprechertyperi aller Art, die nach dem dynamischen Prinzip arbeiten - also beispielsweise auch Druckkammerlautsprecher - verwundet werden, wenn die innere Steife des iSchwinfjaystems Musroichünd groß ist.It is convenient to use the loudspeaker with the power amplifier and to combine the olfactory circuit in one unit, for example as an active box. Anyway, it can the loudspeaker cannot usually be exchanged for a different type. The computing circuit is on matched to a specific speaker type. It can but xiautsprechertyperi of all kinds, following the dynamic Working principle - for example, pressure chamber loudspeakers - are wounded when the internal stiffness of the iSchwinfjaystems Musroichünd is big.

BAD ORiGSNALBAD ORiGSNAL

YI Da aktive Differenzierschaltungen großer Bandbreite zur Selbsterregung neigen, kann es - auch mit Rücksicht auf die Klangqualität - vorteilhaft sein, die eigentliche Differenzierung in bekannter Weise mit passiven Bauteilen vorzunehmen. Hierfür kann eine Serienschaltung aus Kondensator und ohmschem Widerstand verwendet werden, gespeist aus einer Quelle mit niedrigem Ausgangswiderstand. Im Interesse der Übertragungsqualität des Wandlersystems muß die Zeitkonstante R-G klein gewählt werden. Werte zwischen 0.1 und 10 Mikrosekunden sind praxisgerecht. Das differenzierte Signal wird parallel zu dem ohmschen Widerstand abgenommen und einem linearen Nachholverstarker zugeführt. In der Rechenschsltung wird dieses differenzierte und nachverstärkte Signal dann in der Regel mit anderen Signalen additiv gemischt; bei Verzicht auf den gesonderten Kachholverstärker müßte mit unzureichendem Fr emdspanriungsab stand gerechnet werden.YI As active differentiating circuits for large bandwidth Tend to self-excitement, it can - also with regard to the sound quality - be advantageous to the actual Make differentiation in a known manner with passive components. A series circuit of a capacitor can be used for this and ohmic resistance, fed from a source with a low output resistance. In the interests of the transmission quality of the converter system, the time constant R-G must be chosen to be small. Values between 0.1 and 10 microseconds are practical. The differentiated signal is picked up in parallel to the ohmic resistance and a linear catch-up amplifier fed. This differentiated and amplified signal is then usually included in the computing circuit other signals mixed additively; if the separate kachhol intensifier is dispensed with, this would have to be insufficient For emdspanriungsabstand to be calculated.

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Claims

Vorentzerrtes elektro- q q «*> r r ο ηPre-equalized electro- q q «*> r r ο η

akustisches Wandlersystera. O 0 <£ ü Q <c Uacoustic transducer system. O 0 <£ ü Q <c U

Patentansprüche :Patent claims:

Vorentzerrtes elektroakustisch.es Wandler system, bestehend aus einem Lautsprecher nach dem dynamischen Prinzip mit einem Schwingsystem großer innerer Steife, einem Leistungsverstärker und einer integriejbaren Rechenschaltung, geeignet zur Wandlung elektrischer Signale mit beliebigem zeitlichem Verlauf in Schallsignale mit demselben zeitlichen Verlauf, dadurch gekennzeichnet, daß der den ITutzschall abstrahlende Teil der Membran eine besonders große innere Steife aufweist und der gegebenfalls Schadschall abstrahlende Teil des Schwingsystems durch einen Schallabsorber oder durch eine mitschwingende Abdeckung mit großer Steife verdeckt ist; und daß der Ausgangswiderstand des Leistungsverstärkers groß ist, wodurch der Lautsprecher mit eingeprägtem Strom betrieben wird; und daß die Rechenschaltung unter Verwendung von Integrier- und Diffcrenziergliedern die mechanischen Sollkräfte und Sollbewegungen des Lautsprecherschwingsystems elektrisch nachbildet - wobei die Verknüpfungen, denen die mechanischen Größen unterliegen, als deren inverse Punktionen elektrisch realisiert v/erden -, wodurch das gegebene elektrische Signal in Verbindung mit dem Leistungsverstärker und dem Lautsprecher umgesetzt wird in eine Schv/ingspulauslenicungskraft mit demjenigen zeitlichen Verlauf, der benötigt wird, um den schallabstrahlenden Teil der Membran die Sollbewegung ausführen zu lassen.Pre-equalized electroacoustic transducer system, consisting from a loudspeaker based on the dynamic principle with a vibration system of great internal rigidity, a power amplifier and an integriejbaren computing circuit, suitable for converting electrical signals with any temporal progression in sound signals with the same temporal progression, characterized in that the the The part of the membrane that emits protective sound has a particularly large internal stiffness and the harmful sound, if applicable radiating part of the oscillation system through a sound absorber or a cover that vibrates along with it is covered with great stiffness; and that the output resistance of the power amplifier is large, whereby the Loudspeaker is operated with impressed current; and that the computing circuit using integrating and differentiators the mechanical target forces and Specified movements of the loudspeaker vibration system are electrically simulated - with the links that the mechanical Quantities are subject to v / earth as their inverse punctures are electrically realized - whereby the given electrical signal in connection with the power amplifier and the loudspeaker is converted into a V / ingspulauslenicungskraft with that temporal Course that is required to let the sound-emitting part of the membrane execute the target movement.

2. 21ektroakustisch.es Wandler system nach Anspruch 1, wobei der Lautsprecher eine Ilonusmembran oder eine annähernd konusföraise Heir.bran besitzt, deren äußerer Teil die Sollbewejung ausführt und der. Uutzschall abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem inneren Teil der Membran in geringem Abstand ein feststehender Schallabsorber konzentrisch angeordnet ist, der den vom inneren2. 21ektroakustisch.es transducer system according to claim 1, wherein the loudspeaker has an ilonus membrane or an approximate one konusföraise Heir.bran, the outer part of which the Sollbewejung executes and the. Uutzschall emits, characterized in that a fixed sound absorber in front of the inner part of the membrane at a small distance is arranged concentrically, the from the inner

Teil der Membran ausgehenden Schall absorbiert, wobei das seitliche Entweichen dieses Schalles durch eine trichterförmige feste Einfassung des absorbierenden Materials verhindert ist, die durch geeignete Formgestaltung zugleich als Schallführung und Reflektor für · den Uutzschall dienen kann.Part of the diaphragm absorbs outgoing sound, being the lateral escape of this sound through a funnel-shaped solid surround of the absorbent Material is prevented, which by suitable shape design at the same time as a sound guide and reflector for can serve the Uutzschall.

J. Elektroakustisch.es Wandlersystem nach Anspruch 1, wobei der Lautsprecher eine Konusmembran oder eine annähernd konusförmige Membran besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Membran ein hohlkegel großer Steife oder ein annähernd konusförmiger Hohlkörper großer Steife mit nach vorn v/eisender Spitze konzentrisch aufgesetzt und mit der Membran starr verbunden ist.J. Elektroakustisch.es transducer system according to claim 1, wherein the loudspeaker has a conical membrane or an approximately conical membrane, characterized in that that on the membrane a hollow cone of large stiffness or an approximately conical hollow body large stiffener with a forward iron tip placed concentrically and rigidly connected to the membrane is.

4. Elektroakustisches wandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb- der Rechenschaltung - zur Nachbildung der Teilkraft, welche der den ..utzschall abstrahlende Teil der Lautsprechermembran benötigt, um die dollbewegung auszuführen ein Summensignal gebildet wird aus dem gegebenen elektrischen Signal u, aus dessen Integralfunktion Judt und aus dessen jJifferentialf.unktion du/dt .4. Electroacoustic transducer system according to claim 1, characterized in that within the computing circuit - to simulate the partial force which the part of the loudspeaker membrane that emits the protective sound required to perform the doll movement a sum signal is formed from the given electrical signal u, from its integral function Judt and from its jJifferentialf.funktion du / dt.

5· Elektroakustisches Wandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung das gegebene elektrische oignal u mit dessen Integralfunktion Judt und mit dessen üifferentialfunktion du/dt additiv zu einem Hilfssignal ν verknüpft, welches ein elektrisches filter if durchläuft, dessen übertragungsfunktion dem durch Form und Materialeigenschaften des i,autsprecherschwingsystems gegebenen Deforrnationsverhalten bei dynamischer Beanspruchung angepaßt ist, wobei ν von dem Filter F in ein Hilf ssifoial w umgeformt wird, welches durch5 electroacoustic transducer system according to claim 1, characterized in that the computing circuit uses the given electrical signal u with its integral function Judt and with its differential function du / dt additively linked to an auxiliary signal ν, which passes through an electrical filter if, whose Transfer function given by the shape and material properties of the loudspeaker system Deformation behavior under dynamic loading is adapted, where ν is converted by the filter F into an auxiliary ssifoial w, which by

Blattsheet

Summieren mit dem Hilfssignal u in ein Hilfssignal χ übergeht, aus dem durch Summenbildung - aus χ selbst, aus dessen Integralfunktion Jxdt, aus dessen Differentialfunktion dx/dt und aus dem Hilfssignal ν - das Eingangssignal y für den Leistungsverstärker gewonnen wird.Adding with the auxiliary signal u into an auxiliary signal χ goes over, from the summation - from χ itself, from its integral function Jxdt, from its differential function dx / dt and the input signal y for the power amplifier obtained from the auxiliary signal ν will.

6. Elektroakustisch.es Wandlersystem nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsspannung ν und Ausgangsspannung w des elektrischen Filters F einer Differentialgleichung der Form Hv + Jv¹ + Kv" = = Lw + Mw^! + Nw" genügen, wobei H, J, K, L, M, N reelle Konstanten sind.6. Elektroakustisch.es converter system according to claim 5? characterized in that the input voltage ν and output voltage w of the electrical filter F satisfy a differential equation of the form Hv + Jv ¹ + Kv "= = Lw + Mw ^! + Nw", where H, J, K, L, M, N are real constants .

7. Elektroakustisch.es Wandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung- das gegebene elektrische Signal u mit dessen Integralfunktion Judt und mit dessen Differentialfunktion du/dt additiv zu einem Hilf ssignal ν verknüpft*, welches durch ein elektrisches Filter F^ in ein Hilfssignal w umgeformt wird, das durch Summieren mit dem Eingangssignal u in ein Hilfssignal χ übergeht, aus dem durch Summenbildung - aus χ selbst, aus dessen Integralfunktion fxdt, aus dessen Differentialfunktion dx/dt und aus dem Hilfssignal ν - ein Hilfssignal y gewonnen wird, welches durch ein elektrisches Filter Fp in ein Hilfssignal h umgeformt wird, das durch Summieren mit dem Hilfssignal χ in ein Hilfssignal i übergeht, aus dem durch Summenbildung - aus i selbst, aus dessen Integralfunktion fidt, aus. dessen Differentialfunktion di/dt und aus dem Hilfssignal y das Eingangssignal k für den Leistungsverstärker gewonnen wird, wobei die Übertragungsfunktionen der Filter F^ und F₂ dem durch Form und Materialeigenschaften des Lautsprecherschwxngsystems gegebenen inneren Deformationsverhalten des Schwingsystems bei dynamischer Beanspruchung angepaßt sind.7. Elektroakustisch.es converter system according to claim 1, characterized in that the arithmetic circuit- the given electrical signal u with its integral function Judt and with its differential function du / dt additively to an auxiliary ssignal ν linked *, which is linked by an electrical filter F ^ in an auxiliary signal w is converted, which is converted into an auxiliary signal χ by summing it with the input signal u, from which an auxiliary signal y is obtained by summing - from χ itself, from its integral function fxdt, from its differential function dx / dt and from the auxiliary signal ν - an auxiliary signal y , which is converted by an electrical filter Fp into an auxiliary signal h, which merges into an auxiliary signal i by summing with the auxiliary signal χ, from which by summing - from i itself, from its integral function fidt, from. whose differential function di / dt and the input signal k for the power amplifier is obtained from the auxiliary signal y, the transfer functions of the filters F ^ and F _{2 being} adapted to the internal deformation behavior of the oscillating system given by the shape and material properties of the loudspeaker oscillation system under dynamic stress.

8. Elektroakustisch.es Wandlersystem nacli einem stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechenschaltung an einer oder mehreren Stellen zum Differenzieren nach der Zeit ein G/R-Glied mit Nachholverstärker verwendet wird, wobei die Zeitkonstante RO in der Größenordnung 0.1 ... 10 as liegt.8. Electroacoustic transducer system to one standing claims, characterized in that in the computing circuit at one or more points for Differentiate according to the time a G / R element with catch-up amplifier is used, the time constant being RO is in the order of 0.1 ... 10 as.

9. Elektroakustisches Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, geeignet zur Wandlung digitalisierter Audiosignale in Schall, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung als Digitalrechner mit anschließender Digital/Analog-ümwandlung ausgeführt wird.9. Electroacoustic transducer system according to one of claims 1 to 7, suitable for converting digitized Audio signals in sound, characterized in that the computing circuit is a digital computer with a subsequent Digital to analog conversion is performed.