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Vorrichtung zur selbsttätigen Anpassung des Verstärkungsgrades eines
Niederfrequenzverstärkers mit Wiedergabeapparatur an den Schallpegel der Umgebung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Anpassung des
Verstärkungsgrades eines Niederfrequenzverstärkers mit Wiedergabeapparatur an den
Schallpegel der Umgebung, in der diese Wiedergabeapparatur angeordnet ist. Die Vorrichtung
ist besonders bestimmt als Lautsprecheranlage auf Bahnhofsgeländen verwendet zu
«erden, wo es erforderlich ist, daß die vom Bahnhofslautsprecher entwickelte Schallenergiemenge
im Verhältnis zu derjenigen der Umgebung um eine konstante dB-Zahl, z. B. .4o dB,
höher liegt, da in diesem Fall die Verständlichkeit des vom Lautsprecher ausgesandten
Schalls stets gleich bleiben wird.
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Eine bekannte Vorrichtung für diesen Zweck enthält ein Mikrophon,
einen Verstärker und einen Lautsprecher, wobei in der Umgebung des Lautsprechers
ein Hilfsmikrophon angeordnet ist, dem eine Regelspannung entnommen wird, die den
Verstärkungsgrad des erwähnten Verstärkers regelt. Bei einer solchen Vorrichtung
stößt man auf die Schwierigkeit, daß das Hilfsmikrophon nicht nur den Schallpegel
der Umgebung, sondern auch einen Teil der Schallenergie des Lautsprechers auffängt,
so daß die Gefahr einer akustischen Rückkopplung besteht. Bei der bekannten Schaltung
hat man versucht, diese Schwierigkeit zu beseitigen, indem die den Verstärkungsgrad
des Verstärkers regelnde Regelspannung durch den Unterschied zwischen einer durch
Gleichrichtung dem Hilfsmikrophon entnommenen Spannung und einer der Amplitude des
den Lautsprecher durchfließenden Stromes proportionalen Spannung gebildet wird,
derart, daß diese Differenzspannung nur ein Maß für den Schallpegel
der
Umgebung ist. Mit dieser Maßnahme ist erzielbar, daß die vom Lautsprecher entwickelte
Schallenergie diejenige der Umgebung etwa um io dB übersteigt. Zur Erzielung eines
höheren Wertes dieses Energieverhältnisses stößt man auf den Nachteil, daß die beiden
Komponenten, derenUnterschied die Regelspannung liefern muß, einen sehr großen Wert
gegenüber dieser Regelspannung haben, so daß sehr geringe. Phasenverschiebungen
zwischen diesen beiden Komponenten, die z. B. durch Änderung des akustischen Abstandes
des Lautsprechers vom Hilfsmikrophon hervorgerufen werden können, bereits akustische
Rückkopplung veranlassen würden.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, daß das Energieverhältnis zwischen
dem vom Lautsprecher und dem von der Umgebung erzeugten Schall einen beliebig großen
Wert annimmt, da nur während der Zeit, in der keine akustische Energie vom Lautsprecher
ausgesandt wird, eine den Verstärkungsgrad des Verstärkers regelnde Regelspannung
dem Hilfsmikrophon entnommen wird, und von dem Augenblick an, in dem der Lautsprecher
akustische Energie aussendet, diese Regelspannung einen von der Spannung am Hilfsmikrophon
unabhängigen Wert annimmt.
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Die Erfindung wird an Hand des in Fig. i dargestellten Prinzipschaltbildes
und der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In Fig. i sind mit i und 2 zwei Verstärkungsstufen bezeichnet, mit
deren Hilfe die einem Mikrophon 3 entnommenen elektrischen Schwingungen verstärkt
und mit Hilfe einer Wiedergabeapparatur, einfachheitshalber von einem Lautsprecher
4 dargestellt, in akustische Schwingungen umgewandelt werden. Der Lautsprecher 4
ist in einem Raum, z. B. auf einem Bahnhofsgelände, aufgestellt, wo außerdem andere
Schallquellen 5, z. B. fahrende Züge, wirksam sind. Die vom Lautsprecher 4 und den
Quellen 5 erzeugte Schallenergie wird von einem Hilfsmikrophon 6 aufgefangen, dem
mit Hilfe einer Schaltung 7 eine Regelspannung entnommen wird, die über die Leitung
8 die Verstärkung des Verstärkers 2 regelt.
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Gemäß der Erfindung wird die Schaltung 7 derart von einer über die
Leitung 9 zugeführten Wechselspannung gesteuert, daß nur, wenn diese Wechselspannung
und somit die vom Lautsprecher 4 ausgesandte Energie gleich Null ist, die in der
Leitung 8 erzeugte Regelspannung von der vom Hilfsmikrophon 6 erzeugten Spannung
abhängt, während von dem Augenblick an, in dem die Wechselspannung der Leitung 9
nicht gleich Null ist, z. B. indem in das Mikrophon 3 gesprochen wird, die in der
Leitung 8 erzeugte Regelspannung unabhängig von der am Hilfsmikrophon erzeugten
Spannung ist.
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Die Fig.2 und 3 stellen Ausführungsbeispiele einer solchen Schaltung
7 dar, die darauf beruhen, daß ein Kondensator ii in der Größe von einigen ,uF,
über den eine die Regelspannung bedingende Spannung erzeugt wird, schnell bis zu
einer dem Schallpegel der Umgebung entsprechenden, den Klemmen io zugeführten Spannung
während der Zeit aufgeladen wird, in der die Wechselspannung an den Klemmen 9 gleich
Null ist, während er sich sehr langsam in der Zeit entlädt, in der diese Spannung
nicht gleich Null ist. Um eine sehr langsame Entladung des Kondensators i i zu bewirken,
ist in die Schaltungen ein von der über die Leitung io zugeführten Spannung am Hilfsmikrophon
6 gesteuerter Reihenkreis aufgenommen, der die Entladungsröhren 12 und 13 gleicher
Durchlaßrichtung und mit einer Speisespannungsquelle 14 enthält, wobei die eine
Belegung des Kondensators i i mit einem Punkt IS eines gegenüber der Speisespannungsquelle
14 definierten Potentials und die andere Belegung mit einem zwischen den beiden
Entladungsröhren liegenden Punkt des erwähnten Reihenkreises verbunden ist. Die
beiden Entladungsröhren 12 und 13 sind hierbei nur dann leitend, wenn die Wechselspannung
an den Klemmen 9 gleich Null ist. Infolgedessen kann der Kondensator i i sich nur
über Isolationswiderstände mit einem Gesamtwert z. B. von iooo M.2 entladen, so
daß mit einer sehr langen Entladezeitkonstante von einigen tausend Sekunden gerechnet
werden kann.
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In Fig. 2 werden die den Klemmen 9 zugeführten Schwingungen mit Hilfe
eines Gleichrichters 16 mit Abflachfilter 17 gleichgerichtet, worauf diese gleichgerichtete
Spannung zum Öffnen der normalerweise nicht leitenden, gasgefüllten, von einer Wechselspannungsquelle
i9 gespeisten Entladungsröhre 18 hinreichend ist. Die im Ausgangstransformator 2o
der Röhre 18 erzeugte Wechselspannung wird mit Hilfe der beiden Gleichrichterschaltungen
2i und 22 gleichgerichtet, deren Ausgangsspannungen zum Sperren der Röhren 12 und
13 hinreichen. Die Zeitkonstante des Kreises 16, 17 ist von der Größenordnung von
einigen Metersekunden und somit hinreichend klein, um jegliche unerwünschte akustische
Rückkopplungserscheinungen iu vermeiden. Die Entladezeitkonstante der Kreise 21
und 22 ist z. B. von der Größenordnung von einigen Zehntelsekunden.
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Falls in der Leitung 9 keine Wechselspannung erzeugt wird, ist die
Röhre 18 gesperrt, so daß die Röhren 12 und 13 leitend sind. Im Gitterkreis der
Röhre 12 ist dann eine Spannung wirksam, die über ein Abflachfilter 23 des Gleichrichters
24 erzeugt wird, dem die von den Klemmen io abgegriffene Spannung zugeführt wird,
wodurch die Leitfähigkeit der Röhre 12 entsprechend der Spannung an den Klemmen
io, d. h. entsprechend der Schallenergie der Umgebung geregelt wird. Der Kondensator
i i erhält somit ein Potential, das vom Teilverhältnis zwischen dem Widerstand der
Röhre 12 mit Kathodenwiderstand 25 und demjenigen der Röhre 13 bedingt wird, wobei
die Zeitkonstante zum Aufladen des Kondensators i i vom Produkt der Größe dieses
Kondensators und des Parallelwiderstandes des vorerwähnten Widerstandes bestimmt
wird und einen Wert von So m/sek. haben kann.
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Die am Kondensator i i erzeugte Spannung wird mit Hilfe der Röhre
26 verstärkt, wonach die Regelspannung über das Filter 27 mit einer Zeitkonstante
von
einigen Zehntelsekunden, das eine allmähliche Änderung des Verstärkungsgrades bewirkt,
von den Klemmen 8 abgegriffen wird.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung werden die über die Klemmen
9 zugeführten Schwingungen verstärkt und mit Hilfe der Röhre 16 mit großem Anodenwiderstand
29 und Entkopplungskondensator 17 gleichgerichtet. Die über den Widerstand 29 erzeugte
Spannung ist in den Gitterkreisen der Röhren 12 und 13 wirksam und macht diese Röhren
nur leitend, wenn die Wechselspannung an den Klemmen 9 gleich Null ist. Dabei beträgt
die zum Aufladen des Kondensators 17 erforderliche Zeit, z.13. 0.1 !IF, nur
o. l m/Sek., da der innere Widerstand der Röhre 16 durch Gegenkopplung z. B. nur
lo k12 beträgt, wiihrend sich die Entladezeit dieses Kondensators nur auf einige
Zehntelsekunden stellt.
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In der Reihenschaltung der Entladungsröhren 12 und 13 ist eine den
Klemmen lo über einen Eingangstransformator zugeführte Spannung wirksam, die während
der Zeit, in der die Röhren 12 und 13 leitend sind, bewirkt, daß der Kondensator
11 über die Röhre 12 bis zu einem-der Amplitude der den Klemmen lo zugeführten Spannung
entsprechenden Wert aufgeladen wird, während die Röhre 13 mit einem Anodenwiderstand
von etwa lo k-Q als Entladekreis fungiert. Die Aufladezeit des Kondensators 1 1
beträgt z. 13. 5o m/Sek.
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Die der Klemme 8 entnommene, negative Regelspannung regelt auf bekannte
Weise den Verstärkungsgrad der Verstärkerstufe 2; sie beeinflußt z. B. die Gittereinstellung
einer oder mehrerer der in die Verstärkerstufe aufgenommenen Entladungsröhren.
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Neben der obengeschilderten Regelung ist es bei der erwähnten Lautsprecheranlage
erwünscht, noch eine zweite Regelung vorzusehen, die bewirkt, daß die Amplitude
der Eingangsspannung des Verstärkers 2 einen etwa konstanten Wert hat, so daß die
vom Lautsprecher 4 ausgesandte Schallenergie unabhängig von der Tatsache ist, ob
der Sprecher mehr oder weniger dicht vor dem Mikrophon 3 steht. Diese zweite Regelung
ist in Form einer bekannten selbsttätigen Lautstärkeregelung (in Fig. 1 mit 30 bezeichnet)
durchführbar.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Lautsprecheranlage
beschränkt; sie ist z. B. auch bei einer Einrichtung anwendbar, bei der das in Fig.
1 dargestellte Mikrophon 3 mit Verstärker 1 und selbsttätiger Lautstärkeregelung
30 z. B. durch ein Grammophon- bzw. ein Radioempfangsgerät ersetzt wird.