Regelangseinrichtung an Verstärkern. Es ist ein bekanntes Merkmal des menschlichen Ohres, dass es gegen Töne von sehr niedriger Frequenz relativ unempfind lich wird; wenn die Tonstärke auf ein nie driges Niveau fällt.
Wenn Musik, zum Beispiel von einer Rundfunkstation, in einem akustischen Stärkeniveau, das nahezu gleich demjenigen am Mikrophon ist, wiedergegeben wird, klingt die Wiedergabe am natürlichsten, vorausgesetzt, dass die Ausgangs-Frequenz- charakteristik des elektroakustischen Sy stems flach ist, das heisst dass alle Frequen zen in der gleichen relativen Amplitude wie in der Originalaufnahme in der Wiedergabe vorhanden sind.
Entsprechend der kleinen Grösse des Durchschnittraumes, in welchem ein Radio empfänger oder Phonograph betätigt wird, ist es normalerweise nicht wünschenswert, dass der wiedergegebene Ton ebenso laut wie das Original ist. Die Lautstärke muss also empfangseeitig reduziert werden.
Geschieht dies, ohne dass die relativen Amplituden der verschiedenen Frequenzen geändert werden, so wird wegen des oben erwähnten Merk mals des Ohres die Empfindung entstehen., als ob ein ernsthafter Mangel in der Wie dergabe der niedrigen Frequenzen oder Bass- noten vorhanden wäre. Es ist daher, um die psychologische Wirkung eines richtigen Tongleichgewichtes bei verschiedenen aku stischen Stärkeniveaus zu erzeugen, notwen dig, eine Regelungseinrichtung am Verstär ker vorzusehen, welche in Abhängigkeit vom Ausgangsniveau die Frequenzcharakteristik des Verstärkers derart ändert, dass die durch das menschliche Ohr bedingten linearen Ver zerrungen mindestens teilweise wieder auf gehoben werden.
Eine solche Regelungsein richtung zu schaffen, ist Gegenstand vorlie gender Erfindung.
Es sind Versuche gemacht worden, das gewünschte Resultat dadurch zu erzielen, dass die Ausgangs-Frequenzcharakteristik des Verstärkersystems entsprechend der Stellung der Leistungsniveauhandsteuerung durch Zusammenschaltung geeigneter Kreis elemente variiert wird. Während diese He thode eine merkliche Verbesserung gegen über der Leistung eines urkompensierten Verstärkers bringt, ist sie doch nicht gänz lich befriedigend, da die wirkliche Leistung des Verstärkers über einen. weiten Bereich bei fester :
Stellung der Leistungssteuerungs- einrichtung variiert, und zwar wegen der normalen Variation der musikalischen Am plitude zwischen Pianissimo und Fortissimo. Dieser Mangel ist bei der vorliegenden Er findung behoben, indem die Regelungsein richtung auf den momentanen Wert des Ausgangsniveaus selbsttätig anspricht, so dass es also nicht darauf ankommt, ob das Leistungsniveau infolge einer Leistungs- steuerungseinrichtung oder aus Gründen, wie sie oben genannt sind, variiert.
Die erfindungsgemässe Regelungseinrich tung kann an einem Radio- oder Audiofre- quenzverstärker vorgesehen sein.
Im folgenden werden anhand der Zeich nung Verstärker beschrieben, .die mit Aus- führungsbeispielen erfindungsgemässer Re gelungseinrichtungen versehen. sind.
Die Fig. 1 bis 7 stellen folgendes dar: Fig. 1 ist ein Diagramm, welches den Schwellentondruck auf das menschliche Durchschnittsrohr für verschiedene Audio- frequenzen darstellt; Fig. 2 und 3 sind schematische Schalt schemen von Verstärkersystemen, die mit Regelungseinrichtungen gemäss dieser Er findung versehen sind;
Fig. 4 ist ein Schaltschema eines Audio- frequenzverstärkersystems, das eine erste Ausführungsform der Regelungseinrichtung zeigt; Fig. 5 ist ein Schaltschema eines Au diofrequenzverstärkers mit einer zweiten, Ausführungsform der Regelungseinrichtung;
Fig. 6 ist ein Schaltschema eines Audio- frequenzverstärkers, der eine dritte Ausfüh- rungsform der Regelungseinrichtung auf weist; Fig. 7 ist ein Diagramm, das die pro zentualen Beziehungen für Hoch- und Nie derausgangsspannungsniveaus zwischen den verschiedenen Frequenzen im Audiofrequenz- ausgang des Verstärkers nach Fig. 4 zeigt.
In der Fig. 1 stellen die Ordinaten den Tondruck und die Abszissen die Audio- frequenzen dar. Die Kurve, welche aus "Speech aand Hearing" von Metcher genom men wurde, gibt den hörbaren Minimumwert des Tondruckes für verschiedene Audiofre- quenzen an.
Es kann aus dieser Figur er sehen werden, da$ das Durchschnittsohr am empfindlichsten auf Frequenzen ist, die zwi schen 1000 und 4000 Hertz liegen, und dass der für Hörbarkeit notwendige Tondruck bei einer Frequenz zwischen 64 und 128 Hertz ein Vielfaches von demjenigen ist, ,der notwendig ist für Hörbarkeit bei 1000 Hertz.
In der schematischen Fig. 2 wird das zu verstärkende Zeichen dem Eingangsverstär- ker 11 und dem zusätzlichen Verstärker 12 zugeleitet. Die Leistungen beider Verstär ker 11 und 12 werden dem Ausgangsverstär ker 13, durch welchen die Zeichen weiter verstärkt werden, zugeführt. Ein Teil der Leistung des Ausgangsverstärkers wird dem Frequenzfilter, Gleichrichter und Zeitkon- stantenkreis 14 zugeführt.
Hier wird eine steuernde Vorspannung für den zusätzlichen Verstärker 12 erzeugt. Der Kreis 14 enthält einen Zeitkonstantenkreis, damit augenblick liche Variationen des Leistungsniveaus nicht den zusätzlichen Verstärker beeinflussen. Die Wirkung dieses Systems wird später in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 4 geschildert.
In der schematischen Fig. 3 wird das Zeichen dem Eingangsverstärker zugeleitet. Das Zeichen wird dann zur selektiven Ver stärkungssteuerung 15 und dann zum Aus gangsverstärker 13 geleitet. Ein Teil der Leistung des Verstärkers 13 wird dem Fre- quenzfilter, Gleichrichter und Zeitkonstan- tenkreis 14 zugeführt. Hier wird eine Steuervorspannung für die selektive Ver- stärkungssteuerung 15 geschaffen.
Der greis 14 enthält einen Zeitkonstantenkreis, damit augenblickliche Variationen des Ausgangs niveaus die selektive Verstärkungssteuerung nicht beeinflussen. Die Wirkung dieses Sy stems wird später in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 6 geschildert werden.
In Fig. 4 sind die Eingangsklemmen 1, 2 über einen Spannungsteiler P, geschaltet, dessen variable Anzapfung dazu dient, einen gewünschten Teil der Eingangsspan nung der Verstärkerröhre V, aufzudrücken. Das Eingangszeichen wird in Röhre V1 ver stärkt und über den Kopplungskondensator C, zum Gitter der Röhre VZ geleitet.
Das Zeichen wird weiter in der Verstärkerröhre V2 verstärkt und über den Kopplungskon densator C2 der Verstärkerröhre V4 aufge drückt. Hier wird das Zeichen weiter ver stärkt und über den Transformator T1 den Gegentakt geschalteten Vakuumröhren V,, V, aufgedrückt.
Der Ausgang des Gegen takt geschalteten Verstärkers wird mit dem Primärteil des Ausgangstransformators TZ verbunden. Über die Hälfte des Primärteils des Ausgangstransformators T2 ist ein Span- nungsteiler P2 geschaltet, durch dessen va riablen Kontakt ein gewünschter Teil der Ausgangsspannung über den Kopplungs kondensator C3 zu den Diodenplatten der Röhre V2 geleitet wird.
Ein Diodenwider- stand Ri ist zwischen die Diodenplatten und die Kathode der Röhre V2 geschaltet.
Ein Kreis, der den Widerstand R2, Kon densator C4 und Kondensator C, einschliesst, ist zwischen die Anode der Röhre V, und ihre Kathode geschaltet. Eine Verbindung, ausgehend von einem Punkt zwischen den Kondensatoren C4 und C,, ist zum Ein gangsgitter der zusätzlichen Verstärkerröhre V3 hergestellt, durch welche Niederfrequenz zeichen auf die Röhre V3 in einer Art, die später vollständiger beschrieben wird, auf gedrückt werden.
Die gleichgerichtete Span nung, die über den Widerstand R, ent wickelt wird, und die normale Spannung über den Kathodenwiderstand R3 der Röhre V2 bestimmen die Vorspannung der Vaku umröhre V3 in einer Weise, welche später . vollständiger beschrieben werden wird.
Die Niederfrequenzspannungen werden in der Röhre V3 verstärkt und über den Konden sator C6 dem Gitter der Verstärkerröhre V4 zugeleitet, in welcher sie zusammen mit den Zeichenspannungen, die dem Gitter der Röhre V4 über den Kondensator C2 zuge leitet werden, verstärkt werden.
Geeignete Widerstände, Kondensatoren und Spannungsquellen sind, wie . gezeigt, vorgesehen. Obgleich Batterien aus Bequem lichkeitsgründen gezeigt sind, kann irgend welche geeignete Spannungsquelle vorge sehen werden.
Beim Betriebe wird die verstärkte Zei chenspannung, die an der Anode der Röhre V, erscheint, .dem Gitter der Röhre V2 durch ein Leitungsnetz, welches nicht fre- quenzselektiv wirkt, zugeführt. Die ver stärkte Zeichenspannung wird auch zum Steuergitter der Röhre V3 über das Lei tungsnetz R2, C, geleitet. Der Kondensator C4 ist von hoher Kapazität und dient nur dazu, die hohe Gleichstromspannung von dem Gitter der Röhre V3 abzusperren. Das Gitter der Röhre V3 wird daher durch den Spannungsfall über den Kondensator C, er regt.
Es ist offensichtlich, dass bei hohen Frequenzen nur ein kleiner Prozentsatz der Spannung über diesen Kondensator er scheint, während bei sehr niedrigen Fre quenzen der grösste Teil der Spannung über ihn entwickelt wird.
Der Widerstand R2 wird von genügend hohem Widerstand ge wählt, so dass, der Kondensator C, den Ein gang der Röhre Vz bei hohen Frequenzen nicht merklich beeinflusst. Die Röhre Va ist eine Hochleistungsverstärkerröhre, und die Kreiskonstanten sind so gewählt, dass mit normaler Vorspannung an dem Gitter der Röhre V3 die niedrigen Frequenzen bevor zugt werden.
Die Zeichen, welche durch die Röhren V2 und V3 verstärkt worden sind, werden kombiniert und dem Gitter .der Röhre V4, welche die Gegentaktausgangs röhren V, in der gebräuchlichen Weise speist, zugeleitet. Ein Lautsprecher ist ge- wöhnlich an die Ausgangsklemmen 3-4 ge schaltet.
Die Zeichenspannung, die dem Span- nungsteiler P2 entnommen wird, wird über den Kondensator C3 zum Diodendetektor der Röhre Vz geführt. Der Diodennebenwider- stand R, muss hoch genug sein, so dass er eine vernachlässigbare Wirkung auf den Ausgangskreis des Gegentaktverstärkers aus übt. Der Wert des Kondensators C3 muss sorgfältig in bezug auf .den Widerstand von Ri ausgewählt werden.
Wenn dieser Kon- densator zu klein ist, werden die Bassnoten, wenn das Ausgangsniveau hoch ist und die wiedergegebene Musik wenig Diskantnoten enthält, zu stark betont werden. Wenn dieser Kondensator anderseits zu gross ist, kann die gewünschte Betonung des Basses bei niedri gem Ausgangsniveau nicht erreicht werden, weil die Bassnoten selbst den Diodenkreis wegen ihrer meist relativ grossen Amplitude zu stark erregen werden.
Bei hohem Ausgangsniveau wird ein gro sser -Spannungsabfall am Widerstand R, ge bildet, und diese Spannung wird durch das Filterleitungsnetz R,-C,-R, zum Gitter der Röhre V3 übertragen und genügt, um die Röhre V3 unwirksam zu machen. Unter die sen Bedingungen hat der Verstärker eine normale, flache Frequenzcharakteristik.
Wenn die Ausgangsspannung aus irgend einem Grunde sinkt, sinkt der Spannungsab fall am Widerstand R,, bis die Röhre V3 bei einem gewissen Ausgangsniveau wirksam zu werden anfängt. Wie bereits bemerkt, be- günstigt der Eingangskreis der Röhre V8 die niedrigeren Frequenzen in bezug auf die höheren.
Der Ausgangskreis der Röhre V;, benachteiligt auch hohe Frequenzen bis zu einem gewissen Grade; V, ist eine Hochim- pedanzröhre, was bedeutet, dass die erzielte Spannungsverstärkung annähernd propor tional ihrer Anodenkreisimpedanz ist;
für sehr niedrige Frequenzen ist die Anoden kreisimpedanz praktisch diejenige ihres Ano denwiderstandes RL parallel mit der Gitter ableitung Re der Röhre V4; für sehr hohe Frequenzen ist der Anodenwiderstand R4 der Röhre V2 parallel mit den Widerständen R;, und R6, und da R4 widerstandsmässig be trächtlich niedriger ist, ist die Leistung durch die Röhre V3 für hohe Frequenzen be trächtlich niedriger als für niedrige Fre quenzen.
Wenn V3 daher wirksam ist, dient sie dazu, die Basstöne im Verhältnis zu den mittleren und Diskanttönen zu betonen.
Wenn die Ausgangsspannung weiter sinkt, nähert sich das Potential an den Di- odenplatten der Röhre V2 demjenigen der Kathode von V2, und die Röhre V8 arbeitet unter dieser Bedingung mit Maximumlei- stung.
Daher erhält der Bass für alle Leistungen unter einem gewissen Niveau die volle Be tonung, zu welcher das System fähig ist. Die Wahl des Niveaus, bei welchem sich die Leistungskurve abflacht, und die Wahl des besonders zu betonenden Frequenzbereiches kann von vornherein willkürlich festgelegt werden durch eine Variation der vorhande nen Kreiselemente.
Obgleich irgendwelche geeigneten Ver- stärkerröhren gebraucht werden können, seien die folgenden amerikanischen Röhren typen und folgende Kondensatoren und Wi derstände als geeignet angeführt:
EMI0004.0075
V, <SEP> der <SEP> Triodenteil <SEP> einer <SEP> Röhre <SEP> derType85
<tb> V2 <SEP> Type <SEP> 85
<tb> V3 <SEP> Type <SEP> 77
<tb> V4 <SEP> und <SEP> V, <SEP> Röhren <SEP> der <SEP> Type <SEP> 42, <SEP> geschal tet <SEP> als <SEP> Trioden
<tb> Cl <SEP> 0,01 <SEP> pf.
<tb> C2 <SEP> 0,02 <SEP> ,uf.
<tb> C3 <SEP> 0,003 <SEP> ,uf.
<tb> C4 <SEP> 0,1 <SEP> <I>,cif</I>.
<SEP> <I>.</I>
<tb> C6 <SEP> 0,005 <SEP> ,uf.
<tb> C6 <SEP> 0,05 <SEP> ,uf.
<tb> C, <SEP> 0,25 <SEP> ,uf.
<tb> R, <SEP> 500,000 <SEP> Ohm
<tb> R2 <SEP> 100,000 <SEP> Ohm
<tb> R3 <SEP> 4,000 <SEP> Ohm
<tb> R., <SEP> 50,000 <SEP> Ohm
<tb> R, <SEP> 160,000 <SEP> Ohm
<tb> Re <SEP> 500,000 <SEP> Ohm
<tb> R7 <SEP> 0,5 <SEP> Megohm
<tb> R8 <SEP> 0,5 <SEP> Megohm Beim Verstärker nach Fig. 5 werden die hohen und niedrigen Frequenzen mehr ver stärkt als die mittleren Frequenzen, wenn das Leistungsniveau reduziert wird.
Die Eingangsklemmen 1, 2 sind über den Span- nungsteiler P, geschaltet, dessen variabler Kontakt dazu dient, irgendeinen gewünsch ten Teil der Eingangsspannung der Röhre V, aufzudrücken. Der Ausgang der Röhre V, ist über den Kondensator Cl an das Steuergitter der Verstärkerröhre V4 geschal tet. Der Ausgang der Röhre V4 ist über den Transformator T1 an die Eingänge der Ge gentakt geschalteten Verstärkerröhren V', TV" geschaltet.
Der Ausgang des Gegentakt verstärkers ist mit dem Primärteil des Transformators T2 verbunden, dessen Sekun därteil mit den Ausgangsklemmen 3, 4 ver bunden ist, an welche ein Lautsprecher an geschaltet werden kann.
Ein Spannungsteiler P2 ist über die Hälfte des Primärteils des Ausgangstrans formators T2 geschaltet. Der variable Kon takt des Spannungsteilers P2 ist über den Kondensator C3 mit den Diodenplatten der Röhre V3 'verbunden. Ein Widerstand R, ist zwischen die Kathode der Röhre Vs und die Diodenplatten geschaltet. Das Schirm gitter der Röhre V, ist über die parallelen Impedanzen L, R und C mit der Kathode der Röhre V" verbunden.
Geeignete, vorspan nende Widerstände, Kopplungswiderstände und Spannungsquellen sind, wie gezeigt, vorgesehen.
Wenn die Ausgangsspannung an den Klemmen 3, 4 hoch ist, wird eine hohe Span nung auf die Diodenplatten der Röhre Va aufgedrückt, woraus eine beträchtliche Gleichspannung über den Widerstand R, re sultiert. Dies ergibt für das Gitter der Röhre Vs eine hohe negative Vorspannung, so dass diese Röhre wie ein hoher Widerstand in dem ,Schirmkreis der Röhre V, wirkt. Wenn der Widerstand der Röhre V, verglichen mit der Resonanzimpedanz des Kreises L-R-C gross ist, wird der Verstärker eine flache Charakteristik haben.
Bei niedrigem Aus gangsniveau ist der Widerstand .der Röhre V3 relativ klein, so dass dann die Leistung der Röhre V, freqüenzabhängig wird. Die Charakteristik des Kreises L-R-C wird so gewählt, dass .die Verstärkung der Röhre V,. bei niederem Ausgangsniveau des Verstär kers für mittlere Frequenzen stark abfällt. Der Kreis L-R-C kann, um irgendeine ge wünschte Form der Ansprechkurve zu er zeugen, durch ein kompliziertes Netzwerk ersetzt werden.
Fig. 6 ist eine Anordnung nach dem Schema der Fig. 3. Die Zeichenspannung wird zu den Eingangsklemmen 1 und 2, über welche ein Spannungsteiler P, geschaltet ist, geleitet. Der Teil der Eingangsspannung, der zwischen der Klemme 2 und der variablen Anzapfung am Spannungsteiler erscheint, wird dem Steuergitter der Hochleistungs- verstärkerröhre Vi zugeführt. Wenn man im .Augenblick von der Betrachtung der Wir kung des Filterkreises L-Cs-C9 absieht, zeigt sich,
dass verstärkte Zeichenspannung über den Kopplungswiderstand R(, erscheint und .durch den Kopplungskondensator C,. zum Gitter der Verstärkerröhre V4 übertragen wird. Nachdem sie durch Röhre V4 weiter verstärkt ist, wird die Zeichenspannung durch den Gegentakteingangstransformator T, zu den Gittern der Gegentakt geschalte ten Ausgangsverstärkerröhren V, geleitet.
Nachdem sie durch die Röhren V, weiter verstärkt ist, wird die Zeichenspannung zum Ausgangstransformator TZ und sodann zu .den Ausgangsklemmen 3 und 4 geleitet.
Über die Hälfte des Primärteils des Transformators T2 ist ein Spannungsteiler P2 nebengeschlossen. Der Teil der verstärk ten Zeichenspannung, welche zwischen der variablen Anzapfung von P2 und Erde er scheint, wird über den Kopplungskondensa tor C3 zu den Diodenplatten der Röhre Va geleitet.
Der gleichgerichtete Strom fliesst über R, Die Wechselstromkomponenten wer den. im wesentlichen durch den Filterkreis R,-C,-B, entfernt, und die resultierende Gleichspannung wird als Vorspannung dem ,Gitter der Röhre Vs zugeleitet.
Röhre Vs wirkt wie ein variabler Widerstand, der in ,der Erdleitung des Tiefpassfilters Cs-L-C9 eingeschaltet ist. Anodenstrom wird V3 über die Impedanz Z zugeführt, welche eine hohe Impedanz für alle Verstärkerfrequenzen hat, um alle Frequenzen daran zu hindern, di rekt von der Anode der Röhre Vs über die Anodenspannungsquelle zur Erde zu gehen.
Die Wirkung des Steuerkreises ist fol gende: u Wenn das Ausgangsniveau über dem Primärteil von T2 hoch ist, wird eine relativ hohe negative Vorspannung zum Gitter von V3 geleitet, welche V3 veranlasst, den Zeichen strömen einen sehr hohen Widerstand zu bieten. Folglich hat der Filterkreis Cs-L-Ca einen vernachlässigbaren Einfluss auf die :Übertragungseigenschaften des Verstärkers, weil die Eingangsimpedanz der Röhre V4 für alle Audiofrequenzen hoch ist.
Wenn das Zeichenniveau bei TZ reduziert wird, wird indessen weniger Vorspannung zum Gitter von V3 geleitet. Wenn die Vorspan- nung auf einen niedrigen Wert fällt, bietet die Röhre V3 einen relativ niedrigen Wider stand.
Somit wird das Tiefpassfilter Cs-L-C, wirksam, und die Übertragungscharakte- ristik des Verstärkers wird daher so geän dert, dass niedrige Frequenzen in einem höheren Masse als hohe Frequenzen verstärkt werden.
In jedem der gezeigten greise bil den .die Widerstände .R7 und Rs und der Kondensator C7 einen Filter, um die Wech- selstromkomponenten daran zu hindern, das Gitter der Steuerröhre zu erreichen, und um eine Zeitkonstante einzuführen, um die steuernde Spannung über ein gewünschtes Zeitintervall abzudrosseln.
In dem angegebenen Beispiel ist die Zeit konstante '/s Sekunde. Diese Zeitkonstante ist nicht kritisch, jedoch sollte sie klein genug sein, um die Vorspannung zu befähi gen, den normalen Schwankungen in der ;Lautstärke einer musikalischen Passage zu folgen, und gross genug, dass keine be merkenswerte Steuerwirkung während der mittleren Dauer einer einzigen musikali schen Note erscheint. Fig. 7 illustriert die Ausgangsfrequenz charakteristik eines Verstärkers nach Fig. 4.
Die Kurven A und B stellen die Ausgangs frequenzcharakteristiken für niedriges bezw. hohes Ausgangsniveau dar. Die Ordinaten stellen die Ausgangsspannung bei den ver schiedenen Frequenzen in bezug auf die Lei stung bei 400 Hertz dar. Man sieht, dass bei niedriger Ausgangsspannung die niedrigen Frequenzen zwischen 64 und 128 Hertz um ungefähr 300 bis 800 % im Verhältnis zu den Frequenzen von mehr als 500 Hertz vor herrschen. Daher wird, wenn der Umfang der Leistung durch irgendwelche Mittel re duziert wird, die Verstärkung der niederen Frequenzen relativ grösser.
Auf diese Weise wird mit dieser Anordnung das Ansprechen bei den niedrigen Frequenzen auf einem genügend hohen Niveau gehalten, um ober halb des Schwellenwertes des Durchschnitts rohres zu bleiben. Infolgedessen werden die niedrigen Frequenzen nicht scheinbar aus gelöscht, wenn das Leistungsniveau redu ziert wird.
Control device on amplifiers. It is a well-known characteristic of the human ear that it becomes relatively insensitive to very low frequency sounds; when the volume drops to a never-threefold level.
When music, for example from a radio station, is reproduced with an acoustic strength level that is almost the same as that on the microphone, the reproduction sounds most natural, provided that the output frequency characteristic of the electroacoustic system is flat, i.e. that all frequencies are present in the same relative amplitude as in the original recording in the playback.
Given the small size of the average room in which a radio receiver or phonograph is operated, it is usually not desirable for the reproduced sound to be as loud as the original. The volume must therefore be reduced on the receiving side.
If this happens without changing the relative amplitudes of the various frequencies, then because of the above-mentioned feature of the ear, the sensation will arise as if there was a serious deficiency in the reproduction of the low frequencies or bass notes. It is therefore, in order to generate the psychological effect of a correct tone balance at different acoustic strength levels, neces sary to provide a control device on the amplifier, which changes the frequency characteristics of the amplifier depending on the output level in such a way that the linear Ver caused by the human ear strains are at least partially eliminated.
To create such a Regelungsein direction is the subject of the present invention.
Attempts have been made to achieve the desired result in that the output frequency characteristic of the amplifier system is varied according to the position of the manual power level control by interconnecting suitable circuit elements. While this method brings a noticeable improvement over the performance of a primary compensated amplifier, it is not entirely satisfactory, since the real performance of the amplifier over a. wide range at fixed:
The position of the power control device varies due to the normal variation in the musical amplitude between pianissimo and fortissimo. This deficiency is remedied in the present invention in that the regulating device automatically responds to the current value of the output level, so that it does not matter whether the performance level varies as a result of a performance control device or for reasons such as those mentioned above .
The control device according to the invention can be provided on a radio or audio frequency amplifier.
In the following, amplifiers are described with reference to the drawing, .the provided with exemplary embodiments Re gel devices according to the invention. are.
1 to 7 illustrate the following: FIG. 1 is a diagram showing the threshold sound pressure on the average human pipe for various audio frequencies; 2 and 3 are schematic circuit diagrams of amplifier systems, which are provided with control devices according to this invention He;
Fig. 4 is a circuit diagram of an audio frequency amplifier system showing a first embodiment of the control device; 5 is a circuit diagram of an audio frequency amplifier with a second embodiment of the control device;
6 is a circuit diagram of an audio frequency amplifier which has a third embodiment of the control device; FIG. 7 is a diagram showing the percentage relationships for high and low output voltage levels between the various frequencies in the audio frequency output of the amplifier according to FIG.
In FIG. 1, the ordinates represent the sound pressure and the abscissas the audio frequencies. The curve taken from "Speech aand Hearing" by Metcher indicates the minimum audible value of the sound pressure for various audio frequencies.
It can be seen from this figure that the average ear is most sensitive to frequencies between 1000 and 4000 Hertz, and that the sound pressure necessary for audibility at a frequency between 64 and 128 Hertz is a multiple of that which is necessary for audibility at 1000 Hertz.
In the schematic FIG. 2, the character to be amplified is fed to the input amplifier 11 and the additional amplifier 12. The powers of both amplifiers 11 and 12 are fed to the output amplifier 13, through which the characters are further amplified. Part of the power of the output amplifier is fed to the frequency filter, rectifier and time constant circuit 14.
A controlling bias voltage for the additional amplifier 12 is generated here. The circuit 14 contains a time constant circuit so that instantaneous variations in the power level do not affect the additional amplifier. The effect of this system will be described later in connection with the description of FIG.
In the schematic Fig. 3, the character is fed to the input amplifier. The character is then sent to the selective gain control 15 and then to the output amplifier 13. Part of the power of the amplifier 13 is fed to the frequency filter, rectifier and time constant circuit 14. Here a control bias for the selective gain control 15 is created.
The old 14 includes a time constant circle so that instantaneous variations in the output level do not affect the selective gain control. The effect of this Sy stems will be described later in connection with the description of FIG.
In Fig. 4, the input terminals 1, 2 are connected via a voltage divider P, whose variable tap is used to press a desired part of the input voltage of the amplifier tube V ,. The input signal is amplified in tube V1 and passed through the coupling capacitor C to the grid of the tube VZ.
The character is further amplified in the amplifier tube V2 and pushed up through the Kopplungskon capacitor C2 of the amplifier tube V4. Here the symbol is further strengthened and the push-pull vacuum tubes V ,, V, are pressed on via the transformer T1.
The output of the counter-clocked amplifier is connected to the primary part of the output transformer TZ. A voltage divider P2 is connected over half of the primary part of the output transformer T2, through whose variable contact a desired part of the output voltage is conducted via the coupling capacitor C3 to the diode plates of the tube V2.
A diode resistor Ri is connected between the diode plates and the cathode of the tube V2.
A circuit that includes resistor R2, capacitor C4 and capacitor C, is connected between the anode of the tube V and its cathode. A connection, starting from a point between the capacitors C4 and C ,, is made to the input grid of the additional amplifier tube V3, through which low frequency characters are pressed onto the tube V3 in a manner which will be described more fully later.
The rectified voltage that is developed across the resistor R, and the normal voltage across the cathode resistor R3 of the tube V2 determine the bias voltage of the vacuum tube V3 in a manner which will be explained later. will be described more fully.
The low-frequency voltages are amplified in the tube V3 and fed through the capacitor C6 to the grid of the amplifier tube V4, in which they are amplified together with the symbol voltages which are fed to the grid of the tube V4 through the capacitor C2.
Suitable resistors, capacitors and voltage sources are like. shown, provided. Although batteries are shown for convenience, any suitable power source can be provided.
During operation, the amplified symbol voltage, which appears at the anode of the tube V, is fed to the grid of the tube V2 through a line network which is not frequency-selective. The amplified character voltage is also fed to the control grid of the tube V3 via the line network R2, C. The capacitor C4 is of high capacitance and only serves to cut off the high DC voltage from the grid of the tube V3. The grid of the tube V3 is therefore excited by the voltage drop across the capacitor C.
It is evident that at high frequencies only a small percentage of the voltage appears across this capacitor, while at very low frequencies most of the voltage is developed across it.
The resistor R2 is chosen to be of sufficiently high resistance that the capacitor C does not noticeably affect the input of the tube Vz at high frequencies. The tube Va is a high-performance amplifier tube, and the circular constants are chosen so that, with normal bias on the grid of the tube V3, the low frequencies are given preference.
The characters which have been amplified by the tubes V2 and V3 are combined and fed to the grid of the tube V4, which feeds the push-pull output tubes V in the usual manner. A loudspeaker is usually connected to output terminals 3-4.
The symbol voltage, which is taken from the voltage divider P2, is fed to the diode detector of the tube Vz via the capacitor C3. The diode shunt resistance R, must be high enough so that it has a negligible effect on the output circuit of the push-pull amplifier. The value of the capacitor C3 must be carefully selected in relation to the resistance of Ri.
If this capacitor is too small, the bass notes will be emphasized too much if the starting level is high and the music being played contains few treble notes. On the other hand, if this capacitor is too large, the desired emphasis on the bass cannot be achieved at a low starting level, because the bass notes themselves will excite the diode circuit too much because of their usually relatively large amplitude.
At a high output level a large voltage drop is formed across the resistor R, and this voltage is transmitted through the filter line network R, -C, -R, to the grid of the tube V3 and is sufficient to render the tube V3 ineffective. Under these conditions the amplifier has a normal, flat frequency characteristic.
If the output voltage drops for any reason, the voltage drop across the resistor R1 decreases until the tube V3 begins to operate at a certain initial level. As already noted, the input circuit of the tube V8 favors the lower frequencies with respect to the higher ones.
The output circuit of the tube V;, also penalizes high frequencies to a certain extent; V, is a high-impedance tube, which means that the voltage gain achieved is approximately proportional to its anode circuit impedance;
for very low frequencies the anode circuit impedance is practically that of its anode resistance RL parallel to the grid derivation Re of the tube V4; for very high frequencies the anode resistance R4 of the tube V2 is in parallel with the resistors R ;, and R6, and since R4 is considerably lower in terms of resistance, the power through the tube V3 for high frequencies is considerably lower than for low frequencies.
Therefore, when V3 is in effect, it is used to emphasize the bass notes in relation to the middle and treble notes.
If the output voltage drops further, the potential on the diode plates of tube V2 approaches that of the cathode of V2, and tube V8 operates at maximum power under this condition.
Therefore, the bass receives the full emphasis that the system is capable of for all performances below a certain level. The choice of the level at which the power curve flattens out, and the choice of the frequency range to be emphasized, can be arbitrarily determined from the outset by varying the existing circular elements.
Although any suitable amplifier tubes can be used, the following American tube types and the following capacitors and resistors are listed as suitable:
EMI0004.0075
V, <SEP> the <SEP> triode part <SEP> of a <SEP> tube <SEP> of type85
<tb> V2 <SEP> Type <SEP> 85
<tb> V3 <SEP> Type <SEP> 77
<tb> V4 <SEP> and <SEP> V, <SEP> tubes <SEP> of <SEP> type <SEP> 42, <SEP> switched <SEP> as <SEP> triodes
<tb> Cl <SEP> 0.01 <SEP> pf.
<tb> C2 <SEP> 0.02 <SEP>, uf.
<tb> C3 <SEP> 0.003 <SEP>, uf.
<tb> C4 <SEP> 0.1 <SEP> <I>, cif </I>.
<SEP> <I>. </I>
<tb> C6 <SEP> 0.005 <SEP>, uf.
<tb> C6 <SEP> 0.05 <SEP>, uf.
<tb> C, <SEP> 0.25 <SEP>, uf.
<tb> R, <SEP> 500,000 <SEP> ohms
<tb> R2 <SEP> 100,000 <SEP> ohms
<tb> R3 <SEP> 4,000 <SEP> ohms
<tb> R., <SEP> 50,000 <SEP> ohms
<tb> R, <SEP> 160,000 <SEP> ohms
<tb> Re <SEP> 500,000 <SEP> ohms
<tb> R7 <SEP> 0.5 <SEP> megohms
<tb> R8 <SEP> 0.5 <SEP> megohms In the amplifier according to FIG. 5, the high and low frequencies are amplified more ver than the middle frequencies when the power level is reduced.
The input terminals 1, 2 are connected via the voltage divider P 1, the variable contact of which is used to apply any desired part of the input voltage to the tube V 1. The output of the tube V is switched via the capacitor Cl to the control grid of the amplifier tube V4. The output of the tube V4 is connected via the transformer T1 to the inputs of the amplifier tubes V ', TV "which are switched in synchronism.
The output of the push-pull amplifier is connected to the primary part of the transformer T2, the secondary part of which is connected to the output terminals 3, 4, to which a loudspeaker can be connected.
A voltage divider P2 is connected across half of the primary part of the output transformer T2. The variable con tact of the voltage divider P2 is connected to the diode plates of the tube V3 'via the capacitor C3. A resistor R i is connected between the cathode of the tube Vs and the diode plates. The screen grid of the tube V is connected to the cathode of the tube V "via the parallel impedances L, R and C.
Appropriate biasing resistors, coupling resistors, and voltage sources are provided as shown.
If the output voltage at the terminals 3, 4 is high, a high voltage is impressed on the diode plates of the tube Va, from which a considerable DC voltage across the resistor R results. This results in a high negative bias voltage for the grid of tube Vs, so that this tube acts like a high resistance in the shielding circuit of tube V. If the resistance of the tube V is large compared to the resonance impedance of the circuit L-R-C, the amplifier will have a flat characteristic.
At a low output level, the resistance of the tube V3 is relatively small, so that the output of the tube V3 is then frequency-dependent. The characteristic of the circuit L-R-C is chosen so that. The gain of the tube V,. at a low starting level of the amplifier for medium frequencies drops sharply. The circuit L-R-C can be replaced by a complex network to produce any desired shape of the response curve.
Fig. 6 is an arrangement according to the scheme of Fig. 3. The character voltage is fed to the input terminals 1 and 2, via which a voltage divider P 1 is connected. The part of the input voltage that appears between terminal 2 and the variable tap on the voltage divider is fed to the control grid of the high-performance amplifier tube Vi. If one disregards the effect of the filter circuit L-Cs-C9 at the moment, it becomes clear that
that amplified symbol voltage appears via the coupling resistor R (, and .through the coupling capacitor C,. is transmitted to the grid of the amplifier tube V4. After it is further amplified by tube V4, the symbol voltage is switched through the push-pull input transformer T, to the grid of the push-pull Output amplifier tubes V, passed.
After it is further amplified by the tubes V, the character voltage is passed to the output transformer TZ and then to the output terminals 3 and 4.
A voltage divider P2 is shunted over half of the primary part of the transformer T2. The part of the amplified character voltage, which appears between the variable tap of P2 and earth, is passed through the coupling capacitor C3 to the diode plates of the tube Va.
The rectified current flows via R, the alternating current components are the. is essentially removed by the filter circuit R, -C, -B, and the resulting DC voltage is fed as a bias voltage to the grid of the tube Vs.
Tube Vs acts like a variable resistor which is switched on in the ground line of the low pass filter Cs-L-C9. Anode current is supplied to V3 via impedance Z, which has a high impedance for all amplifier frequencies to prevent all frequencies from going directly from the anode of tube Vs to ground via the anode voltage source.
The effect of the control circuit is as follows: If the output level above the primary of T2 is high, a relatively high negative bias is applied to the grid of V3, which causes V3 to offer a very high resistance to the character flows. Consequently, the filter circuit Cs-L-Ca has a negligible influence on the transmission properties of the amplifier, because the input impedance of the tube V4 is high for all audio frequencies.
Meanwhile, as the character level at TZ is reduced, less bias is applied to the grid of V3. When the bias voltage drops to a low value, tube V3 offers a relatively low resistance.
Thus, the low-pass filter Cs-L-C, becomes effective, and the transmission characteristics of the amplifier are therefore changed in such a way that low frequencies are amplified to a greater extent than high frequencies.
In each of the figures shown, the resistors .R7 and Rs and the capacitor C7 form a filter to prevent the alternating current components from reaching the control tube grid and to introduce a time constant to keep the controlling voltage above a desired value To throttle the time interval.
In the example given, the time is a constant '/ s second. This time constant is not critical, but it should be small enough to enable the bias to follow normal fluctuations in the volume of a musical passage and large enough that there is no noticeable control effect during the mean duration of a single musical passage Note appears. FIG. 7 illustrates the output frequency characteristic of an amplifier according to FIG. 4.
The curves A and B represent the output frequency characteristics for low respectively. The ordinates represent the output voltage at the various frequencies in relation to the power at 400 Hertz. It can be seen that at a low output voltage, the low frequencies between 64 and 128 Hertz by about 300 to 800% in relation to the Frequencies of more than 500 Hertz prevail. Therefore, if the amount of power is reduced by any means, the gain of the lower frequencies becomes relatively greater.
In this way, with this arrangement, the response at the low frequencies is kept at a sufficiently high level to remain above the threshold value of the average pipe. As a result, the low frequencies are not seemingly canceled when the performance level is reduced.