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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems mit einem ersten Lautsprecher, welcher als Doppelspulenlautsprecher ausgebildet ist, über welchen Signale eines ersten Frequenzkanals akustisch abgestrahlt werden, und einem zweiten Lautsprecher, über welchen Signale eines zweiten Frequenzkanals akustisch abgestrahlt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lautsprechersystem mit zumindest einem Doppelspulenlautsprecher und einem weiteren zweiten Lautsprecher.
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Lautsprechersysteme mit derartigen Lautsprechern sind bekannt. So ist aus der
DE 102 19 657 A1 ein Lautsprechersystem mit zumindest drei Lautsprechern bekannt, von denen einer als Doppelspulenlautsprecher ausgebildet ist. Um den Schalldruck zu erhöhen, können zwei Schwingspulen verwendet werden, die durch Kraftaddition die doppelte Antriebsleistung der Endstufen erreichen sollen. Die Schwingspulen werden mit einem betragsmäßig gleichen Signal gespeist, welches jedoch nicht dasselbe Signal ist. Darüber hinaus ist es bei der sehr aufwändigen Ansteuerungselektronik des Lautsprechersystems erforderlich, dass Brückenendstufen mit einzeln ansteuerbaren Endstufenzweigen eingesetzt werden. Die aufwändige Schaltungskonzeption erfordert eine Vielzahl an Bauteilen, wie Invertern, Hochpässen und Tiefpässen, welche zur Signaltrennung eingesetzt werden.
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Die Druckschrift
US 2001/0018621 A1 offenbart ein Lautsprechersystem für einen Computer, welches einen ersten, einen zweiten und einen dritten Lautsprecher aufweist. Dabei ist der dritte Lautsprecher ein Subwoofer.
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Darüber hinaus ist in 1 in schematischer Weise ein bekanntes Lautsprechersystem dargestellt. Um in Kraftfahrzeugen trotz begrenzter Versorgungsspannung Lautsprecher zu erhalten, die einen höheren Schalldruckpegel erzeugen können, wurde allgemein das Konzept des Doppelschwingspulenlautsprechers eingeführt. Dadurch erreicht man die Verdoppelung des magnetischen Flusses und damit eine Lautstärkeerhöhung um ca. 3 dB. In dem in 1 gezeigten Konzept ist ein Lautsprechersystem 1 gezeigt, welches einen Doppelspulenlautsprecher 2 aufweist, welcher als Subwoofer eingesetzt wird. Dieser Doppelspulenlautsprecher 2 ist zur akustischen Abstrahlung von Signalen eines ersten Frequenzkanals S(t) vorgesehen und weist zwei Schwingspulen 21 und 22 auf. Ein weitere Lautsprecher 3 weist eine Schwingspule 31 auf. Dieser Lautsprecher 3 ist zur akustischen Abstrahlung von Signalen eines zweiten Frequenzkanals C(t) ausgebildet. Die Signale der Frequenzkanäle S(t) und C(t) werden an einen Summierer 7d angelegt und das Ausgangssignal des Summierers 7d an zwei Verstärker 4 und 5 angelegt. Das addierte Signal wird nach den Verstärkern 4 und 5 jeweils über frequenzselektive Bauteile in Form von Filtern 7a, 7b und 7c abgetrennt. Diese Ausgestaltung eines Lautsprechersystems 1 ist relativ bauteilaufwändig und daher auch kostenintensiv. Die erforderlichen Filter sind relativ teuer. Insbesondere die Tiefpassfilter 7a und 7b sind als Leistungsbauteile relativ groß und kostenintensiv.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Lautsprechersystem zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem der Betrieb bauteilreduziert durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Lautsprechersystem, welches die Merkmale nach Patentanspruch 9 aufweist, gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems ist ein erster Lautsprecher, welcher als Doppelspulenlautsprecher ausgebildet ist, vorgesehen, über welchen Signale eines ersten Frequenzkanals akustisch abgestrahlt werden. Darüber hinaus sollen über einen zweiten Lautsprecher des Lautsprechersystems Signale eines zweiten Frequenzkanals akustisch abgestrahlt werden. Aus den letztendlich abzustrahlenden Signalen der beiden Frequenzkanäle werden zunächst zwei Mischsignale erzeugt, bei denen die Signalkomponente des Signals des zweiten Frequenzkanals beim ersten Mischsignal subtrahiert und beim zweiten Mischsignal addiert wird und jeweils ein Mischsignal an jeweils eine der Spulen des Doppelspulenlautsprechers derart angelegt wird, dass die in den Mischsignalen gegenphasig enthaltenen Signalkomponenten des Signals des zweiten Frequenzkanals im Hinblick auf eine Auslenkung einer Membran des Doppelspulenlautsprechers in einem Magnetfeld der Spulen des Doppelspulenlautsprechers 2 kompensiert werden. Durch diese Vorgehensweise kann an dem ersten Lautsprecher ein erhöhter Schalldruck ausgebildet werden und die Signalzuführung an die beiden Lautsprecher bauteilreduziert erfolgen. Insbesondere teure Filterelemente vor dem Doppelspulenlautsprecher können eingespart werden. Durch diese Vorgehensweise können die unerwünschten Signalanteile im Wiedergabesignal des Doppelspulenlautsprechers unterdrückt werden. Die gegenphasigen Signalanteile des Signals des zweiten Frequenzkanals werden im Magnetfeld der Anordnung aus Spule und Magnet des Doppelspulenlautsprechers kompensiert. Ohne aufwändige Filterelemente kann dadurch das eigentlich akustisch abzustrahlende Signal des Doppelspulenlautsprechers erzeugt werden.
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Das zweite Mischsignal wird bevorzugt an den zweiten Lautsprecher des Lautsprechersystems angelegt. Somit wird dieses zweite Mischsignal sowohl an eine Spule des ersten Lautsprechers und somit des Doppelspulenlautsprechers, als auch an den zweiten Lautsprecher angelegt. Die addierte Signalkomponente des Signals des zweiten Frequenzkanals wird im zweiten Mischsignal ausgefiltert, insbesondere hochpassgefiltert. Dadurch kann ermöglicht werden, dass unerwünschte Signalanteile ausgefiltert werden und lediglich das grundlegende, über den zweiten Lautsprecher akustisch abzustrahlende Signal letztendlich auch abgestrahlt wird.
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Bevorzugt wird das erste Mischsignal an einen ersten Verstärker und das zweite Mischsignal an einen zweiten Verstärker angelegt. Die Signale werden jeweils nur an einen Eingang der Verstärker angelegt. Die Ausgangssignale des ersten Verstärkers werden bevorzugt an die erste Spule des Doppelspulenlautsprechers und die Ausgangssignale des zweiten Verstärkers werden bevorzugt an die zweite Spule des Doppelspulenlautsprechers und an eine Spule des zweiten Lautsprechers angelegt.
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Beide Verstärker weisen jeweils in bevorzugter Weise zwei Ausgänge auf, welche mit den entsprechenden Spulen der Lautsprecher verbunden werden. Die beiden Ausgänge des ersten Verstärkers werden bevorzugt ausschließlich mit der ersten Spule des Doppelspulenlautsprechers verbunden. Die beiden Ausgänge des zweiten Verstärkers hingegen werden bevorzugt einerseits sowohl mit der zweiten Spule des Doppelspulenlautsprechers als auch mit der Spule des zweiten Lautsprechers verbunden. Die beiden Mischsignale werden bevorzugt mittels einer den Verstärkern vorgeschalteten Kompensationsschaltung erzeugt. Diese kann als digitaler Signalprozessor ausgebildet sein. Die Kompensationsschaltung kann jedoch auch aus diskreten Bauteilen aufgebaut sein. Bevorzugt sind die beiden Frequenzkanäle spektral getrennt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die beiden Frequenzkanäle mit ihrem jeweiligen Frequenzspektrum bereichsweise überlappen.
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Ein erfindungsgemäßes Lautsprechersystem umfasst zumindest einen ersten, als Doppelspulenlautsprecher ausgebildeten Lautsprecher, über welchen Signale eines ersten Frequenzkanals akustisch abstrahlbar sind. Das Lautsprechersystem umfasst zumindest einen zweiten Lautsprecher, über welchen Signale eines zweiten Frequenzkanals akustisch abstrahlbar sind. Darüber hinaus weist das Lautsprechersystem eine Kompensationsschaltung auf, welche zum Erzeugen von Mischsignalen aus den Signalen der beiden Frequenzkanäle ausgebildet ist, und bei einem ersten Mischsignal die Signalkomponente des Signals des zweiten Frequenzkanals subtrahiert und bei einem zweiten Mischsignal addiert ist, und jeweils ein Mischsignal an jeweils eine der Spulen des Doppelspulenlautsprechers derart angelegt ist, dass die in den Mischsignalen gegenphasig enthaltenen Signalkomponenten des Signals des zweiten Frequenzkanals im Hinblick auf eine Auslenkung einer Membran des Doppelspulenlautsprechers in einem Magnetfeld der Spulen des Doppelspulenlautsprechers 2 kompensiert werden. In schaltungstechnisch bauteilminimierter Ausgestaltung können die an den jeweiligen Lautsprechern abzustrahlenden Signale generiert werden und insbesondere eine Mehrzahl von auch relativ teuren Filterelementen vor dem Doppelspulenlautsprecher eingespart werden.
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Der Kompensationsschaltung ist bevorzugt ein erster Verstärker nachgeschaltet, welcher mit einem ersten Ausgang der Kompensationsschaltung verbunden ist, und ein zweiter Verstärker nachgeschaltet, welcher mit einem zweiten Ausgang der Kompensationsschaltung verbunden ist. Für die Signalverstärkung werden somit lediglich zwei Verstärker benötigt.
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Der erste Verstärker ist in bevorzugter Weise mit einer ersten Spule des Doppelspulenlautsprechers verbunden, insbesondere mit seinen zwei Ausgängen mit dem Doppelspulenlautsprecher verbunden. Der zweite Verstärker ist bevorzugt mit einer zweiten Spule des Doppelspulenlautsprechers und mit einer Spule des zweiten Lautsprechers verbunden. Auch hier ist insbesondere vorgesehen, dass der zweite Verstärker zwei Ausgänge aufweist, mit welchen er mit den oben erwähnten Spulen verbunden ist.
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Bevorzugt ist zwischen einem Ausgang des zweiten Verstärkers und dem zweiten Lautsprecher ein Filter, insbesondere ein Hochpassfilter, geschaltet. Dadurch können in einfacher Weise unerwünschte Signalanteile, welche über den zweiten Lautsprecher nicht abgestrahlt werden sollen, ausgefiltert werden. Bevorzugt kann das Hochpassfilter als einfacher Kondensator realisiert sein. Dadurch kann auch eine sehr kostengünstige Ausgestaltung realisiert werden.
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Bevorzugt ist der erste Lautsprecher als Subwoofer ausgebildet. Der zweite Lautsprecher ist bevorzugt als so genannter Center-Lautsprecher in dem Lautsprechersystem ausgebildet. Örtlich ist dieser Center-Lautsprecher bevorzugt im Wesentlichen zwischen zwei weiteren Lautsprechern des Lautsprechersystems angeordnet. So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Lautsprechersystem im Fahrzeuginnenraum vorne links und rechts angeordnete Lautsprecher aufweist und der Center-Lautsprecher in etwa mittig zwischen diesen beiden seitlich angeordneten Lautsprechern im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist. Die Abstrahlrichtung dieser drei Lautsprecher ist bei allen so, dass sie zum Fahrzeuginnenraum hin orientiert ist. Der als Subwoofer ausgebildete erste Lautsprecher ist bevorzugt im hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet und ebenfalls im Hinblick auf seine Abstrahlcharakteristik zum Fahrzeuginnenraum hin orientiert. Es kann auch vorgesehen sein, dass auch im hinteren Bereich des Fahrzeugs links und rechts angeordnete weitere Lautsprecher positioniert sind.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Lautsprecher, welcher insbesondere als Center-Lautsprecher ausgebildet ist, ebenfalls als Doppelspulenlautsprecher vorgesehen ist. Bei einer derartigen Ausführung kann dann vorgesehen sein, dass die für den zweiten Lautsprecher unerwünschten Signalanteile in den Mischsignalen ebenfalls kompensierbar sind und lediglich das über diesen zweiten Lautsprecher abzustrahlende Signal des zweiten Frequenzkanals dann auch abgestrahlt wird. Bei dieser Ausgestaltung kann dann auch ein möglicher Hochpassfilter eingespart werden. Das ganze System ist dann im Bereich zwischen den Verstärkern und den Spulen der beiden Lautsprecher ohne Filterelemente ausgebildet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines bekannten Lautsprechersystems;
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2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems; und
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3 eine schematische Ansicht einer Anordnung von Lautsprechern des Lautsprechersystems in einem Fahrzeug.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 2 ist in vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems 1 gezeigt, welches zumindest einen Doppelspulenlautsprecher 2 und zumindest einen weiteren Lautsprecher 3 umfasst. Der Doppelspulenlautsprecher 2 ist als Subwoofer ausgebildet, wohingegen der zweite Lautsprecher 3 als Center-Lautsprecher vorgesehen ist. Bei der Erfindung handelt es sich somit im Wesentlichen um eine bauteilreduzierte Signalversorgung dieser beiden spezifizierten Lautsprecher als Subsystem eines gesamten größeren Lautsprechersystems.
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Der Doppelspulenlautsprecher 2 umfasst eine erste Spule 21 und eine zweite Spule 22, welche im Ausführungsbeispiel als Schwingspulen ausgebildet sind. Der zweite Lautsprecher 3 umfasst eine einzige Spule 31, welche ebenfalls als Schwingspule ausgebildet ist.
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Der Doppelspulenlautsprecher 2 ist zur akustischen Abstrahlung von Signalen aus einem ersten Frequenzkanal S(t) ausgebildet. Der zweite Lautsprecher 3 ist zur akustischen Abstrahlung von Signalen eines zweiten Frequenzkanals C(t) ausgebildet. Die beiden Frequenzkanäle S(t) und C(t) sind spektral getrennt. Dies bedeutet, ihre Frequenzintervalle überlappen sich nicht. Eine derartige spektrale Trennung der Frequenzkanäle ist in 2 in dem schematischen Diagramm links oben gezeigt.
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Das Lautsprechersystem 1 umfasst des Weiteren einen ersten Verstärker 4 und einen zweiten Verstärker 5, welche einer Kompensationsschaltung 6 nachgeschaltet und den Lautsprechern 2 und 3 vorgeschaltet sind. Der erste Verstärker 4 ist mit seinem Eingang 41 mit einem ersten Ausgang 65 der Kompensationsschaltung 6 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Verstärker 4 mit seinen beiden Ausgängen 42 und 43 mit der ersten Spule 21 des Doppelspulenlautsprechers 2 verbunden. Der zweite Verstärker 5 ist mit seinem Eingang 51 mit einem zweiten Ausgang 66 der Kompensationsschaltung 6 verbunden. Mit seinen beiden Ausgängen 52 und 53 ist der zweite Verstärker 5 einerseits mit der zweiten Spule 22 des Doppelspulenlautsprechers 2 und andererseits mit der Spule 31 des zweiten Lautsprechers 3 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Ausgang 52 des zweiten Verstärkers 5 über einen Hochpassfilter 7 mit der Spule 31 verbunden.
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Die zur Abstrahlung vorgesehenen Signale werden an einem ersten Eingang 61 und einem zweiten Eingang 62 der Kompensationsschaltung 6 angelegt. In der Kompensationsschaltung 6 wird dann ein erstes Mischsignal erzeugt, bei dem die Signalkomponente des Signals des zweiten Frequenzkanals C(t) von dem Signal des ersten Frequenzkanals S(t) subtrahiert wird. Dazu wird zunächst ein invertiertes Signal des Signals des zweiten Frequenzkanals C(t) erzeugt und eine entsprechende Addition in einem Summierer 63 durchgeführt. Dieses erste Mischsignal wird dann an dem ersten Ausgang 65 der Kompensationsschaltung 6 bereitgestellt und an den Eingang 41 des ersten Verstärkers 4 angelegt.
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Dieses erste Mischsignal wird dann an den Ausgängen 42 und 43 bereitgestellt und an die erste Spule 21 des Doppelspulenlautsprechers 2 angelegt.
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Des Weiteren wird in der Kompensationsschaltung 6 ein zweites Mischsignal erzeugt, indem die Signale des ersten Frequenzkanals S(t) und des zweiten Frequenzkanals C(t) in einem Addierer 64 addiert werden. Dieses zweite Mischsignal wird dann an dem zweiten Ausgang 66 bereitgestellt und an den zweiten Verstärker 5 angelegt. Der Verstärker 5 stellt dann an seinen Ausgängen 52 und 53 das verstärkte zweite Mischsignal bereit und dieses wird dann an die zweite Spule 22 des Doppelspulenlautsprechers 2 angelegt. Des Weiteren wird dieses zweite Mischsignal in dem Hochpassfilter 7 gefiltert und an die erste Spule 31 des zweiten Lautsprechers 3 angelegt.
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Dadurch wird über den zweiten Lautsprecher 3 lediglich das Signal des zweiten Frequenzkanals C(t) akustisch abgestrahlt, da die Signalkomponente des ersten Frequenzkanals S(t) hochpassgefiltert wird.
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Am Doppelspulenlautsprecher 2 hingegen erfolgt eine Kompensation des Signals des zweiten Frequenzkanals C(t), das im ersten Mischsignal, welches über den ersten Verstärker 4 an die erste Spule 21 angelegt wird, als subtrahierter Anteil eingeht, und im zweiten Mischsignal als addierter Anteil enthalten ist. Die über die elektromagnetische Induktion erzeugte Kraft auf die Membran (nicht dargestellt) des Doppelspulelautsprechers 2 über die Spulen 21 und 22 ist somit lediglich proportional zu einem zweifachen Anteil der Signalkomponente des ersten Frequenzkanals S(t). Ohne Filterelemente kann dadurch am Doppelspulenlautsprecher 2 dieser Signalanteil des Signals des zweiten Frequenzkanals C(t) kompensiert werden.
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In 3 ist in schematischer Darstellung ein Fahrzeug I gezeigt, welches ein Lautsprechersystem 1 umfasst. Der Doppelspulenlautsprecher 2 ist im hinteren Bereich des Fahrzeugs I angeordnet und im Hinblick auf die akustische Abstrahlung in einen Fahrzeuginnenraum orientiert. Der zweite Lautsprecher 3 ist im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet und ebenfalls mit seiner akustischen Abstrahlorientierung in Richtung des Fahrzeuginnenraums angeordnet. Das Lautsprechersystem 1 umfasst des Weiteren einen Lautsprecher 8, welcher im Frontbereich des Fahrzeugs an der linken Seite angeordnet ist und ebenfalls im Hinblick auf seine Abstrahlrichtung in den Fahrzeuginnenraum orientiert ist. Entsprechend angeordnet ist ein weiterer Lautsprecher 9 im Frontbereich des Fahrzeugs an der rechten Seite positioniert. Der als Center-Lautsprecher ausgebildete zweite Lautsprecher 3 ist somit örtlich im Wesentlichen zwischen diesen beiden weiteren Lautsprechern 8 und 9 im Frontbereich des Fahrzeuginnenraums angeordnet.
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Darüber hinaus sind zwei weitere Lautsprecher 10 und 11 im Fondbereich des Fahrzeugs im Innenraum angeordnet und zur akustischen Abstrahlung von Signalen in den Fahrzeuginnenraum orientiert. Der Doppelspulenlautsprecher 2 ist im Hinblick auf seine Anordnung ebenfalls im Wesentlichen zwischen diesen beiden Lautsprechern 10 und 11 angeordnet.
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Das Lautsprechersystem 1 ist im Hinblick auf seine Anzahl von Lautsprechern und auch im Hinblick auf deren Anordnung lediglich beispielhaft.
