DE102010010102A1

DE102010010102A1 - Elektrodynamischer Lautsprecher, elektronische Vorrichtung zur Ansteuerung des elektrodynamischen Lautsprechers und Verfahren zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010010102A1
Application number: DE201010010102
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: DE102010010102B4

Abstract

Elektronische Vorrichtung zur Ansteuerung einer Spule, die in einen Luftspalt dringt, in den ein Magnetfeld dringt, das von einem Magneten erzeugt wird, den ein elektrodynamischer Lautsprecher aufweist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Auswahlstufe, die die Spule in ein aktives und in ein passives Segment unterteilen kann, sodass zumindest ein Teil des aktives Segments in dem Luftspalt liegt, während das passive Segment außerhalb des Luftspalts liegt, und einen Treiber, der das aktive Segment der Spule selektiv ansteuern kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Lautsprecher, eine elektronische Vorrichtung zum Betreiben des elektrodynamischen Lautsprechers und ein Verfahren zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektroakustisches System mit der elektronischen Vorrichtung und dem elektrodynamischen Lautsprecher.
HINTERGRUND
Heutige elektrodynamische Lautsprecher, insbesondere in einer Fahrzeug-Audioumgebung, werden zur Erzeugung eines hohen Schalldruckpegels über ein breites Frequenzspektrum gewünscht. Ein hoher Schalldruckpegel ist insbesondere bei niedrigen Frequenzen erwünscht. Aufgrund dieser Anforderung sind starke Verlagerungen der Lautsprechermembran erforderlich. Große Verlagerungen der Membran können jedoch nur erreicht werden, indem die Schwingspule des Lautsprechers mit einem hohen Ansteuerstrom angeregt wird. Folglich verbrauchen heutige elektroakustische Systeme eine hohe Energiemenge.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen elektrodynamischen Lautsprecher und eine elektronische Vorrichtung für dessen Ansteuerung, ein Verfahren zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung und ein elektroakustisches System mit dem elektrodynamischen Lautsprecher und der elektronischen Vorrichtung bereitzustellen, die hinsichtlich der Energieeffizienz verbessert sind.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung stellt eine elektronische Vorrichtung zur Ansteuerung einer Spule bereit, die in einen Luftspalt ragt, in den ein Magnetfeld, vorzugsweise ein statisches Magnetfeld dringt, das von einem Magneten, vorzugsweise von einem Permanentmagneten, den ein elektrodynamischer Lautsprecher aufweist, erzeugt wird. Die elektronische Vorrichtung weist eine Auswahlstufe auf, die die Spule in ein aktives und in ein passives Segment unterteilen kann, sodass zumindest ein Teil des aktiven Segments in dem Luftspalt des Permanentmagneten liegt, während das passive Segment außerhalb des Luftspalts hegt. Die elektronische Vorrichtung weist ferner einen Treiber auf, der das aktive Segment der Spule selektiv antreiben kann.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Energieeffizienz der elektronischen Vorrichtung aufgrund der Tatsache verbessert, dass nur ein Segment, d. h. der Teil der Lautsprecherspule, der zu einer Ansteuerkraft beiträgt, die auf eine Membran des Lautsprechers aufgebracht wird, mit einer Ansteuerspannung gespeist wird. Mit anderen Worten ist das passive Segment der Spule, das außerhalb des Luftspalts des Magneten liegt, ausgeschaltet. Aufgrund dieser Maßnahme kann elektrische Leistung eingespart werden, da in denjenigen Teilen der Spule, die nicht zur Ansteuerkraft beitragen, d. h. im passiven Segment oder in den passiven Segmenten, die außerhalb des Luftspalts liegen, keine Leistung verschwendet wird. An das passive Segment angelegte elektrische Leistung würde lediglich die Spule erwärmen, ohne zur Ansteuerkraft beizutragen.
In einem Idealfall ist das aktive Segment der Spule auf die Länge des Luftspalts in einer Bewegungsrichtung der Spule während des Betriebs des elektrodynamische Lautsprechers begrenzt. Mit anderen Worten grenzt das passive Segment der Spule an den Luftspalt an und ragt nicht in den Luftspalt. Dementsprechend dringt das Magnetfeld des Magneten lediglich in das aktive Segment und nicht in Teile des passiven Segments. Lediglich ein Minimum an Leistung wird zur Spule gespeist, da die gesamte elektrische Leistung, die zur Spule geleitet wird, zur Ansteuerkraft der Membran beiträgt. In den außerhalb des Luftspalts liegenden Teilen der Spule geht keine elektrische Leistung verloren, d. h. in Wärme umgewandelt. In einem solchen Idealfall muss die Spule von einem sich kontinuierlich bewegenden Steuerschema erregt werden, beispielsweise mithilfe mechanischer Schieber. Lösungen, bei denen keine mechanischen Teile verwendet werden, werden jedoch bevorzugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Spule des elektrodynamischen Lautsprechers mehrere separate Abschnitte auf, die aneinander angrenzen und ferner selektiv elektrisch ansteuerbar sind. Das bedeutet, dass die separaten Abschnitte in einer Bewegungsrichtung der Spule im Betrieb des Lautsprechers aneinander angrenzen. Darüber hinaus kann die Auswahlstufe der elektronischen Vorrichtung mindestens einen der separaten Abschnitte als das aktive Segment der Spule auswählen. Die Auswahlstufe kann ferner eine schaltbare elektrische Verbindung zwischen dem Treiber der elektronischen Vorrichtung und den entsprechenden Spulenabschnitten, die als das aktive Segment ausgewählt wurden, bereitstellen. Die elektronische Vorrichtung, d. h. ihre Auswahlstufe, kann ferner verschiedene Abschnitte der Spule, die den aktiven Teil bilden, aktivieren. Der aktive Teil wird in Bewegungsrichtung entlang der Spule bewegt, ohne mechanische Teile zu verwenden.
Eine erste Möglichkeit zur Aktivierung und Deaktivierung der entsprechenden Spulensegmente besteht darin, geeignete Schaltelemente in die elektrischen Verbindungen zwischen einem Verstärker der elektronischen Vorrichtung, der als Treiber wirkt, und dem entsprechenden Spulenabschnitt zu integrieren. Die Auswahlstufe kann die Schalter steuern, um elektrische Leistung für den/die betreffenden Abschnitt(e) bereitzustellen, nämlich den Abschnitt oder die Abschnitte der Spule, die in dem Luftspalt des Magneten liegen. Da die elektrische Verbindung zwischen dem Verstärker und den Spulenabschnitten schaltbar ist, ist ein einziger Verstärker zur Ansteuerung der Spule ausreichend.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Spule des elektrodynamischen Lautsprechers drei Abschnitte auf, nämlich einen oberen, einen mittleren und einen unteren Spulenabschnitt. Im Gegensatz zu dem vorgenannten Aspekt der Erfindung ist die elektronische Vorrichtung permanent an alle Segmente gekoppelt. Die Auswahlstufe der elektronischen Vorrichtung weist einen Eingangsanschluss für ein Audiosignal auf, das von dem Lautsprecher wiedergegeben werden soll. Die Auswahlstufe weist ferner einen Inverter und einen Gleichrichter auf, die ein invertiertes und ein gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellen. Der obere, der mittlere und der untere Spulenabschnitt sind an die Auswahlstufe gekoppelt, sodass der obere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal des Audiosignals ergibt. Der mittlere Spulenabschnitt wird mit einem Signal gespeist, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem invertierten Signal ergibt, und der untere Spulenabschnitt wird mit einem Signal gespeist, das sich aus der Differenz aus dem gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signal ergibt. Die vorgenannten direkten, invertierten und gleichgerichteten Signale sind vorzugsweise phasengleich, wobei dementsprechend das Signal, das für den mittleren Spulenabschnitt bereitgestellt wird, wie ein brückengebundenes Signal verdoppelt wird, da es sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem invertierten Signal ergibt. Während der mittlere Spulenabschnitt die Lautsprechermembran nahe ihrer Nullstellung ansteuert, steuern der obere und der untere Spulenabschnitt die Membran nahe ihrer oberen und unteren Endstellung. Lediglich beispielhaft soll angenommen werden, dass der obere Spulenabschnitt die Membran nahe ihrer unteren Endstellung und der untere Spulenabschnitt die Spule nahe ihrer oberen Endstellung ansteuert. Dementsprechend ist der untere Spulenabschnitt ausgeschaltet, wenn die Spule des Lautsprechers nahe ihrer unteren Endstellung liegt und umgekehrt. Die elektronische Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen bietet vorteilhaft eine kostengünstige elektronische Ausstattung zur Ansteuerung einer Spule eines elektrodynamischen Lautsprechers mit drei Spulenabschnitten, ohne Verwendung mechanischer Teile.
Darüber hinaus weist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung die elektronische Vorrichtung, nämlich ihre Auswahlstufe, ferner einen zusätzlichen Gleichrichter auf, der ein weiteres gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellt. Der obere Spulenabschnitt wird mit einem Signal gespeist, das sich, wie bereits bekannt, aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal ergibt. Der untere Spulenabschnitt wird jedoch mit einem Signal gespeist, das sich aus der Differenz aus dem weiteren gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signal ergibt. Vorteilhaft können der obere und der untere Spulenabschnitt mit unterschiedlichen Ansteuersignalen gespeist werden, da sie auf Signale basieren, die von unterschiedlichen Gleichrichtern ausgegeben werden. Indem die Gleichrichter auf gleiche Weise betrieben werden, arbeitet die elektronische Vorrichtung wie bereits bekannt. Werden die Gleichrichter unterschiedlich betrieben, werden auch der obere und der untere Spulenabschnitt unterschiedlich angesteuert. Lediglich beispielhaft können die beiden Gleichrichter asynchron zueinander angesteuert werden, wobei vorteilhaft ein asymmetrisches Verhalten der Lautsprechermembran kompensiert werden kann.
Da ein Lautsprecher nicht nur eine resistive Last ist, sind die Spannung und der Strom nicht phasengleich. Die physische Stellung der Spule richtet sich jedoch nach dem Ansteuerstrom, der durch ihr aktives Segment, d. h. ihren aktiven Spulenabschnitt oder ihre aktiven Spulenabschnitte fließt. Somit kann die Verlagerung der Lautsprechermembran analysiert werden, indem der Ansteuerstrom beobachtet wird. Insbesondere findet ein Nulldurchgang der Spule zu einem Zeitpunkt statt, zu dem der Strom durch die Spule auch einen Nulldurchgang hat. Das bedeutet, dass eine Nullstellung der Spule eine mittlere Stellung ist, die sich gewöhnlich in der Mitte zwischen der obersten und der untersten Stellung der Membran befindet. Im Allgemeinen ist die Nullstellung nahe einer Stand-by-Stellung der Spule oder identisch dazu, beispielsweise wenn der Lautsprecher ausgeschaltet ist und sich die Membran in der Ruhestellung befindet.
Es gibt verschiedene technische Lösungswege, um den Zeitpunkt zu detektieren, wenn die Spule durch ihre Nullstellung verläuft. Eine Möglichkeit wäre eine mechanische Messung der Membranstellung. Der entsprechende Wert kann zur Auswahlstufe zurückgeführt werden, um den Schaltvorgang zwischen den verschiedenen Abschnitten der Spule auszulösen. Diese Option wird jedoch nicht bevorzugt, da eine exakte Messung einer mechanischen Stellung eine komplexe Aufgabe ist und eine teure und hochgenaue Messausstattung erfordert. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Bestimmung des Stroms, der in dem mittleren Spulenabschnitt fließt. Dieser Ansatz erfordert jedoch auch eine geeignete hochgenaue Messausstattung.
Gemäß einem weiteren und bevorzugten Aspekt der Erfindung wird ein anderer Lösungsweg gewählt. Der durch den mittleren Abschnitt der Spule fließende Strom wird von einem Controller bestimmt. Eine Auslösung wird zu dem mindestens einen Gleichrichter gesendet, wenn ein Nulldurchgang des Signals, das den mittleren Spulenabschnitt ansteuert, bestimmt wird. Gemäß einem ersten Aspekt kann der Strom, der in dem mittleren Spulenabschnitt fließt, von einem Strommodell modelliert werden, der den Nulldurchgang des Ansteuerstroms vorhersagt. Bei einer Ausführungsform kann die elektronische Vorrichtung einen analogen oder digitalen Controller mit einem Strommodell zur Simulation des Ansteuerstroms aufweisen, der im Betrieb des Lautsprechers in dem mittleren Spulenabschnitt fließt. Der Controller ist mit dem mindestens einen Gleichrichter verbunden, wobei das Strommodell eine Auslösung (d. h. ein Triggersignal) zu dem mindestens einen Gleichrichter senden kann, wenn ein Nulldurchgang des Ansteuerstroms vorhergesagt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Controller mindestens einen Stromerfassungstransformator aufweisen. Die Primärseite des Transformators ist in der Schaltung für das direkte Signal und/oder das invertierte Signal integriert, und der Nulldurchgang des Stroms in dem mittleren Spulenabschnitt wird durch Analysieren des Stroms an der sekundären Seite des Transformators bestimmt. Der Controller kann einen Erfassungswiderstand und einen Kondensator aufweisen, die eine DCR-Stromerfassung ermöglichen. Ein Klasse-D-Verstärker kann als Treiber zur Ansteuerung der Schwingspule wirken.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen elektrodynamischen Lautsprecher mit einem Magneten, vorzugsweise einem Permanentmagneten, zur Erzeugung eines Magnetfelds, vorzugsweise eines statischen Magnetfelds, in einem Luftspalt bereit. Der elektrodynamische Lautsprecher weist ferner eine Spule auf, die mechanisch an eine Membran des Lautsprechers gekoppelt ist, wobei ein Segment der Spule in dem Luftspalt liegt. Die Spule des elektrodynamischen Lautsprechers ist in dem Luftspalt gemäß einer Ansteuerrichtung beweglich. Die Spule weist mehrere elektrisch selektiv ansteuerbare Spulenabschnitte auf, die in Ansteuerrichtung aneinander angrenzen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Lautsprechers gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik liegen darin, dass die Spule in mehrere elektrisch selektiv steuerbare Spulenabschnitte unterteilt ist. Aufgrund dieser Maßnahme kann die Spule so angesteuert werden, dass nur ein aktives Segment der Spule, das in dem Luftspalt liegt, angesteuert wird, während ein passives Segment der Spule ausgeschaltet ist. Das aktive Segment weist mindestens einen der Abschnitte auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung haben die verschiedenen Spulenabschnitte des elektrodynamischen Lautsprechers unterschiedliche ohmsche Widerstände, und der mittlere Abschnitt der Spule hat den höchsten ohmsche Widerstand. Es gibt vorzugsweise zwei Wege, einen solchen elektrodynamischen Lautsprecher aufzubauen. Gemäß der ersten Möglichkeit haben die Spulenabschnitte einen gemeinsamen ohmschen Widerstand pro Längeneinheit, beispielsweise aufgrund der Tatsache, dass für alle Abschnitte die gleiche Leitung verwendet wird, wobei jedoch die Leitung, die die verschiedenen Spulenabschnitte bildet, unterschiedlich lang ist. Die Leitung für den mittleren Abschnitt der Spule ist die längste Leitung, und dementsprechend hat der mittlere Abschnitt den höchsten ohmsche Widerstand. Gemäß der zweiten Möglichkeit bestehen die Spulenabschnitte aus einer Leitung mit gleicher Länge, jedoch mit unterschiedlichen ohmsche Widerständen pro Längeneinheit, beispielsweise aufgrund der Tatsache, dass eine dünnere Leitung für den mittleren Spulenabschnitt verwendet wird. Wiederum hat der mittlere Abschnitt den höchsten ohmsche Gesamtwiderstand. Gemäß einer weiteren Option kann eine Kombination aus Leitungen mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen ohmsche Widerständen pro Längeneinheit angewendet werden. Dies unter der Annahme, dass alle Abschnitte mit der gleichen Erregerspannung, die den gleichen Ansteuerstrom bereitstellt, angesteuert werden.
Vorteile, die sich dadurch ergeben, dass der elektrodynamische Lautsprecher Spulenabschnitte mit unterschiedlichen ohmsche Widerständen hat, ergeben sich aus den nachfolgenden Überlegungen. Die Ansteuerkraft für die Lautsprechermembran wird im Prinzip durch die Lorentzkraft gegeben: F = i(B × L), wobei B das Magnetfeld in dem Luftspalt, L die Länge der Leitung der Spule, die in dem Luftspalt liegt, und i der durch die Leitung fließende Strom ist. Gemäß der vorhergehenden ersten Möglichkeit ist der mittlere Abschnitt im Vergleich zu den Umfangsabschnitten länger und hat folglich einen höheren ohmsche Gesamtwiderstand. Dies führt dazu, dass ein höherer Strom in den Umfangsabschnitten fließt, wenn eine gemeinsame Ansteuerspannung angelegt wird. Aus der Lorentz-Formel ist ersichtlich, dass die Umfangsabschnitte eine höhere Ansteuerkraft erzeugen als der mittlere Abschnitt. Im Betrieb des Lautsprechers, wenn sich die Membran ihrer Endstellung nähert, wird er im Vergleich zu einer Situation, in der die Membran nahe ihrer Nullstellung oder in ihrer Ruhestellung ist, mit einer höheren Ansteuerkraft angesteuert. Dies führt zu einer nichtlinearen Ansteuerkraft über die Verlagerung und berücksichtigt, dass die Verlagerungskraft pro Längeneinheit vieler Membranen auch nichtlinear ist. Eine Lautsprechermembran benötigt häufig im Vergleich zu einer Verlagerungskraft, die nahe ihrer mittleren Stellung erforderlich ist, eine höhere Ansteuerkraft pro Längeneinheit nahe ihrer Endstellungen, wodurch ein lineares Verhalten erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein elektroakustisches System mit einer elektronischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bereit, die mit einem elektrodynamischen Lautsprecher nach Anspruch 6 oder 7 verbunden ist.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung mit einer Auswahlstufe bereit, die eine Spule, die ein elektrodynamischer Lautsprecher aufweist, in ein aktives Segment und ein passives Segment unterteilen kann. Die Spule ragt in einen Luftspalt, in den ein Magnetfeld, vorzugsweise ein statisches Magnetfeld, das von einem Magneten, vorzugsweise einem Permanentmagneten, den der Lautsprecher aufweist, erzeugt wird. Die Spule kann in ein aktives und in ein passives Segment unterteilt werden, sodass mindestens ein Teil des aktives Segments in dem Luftspalt liegt, während das passive Segment außerhalb des Luftspalts liegt. Darüber hinaus kann das aktive Segment der Spule zum Betreiben des Lautsprechers angesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die elektronische Vorrichtung einen Eingangsanschluss für ein Audiosignal aufweisen, das von dem Lautsprecher wiedergegeben werden soll. Es kann ein Inverter vorgesehen sein, der ein invertiertes Signal des Audiosignals bereitstellt, sowie ein Gleichrichter, der ein gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellt. Es kann eine Spule des elektrodynamischen Lautsprechers vorgesehen sein, die einen oberen, einen mittleren und einen unteren Spulenabschnitt aufweist. Der obere Spulenabschnitt kann unter Verwendung eines Signals angesteuert werden, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal des Audiosignals ergibt. Der mittlere Abschnitt kann unter Verwendung eines Signals angesteuert werden, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem invertierten Signal ergibt, und der untere Spulenabschnitt kann unter Verwendung eines Signals angesteuert werden, das sich aus der Differenz aus dem gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signals ergibt.
Gleiche oder ähnliche Vorteile, die für die elektronische Vorrichtung und den elektrodynamischen Lautsprecher erwähnt wurden, gelten für das Verfahren zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
1 ein elektroakustisches System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 und 3 eine detaillierte Querschnittansicht des aus 1 bekannten elektrodynamischen Lautsprechers in unterschiedlichen Betriebsphasen,
4 und 5 schematische Skizzen über die Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagneten und einer Spule eines Lautsprechers gemäß dem Stand der Technik und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
6 ein Diagramm des Kraftfaktors unterschiedlicher Spulenabschnitte über eine Verlagerung der Spule,
7 die Summe der von den Spulenabschnitten der Spule gemäß 6 erzeugten Kräfte unter der Annahme, dass alle Spulenabschnitte mit der gleichen Erregerspannung angesteuert werden,
8 die Steifigkeit einer Membran eines Lautsprechers über ihre Verlagerung,
9 ein Diagramm des Kraftfaktors verschiedener Spulenabschnitte mit unterschiedlichen Längen über die Verlagerung der Spule,
10 die Summe der Kraft, die von der Spule gemäß 9 erzeugt wird,
11 bis 16 schematische Grundrisse elektroakustischer Systeme gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
17 ein vereinfachtes Schaltbild eines elektroakustisches Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
18 einen zeitabhängigen Graphen eines direkten (D), gleichgerichteten (RECT) und invertierten Signals (I), die von einer elektronischen Vorrichtung erzeugt werden, die das elektroakustische System gemäß der in 17 gezeigten Ausführungsform aufweist,
19 die zeitabhängigen Ansteuersignale für einen oberen (OSC1_Ch1), mittleren (OSC1_Ch2) und unteren Spulenabschnitt (OSC2_Ch1), die von der aus 17 bekannten elektronischen Vorrichtung ausgegeben werden,
20 und 21 weitere vereinfachte Schaltbilder elektroakustischer Systeme gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung,
22 einen zeitabhängigen Graphen einer Spannung und eines Stroms, der in dem oberen, mittleren und unteren Spulenabschnitt des aus 21 bekannten elektroakustischen Systems fließt,
23 und 24 weitere vereinfachte Schaltbilder elektroakustischer Systeme gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung,
25 und 26 weitere vereinfachte Schaltbilder elektroakustischer Systeme gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung,
27 eine schematische Skizze, die die Funktionalität des in 26 gezeigten elektroakustischen Systems veranschaulicht,
28 eine schematische Skizze, die eine statische Situation veranschaulicht, die die Funktionalität des in 26 gezeigten elektroakustischen Systems veranschaulicht,
29 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für einen elektrodynamischen Lautsprecher, der für die Perfektionierung eines Strommodells einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die in 1 gezeigte Ausführungsform eines elektroakustischen Systems 2 weist eine elektronische Vorrichtung 4 auf, die durch eine geeignete elektrische Verbindung 6 über einen Anschluss 10 mit einem elektrodynamischen Lautsprecher 8 elektrisch verbunden ist. Der elektrodynamische Lautsprecher 8 weist einen Korb 12 auf, um einen Permanentmagneten 14 mit einem Nordpol und einem Südpol mechanisch zu halten, wobei beide Pole magnetisch an geeignete Polplatten 16 gekoppelt sind, wobei der Nord- und der Südpol durch N und S angegeben sind. Der Korb 12 stellt ferner eine mechanische Verbindung zwischen dem Permanentmagneten 14 und der Klang erzeugenden Membran 18 bereit, die über eine Naht 20 von dem Korb 12 gehalten ist. Der mittlere Teil der Membran 18 ist mechanisch mit einer Spule 22 (üblicherweise als Schwingspule bezeichnet) verbunden, die seitlich von einer geeigneten Spinne 24 in einer Position gehalten ist. Der mittlere Teil der Membran 18 ist in einer Schallerzeugungsrichtung durch eine geeignete Abdeckung 26 abgedeckt. Ein Audiosignal S, das von dem elektrodynamischen Lautsprecher 8 wiedergegeben werden soll, wird zur elektronischen Vorrichtung 4 geleitet, die eine Vorverarbeitung und Verstärkung des Signals S bereitstellt. Der in 1 gezeigte elektrodynamische Lautsprecher 8 weist eine sogenannte überstehende Schwingspule als Spule 22 auf. Der Name ist darauf zurückzuführen, dass die Spule 22 in einen Luftspalt zwischen ungleichnamigen Polplatten 16 ragt, wobei ihre Länge in Ansteuerrichtung länger ist als der Luftspult.
Die 2 und 3 zeigen eine ausführliche Querschnittansicht des elektrodynamischen Lautsprechers 8. Die Spule 22 weist drei Abschnitte auf, nämlich einen oberen Abschnitt 28, einen mittleren Abschnitt 30 und einen unteren Abschnitt 32. Die Abschnitte 28, 30, 32 grenzen in Ansteuerrichtung A aneinander an. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten elektrodynamischen Lautsprechern ist die hier abgebildete überhängende Schwingspule 22 in drei unabhängige Abschnitte 28, 30, 32 unterteilt, und aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, nur den Abschnitt oder nur die Abschnitte zu aktivieren, der/die eine Ansteuerkraft für die Membran 18 bereitstellen kann/können. In den abgebildeten Situationen trägt der mittlere Abschnitt 30 zur Ansteuerkraft bei, da er in dem Luftspalt zwischen der Nord- und Südpolplatte (N und S) angeordnet ist.
In 2 ist die Membran 18 im Begriff, sich wie mit der Ansteuerrichtung A angegeben nach unten zu bewegen. Dementsprechend werden nicht nur der mittlere Abschnitt 30, der sich gegenwärtig in dem Luftspalt befindet, sondern auch der obere Abschnitt 28, der sich als nächster in den Luftspalt bewegt, mit elektrischer Leistung versorgt. Der untere Abschnitt 32 ist ausgeschaltet. 3 zeigt eine 2 ähnliche Situation, wobei der Unterschied darin besteht, dass die Membran 18 im Begriff ist, sich nach oben zu bewegen, wie durch die Ansteuerrichtung A angegeben. Dementsprechend werden der mittlere und der untere Abschnitt 30, 32 mit einem Ansteuersignal gespeist, um eine Ansteuerkraft für die Membran 18 bereitzustellen, während der obere Abschnitt 28 ausgeschaltet ist. Zusammenfassend ist nur der Teil der Schwingspule 22 aktiviert, der zur Ansteuerkraft beiträgt. Es wird elektrische Leistung gespart, die lediglich die Spule 22 erwärmen würde, ohne zur Ansteuerkraft beizutragen. In allen Phasen der Auf- und Abbewegung der Spule 22 kann einer der Abschnitte 28, 30, 32 ausgeschaltet sein. Im Vergleich zu herkömmlichen Schwingspulen kann etwa ein Drittel der elektrischen Leistung gespart werden, und die thermische Belastung der Spule 22 wird verringert.
Der Betrieb einer derartigen aufgeteilten Schwingspule 22 wird durch die nachfolgenden 4 und 5 veranschaulicht, die schematische Skizzen der Zusammenwirkung zwischen einem statischen Magnetfeld B, das von dem Permanentmagneten 14 erzeugt wird, und der Spule 22 zeigt. Während 4 eine aus dem Stand der Technik bekannte Spule 22 zeigt, zeigt 5 eine unterteilte Spule 22 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Kraft, die die Membran 18 des elektrodynamischen Lautsprechers 8 bewegt, ist im Prinzip durch die Lorentz-Formel angegeben: F = i·(B × L) (1) wobei F die Lorentzkraft, i der Strom durch die Spule, B das Magnetfeld in dem Luftspalt und L die Länge der Leitung ist, die die Spule in dem Luftspalt bildet. Zunächst wird ein aus dem Stand der Technik bekannter Lautsprecher mit einer Impedanz von 4 Ω angenommen, der von einer Erregerspannung von 12 V angesteuert wird. Die Leistung des Lautsprechers wird wie folgt angegeben: P = U² / R = (12 V)² / 4 Ω = 36 W. (2)
Der Ansteuerstrom I wird wie folgt angegeben: i = U / R = 12 V / 4 Ω = 3 A. (3)
Zusammenfassend hat der Lautsprecher gemäß 4 eine Leistung von P = 36 W bei einem Ansteuerstrom von i = 3 A.
Gemäß der in 5 abgebildeten Ausführungsform ist die Spule 22 in drei Abschnitte 28, 30, 32 unterteilt. Beispielhaft soll angenommen werden, dass alle drei Abschnitte gleich sind. Da angenommen wurde, dass die Impedanz der Spule 22 aus 4 4 Ohm beträgt, beträgt die Impedanz jedes Abschnitts 28, 30, 32 1,33 Ohm. Weiterhin unter der Annahme einer Spulenerregerspannung U1, U2, U3 von 4 V beträgt gemäß Formel (2) die von jedem Abschnitt 28, 30, 32 gelieferte Leistung 12 W. Die Ansteuerströme i1, i2, i3 bleiben gemäß Formel (3) bei 3 A. Die Gesamtleistung bleibt offensichtlich die gleiche, da jeder Spulenabschnitt 28, 30, 32 12 W beträgt. Vorteilhaft ist eine niedrigere Erregerspannung von 4 V statt 12 V erforderlich.
Unter der Annahme, dass eine Standardspule von 4 Ohm in drei Abschnitte von 1,33 Ohm unterteilt ist, ist jedoch die Impedanz der Spulenabschnitte 28, 30, 32 sehr niedrig und kann für einen Leistungsverstärker nicht zulässig sein. Eine geeignete Impedanz für die Abschnitte 28, 30, 32 kann dadurch erreicht werden, dass eine dünnere Leitung verwendet wird. Da eine dünnere Leitung weniger Raum benötigt, kann die Anzahl der Wicklungen in dem Luftspalt erhöht werden. Die nachfolgende beispielhafte Berechnung zeigt, dass aufgrund dieser Maßnahme die gleiche Kraft wie bei einer herkömmlichen Spule auf eine Membran 18 mit einer unterteilten Spule 22 angelegt werden kann.
Wie bereits bekannt, ist die Kraft F durch die Lorentz-Formel angegeben: F = i·(B × L) = i·(B × (π·D·n)).
Die Länge der Leitung L in dem Luftspalt wird ausgehend von dem Durchmesser D der Spule 22 und ihrer Wicklungsanzahl n berechnet. Wie bereits erwähnt, kann für die Spulenabschnitte 28, 30, 32 eine dünnere Leitung verwendet werden, um eine geeignete Impedanz zu erreichen. Die Geometrie des Luftspalts bleibt jedoch konstant, sodass mit einer dünneren Leitung die Spule eine höhere Anzahl von Wicklungen haben kann. Da der Querschnitt der Leitung verringert ist, ist die Beziehung zwischen dem Widerstand R und der Anzahl von Wicklungen n durch die folgende Gleichung angegeben: n² / R = const. (4)
Wenn die Spulengeometrie konstant gehalten wird, die Impedanz der Spule jedoch von 1,33 Ohm auf 4 Ohm (aufgrund der Anwendung der dünneren Leitung) verändert wird, was einen Faktor von 3 darstellt, muss die Anzahl der Wicklungen um einen Faktor √3 erhöht werden, wie aus der Formel (4) ersichtlich ist.
Wiederum wird angenommen, dass jedes Segment 28, 30, 32 12 W liefert. Aus der allgemeinen Gleichung P = i²·R folgt
Der Ansteuerstrom ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Spule offensichtlich niedriger, d. h. dass nur √3 statt 3 A erforderlich sind.
Die resultierende Kraft F wird erneut mit der Lorentz-Formel berechnet: F = i·(B × L) = 3 A·(B × (π·D·n)) = √3A·(B × (π·D·√3n))
Die in Segmente aufgeteilte Schwingspule 22 stellt die gleiche Ansteuerkraft F für die Membran 18 bereit wie eine herkömmliche Spule. Die oben genannte beispielhafte Berechnung gilt auch für eine segmentierte Spule mit mehr als drei Abschnitten.
Die Ansteuerkraft F, die von der Spule 22 eines Lautsprechers 8 erzeugt wird, hängt von dem Kraftfaktor: B × L, der aus der Lorentz-Formel (1) bekannt, ab. Wiederum ist B das Magnetfeld in dem Luftspalt und L die Länge der Leitung, die den Teil der Spule 22 bildet, der in dem Luftspalt liegt. L hängt offensichtlich hauptsächlich von der Anzahl der Wicklungen der Spule 22 ab, die in dem Luftspalt liegen. Die Ansteuerkraft F, die durch die Lorentz-Formel (1) angegeben ist, hängt zusätzlich von dem Strom i ab, der durch die Spule 22 fließt. Lediglich beispielhaft soll angenommen werden, dass alle Abschnitte 28, 30, 32 eine identische Länge und die Abschnitte den gleichen Widerstand pro Längeneinheit, beispielsweise aufgrund des gleichen Leitungsmaterials, haben. Darüber hinaus werden alle Abschnitte 28, 30, 32 mit der gleichen Erregerspannung erregt. Bei einem solchen Szenario zeigt 6 den Kraftfaktor für jeden Spulenabschnitt 28, 30, 32, nämlich FFu für den oberen Spulenabschnitt 28, FFc für den mittleren Spulenabschnitt 30 und FFl für den unteren Spulenabschnitt 28. Der Graph des Kraftfaktors ist über die Verlagerung der gesamten Spule 22 mit dem oberen, dem mittleren und dem unteren Spulenabschnitt 28, 30, 32 gezeigt. Da jeder Spulenabschnitt die gleiche Erregerspannung erhält, ist die Ansteuerkraft F, die von jedem Abschnitt 28, 30, 32 erzeugt wird, zum entsprechenden Kraftfaktor direkt proportional.
Die Summe der Kraft F, die von einer derartigen Spule 22 erzeugt wird, ist in 7 wiederum über die Verlagerung der Spule 22 gezeigt. Die Ansteuerkraft F hat eine sehr gleichmäßige Kennlinie über das gesamte Verlagerungsintervall. Es könnte gezeigt werden, dass auch mit einer unterteilten Spule 22 eine sehr lineare Ansteuerkraft F auf die Membran 18 eines Lautsprechers 8 angelegt werden kann.
Im Stand der Technik ist jedoch bekannt, dass die Kraft pro Längeneinheit für die Verlagerung einer Lautsprechermembran 18 nahe ihrer Endstellung im Vergleich zu einer Verlagerungskraft, die nahe einer mittleren oder Ruhestellung der Membran erforderlich ist, steigt. 8 zeigt die Steifigkeit einer solchen Membran 18 über ihre Verlagerung. Die Mechanik des Lautsprechers 8 arbeitet gegen die Ansteuerkraft und verhindert, dass sich die Membran 18 linear bewegt. Dieser Effekt führt zu einer Verzerrung der idealen linearen Bewegung der Membran 18, die im Prinzip dem Ansteuerstrom folgt.
Als Gegenmaßnahme zu diesem Effekt ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der mittlere Spulenabschnitt 30 der Spule 22 im Vergleich zu dem oberen und dem unteren Abschnitt 28, 32 länger. Dies führt zu verschiedenen ohmsche Widerständen für den mittleren Abschnitt und die Umfangsabschnitte. Die Kraftfaktoren für die verschiedenen Abschnitte, nämlich FFu für den oberen Spulenabschnitt 28, FFc für den mittleren Spulenabschnitt 30 und FFl für den unteren Spulenabschnitt 28, sind in 9 gezeigt. Die Kraftfaktoren sind über die Verlagerung der Spule 22 gezeigt.
Die resultierende Kraft F wird unter der Annahme, dass alle Abschnitte 28, 30, 32 die gleiche Erregerspannung erhalten, durch 10 angegeben, wiederum über die Verlagerung der Schwingspule 22. Aufgrund der Tatsache, dass der mittlere Abschnitt 30 im Vergleich zu den Umfangsabschnitten länger ist und dadurch einen höheren ohmsche Widerstand hat, sinkt der Strom durch den entsprechenden mittleren Abschnitt 30, steigt jedoch im Gegensatz dazu in dem oberen und unteren Abschnitt 28 und 32. Folglich variiert die Ansteuerkraft F über die Verlagerung und hat ein Maximum nahe den Endstellungen der Membranverlagerung. Diese verlagerungsabhängige Ansteuerkraft F kann dazu verwendet werden, die oben genannten mechanischen Nachteile aller Lautsprecher zu berücksichtigen, d. h. die Zunahme der Steifigkeit der Membran 18 nahe ihren Endstellungen. Mit einer nichtlinearen Ansteuerkraft ist es möglich, zumindest einen Teil der nichtlinearen Steifigkeit zu kompensieren. Dies führt zu einem weiteren Bereich der linearen Bewegung der Membran 18 und verbessert die Klangwiedergabemerkmale des Lautsprechers 8.
Die folgenden 11 bis 16 zeigen beispielhafte Ausführungsformen elektroakustischer Systeme 2 mit unterschiedlichen Layouts der elektronischen Vorrichtungen 4 zur Ansteuerung eines elektrodynamischen Lautsprechers 8. Lediglich beispielhaft ist die Schwingspule 22 des Lautsprechers 8 in drei Abschnitte 28, 30 und 32 unterteilt, die schematisch als separate Spulen gezeichnet sind.
Gemäß einer in 11 gezeigten ersten Ausführungsform ist ein einzelner Verstärker, der als AMP bezeichnet wird und als Treiber zur Ansteuerung der Spule 22 wirkt, schaltbar mit jedem Abschnitt 28, 30, 32 der Spule 22 verbunden. Vier Schalter 36 sind in den Verbindungsleitungen integriert. Eine geeignete Halbleitervorrichtung, wie etwa ein MOSFET, kann als Schalter 36 verwendet werden. Die Schalter 36 werden durch eine Auswahlstufe 34 der elektronischen Vorrichtung 4 gesteuert. Während der mittlere Spulenabschnitt 30 permanent mit dem Verstärker AMP verbunden ist, können der obere und der untere Abschnitt 28, 32 vollständig von dem Verstärker AMP entkoppelt werden, indem die entsprechenden Schalter 36 geöffnet und geschlossen werden. Wie bereits anhand von 5 erläutert, werden die Abschnitte 28, 30, 32 der Spule 22 in Abhängigkeit von ihrer Bewegung aktiviert.
Die 12 und 13 zeigen weitere Ausführungsformen für ein elektroakustisches System 2 mit einem einzelnen Verstärker AMP. Gemäß 12 können die Abschnitte 28, 32 von dem Verstärker AMP entkoppelt werden, indem lediglich ein einziger Schalter 36 geöffnet wird. Gemäß 13 können die Spulenabschnitte 28, 32 kurzgeschlossen werden, wenn sie entkoppelt sind. Im Vergleich zu 11 kann die Anzahl der Schalter 36 reduziert werden, und der Strom, der in dem kurzgeschlossenen Abschnitt 28, 32 fließt, kann ausgeregelt werden.
Die 14 bis 16 zeigen einen anderen Lösungsweg. Im Gegensatz zur Anwendung von Schaltern 36 zur Aktivierung und Deaktivierung der entsprechenden Spulenabschnitte 28, 30, 32 werden unterschiedliche Konfigurationen, bei denen mehrere Verstärker AMP1 bis AMP4 als Treiber verwendet werden, vorgeschlagen. Die Aktivierung und Deaktivierung der Spulenabschnitte 28, 30, 32 erfolgt elektronisch.
Ein erster Lösungsweg ist durch die in 14 gezeigte Ausführungsform angegeben. Das elektroakustische System 2, das hier gezeigt ist, weist einen separaten Verstärker AMP1 bis AMP3 für jedes Spulensegment 28, 30, 32 auf. Dementsprechend wird jedes Segment individuell angesteuert, wobei der Schaltvorgang zur Aktivierung des entsprechenden Verstärkers zur Ansteuerung eines Spulenabschnitts, der im Begriff ist, die Membran 18 des Lautsprechers 8 zu steuern, von der Auswahlstufe 34 durchgeführt wird.
Ein weiterer Lösungsweg besteht darin, Verstärkerhalbbrücken zu verwenden. Ein entsprechender Spulabschnitt 28, 30, 32 wird durch Schalten des gleichen Spannungspotenzials auf beide seiner Enden an- und ausgeschaltet. Dadurch wird der Spulenabschnitt entweder mit der Verstärkerbrückenspannung erregt oder aufgrund der Bereitstellung des gleichen Potenzials ausgeschaltet. 15 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines elektroakustischen Systems 2 mit einer elektronischen Vorrichtung 4, die drei Verstärkerhalbbrücken, nämlich AMP1 bis AMP3, aufweist, die an jedem Spulenabschnitt 28, 30, 32 in Abhängigkeit von dem Erregersignalen aus der Auswahlstufe 34 eine volle Brücke bilden. Die beiden Spulenabschnitte teilen sich alle Verstärkerhalbbrücken AMP1 bis AMP3. Die Ausführungsform wird anhand der 17 und 25 ausführlicher erläutert.
Gemäß einer weiteren, in 16 gezeigten Ausführungsform werden vier Verstärkerhalbbrücken, nämlich AMP1 bis AMP4, verwendet, um an jedem Spulensegment 28, 30, 32 eine vollständige Verstärkerbrücke zu bilden. Im Gegensatz zu der in 15 gezeigten Ausführungsform kann jeder Spulenabschnitt weiter in Abhängigkeit von einer geeigneten Vorverarbeitung durch die Auswahlstufe 34 individuell angesteuert werden. Die Ausführungsform wird anhand der 20 und 26 ausführlicher erläutert.
Im Folgenden wird die aus 15 bekannte Ausführungsform ausführlich erläutert, indem Bezug auf das in 17 gezeigte vereinfachte Schaltbild genommen wird. Das hier gezeigte elektroakustische System 2 weist eine elektronische Vorrichtung 4 mit drei Verstärkerhalbbrücken AMP1 bis AMP3 auf, die als Treiber zur selektiven Ansteuerung des oberen, mittleren und unteren Spulenabschnitts 28, 30, 32 eines elektrodynamischen Lautsprechers 22 dienen. Jeder Spulenabschnitt 28, 30, 32 ist durch eine Ersatzschaltung einer Induktivität L und einem Widerstand R, die mit einem Index 1 bis 3 für den oberen, mittleren bzw. unteren Abschnitt angegeben sind, dargestellt. Lediglich beispielhaft wird angenommen, dass die Ersatzschaltung mit L1 und R1 den oberen Abschnitt 28 darstellt, die Ersatzschaltung mit der Spule 12 und dem Widerstand R2 den mittleren Abschnitt 30 darstellt und das Ersatzschaltbild mit der Spule 13 und dem Widerstand R3 den unteren Abschnitt 32 darstellt. Die Spannung, die an die jeweiligen Abschnitte 28, 30, 32 angelegt wird, wird durch zwei Oszilloskope OSC1 und OSC2 gegriffen, wobei der erste Kanal (Ch1) von OSC1 die Spannung des oberen Abschnitts 28, sein zweiter Kanal (Ch2) die Spannung des mittleren Abschnitts 30 und der erste Kanal (Ch1) von OSC2 die Spannung des unteren Abschnitts 32 greift.
Die Auswahlstufe 34 der in 17 gezeigten elektronischen Vorrichtung 4 weist einen Gleichrichter und einen Inverter auf, die beide als solches bezeichnet werden. Ein Audiosignal S, das von einer Quelle, beispielsweise einem Mediaplayer, ausgegeben wird, wird in die Auswahlstufe 34 der elektronischen Vorrichtung 4 eingespeist. Ein Signal DOUT wird zu AMP1 ausgegeben, ein Signal RECTO zu AMP2 und ein Signal INVO zu AMP3. AMP1 erzeugt ein direktes Signal D des Audiosignals S, und AMP2 und AMP3 erzeugen ein gleichgerichtetes Signal RECT und ein invertiertes Signal I. Die entsprechenden zeitabhängigen Signale, nämlich D, RECT und I sind in 18 gezeigt.
Einer der Aspekte, die es ermöglichen, dass die Ausführungsform aus 17 die entsprechenden Spulenabschnitte 28, 30, 32 mit einem geeigneten Signal zur Ansteuerung der Spule 22 bereitstellen, ist die Leitung zwischen den Verstärkerhalbbrücken AMP1 bis AMP3 und den Spulenabschnitten 28, 30, 32. Die Abschnitte sollen ein- und ausgeschaltet werden, indem das gleiche Spannungspotenzial auf beide ihrer Enden geschaltet wird (ausgeschalteter Zustand) oder indem der Abschnitt mit der Verstärkerbrückenspannung angeregt wird (eingeschalteter Zustand). Die erforderlichen Potenziale werden dadurch erreicht, dass die Differenzen zwischen dem direkten Signal D, dem invertierten Signal I und dem doppelweggleichgerichteten Signal RECT wie folgt verwendet werden: Der obere Abschnitt 28 empfängt ein Signal, das die Differenz zwischen dem direkten Signal D und dem gleichgerichteten Signal RECT ist. Der mittlere Abschnitt 30 der Schwingspule 22 empfängt ein Signal, das das direkte Signal D minus das invertierte Signal I ist. Der untere Abschnitt 32 wird durch die Differenz aus dem gleichgerichteten Signal RECT und dem invertierten Signal I angesteuert. Die entsprechenden Ansteuersignale können wie oben erläutert durch die beiden Oszilloskope OSC1 und OSC2 gemessen werden. Die zeitabhängigen Signale sind in 19 gezeigt.
Ch1 von OSC1 repräsentiert das Signal, das zum oberen Abschnitt 28 der Spule 22 zugeführt wird. Dieses Ansteuersignal folgt dem beispielhaften sinusförmigen Signal, das in den mittleren Abschnitt eingespeist wird (siehe Ch2 von OSC1), wenn sich die Spule 22 in der oberen Hälfte ihrer möglichen Verlagerung befindet. Wenn sich im Gegensatz dazu die Schwingspule 22 in ihrer unteren Hälfte der Verlagerung befindet, ist der obere Spulenabschnitt 28 ausgeschaltet. Der untere Spulenabschnitt 32 (siehe Ch1 von OSC2) wird mit einem Signal gespeist, das einen umgekehrten Schaltvorgang bereitstellt.
Wie mit den drei in 19 gezeigten Kurven zu sehen ist, werden die Umfangsabschnitte, d. h. der obere Abschnitt und der untere Abschnitt 28, 32 der Schwingspule 22 nur dann aktiviert, wenn die Spule 22 so angeordnet ist, dass der entsprechende Abschnitt 28, 32 in dem Luftspalt liegt. In der Zeit, in der der entsprechende Abschnitt 28, 32 außerhalb des Luftspalts liegt, ist der Abschnitt ausgeschaltet. Als Durchschnittswert werden zwei Abschnitte der Spule aktiviert, während ein Abschnitt ausgeschaltet ist. Das bedeutet, dass – als Durchschnittswert – nur zwei Drittel der Spule angesteuert werden.
Es kann jedoch wünschenswert sein, die Signale, die den oberen und unteren Schwingspulenabschnitt 28, 32 ansteuern, selektiv zu beeinflussen. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines elektroakustischen Systems 2 mit einer elektronischen Vorrichtung 4, die eine Auswahlstufe 34 mit zwei Gleichrichtern, nämlich Gleichrichter 1 und Gleichrichter 2, aufweist. Dementsprechend wird ein weiterer Verstärker benötigt, d. h. vier Verstärker AMP1 bis AMP4 werden verwendet. Wiederum werden die Signale an den verschiedenen Abschnitten 28, 30, 32, wie bereits aus 17 bekannt, von den Oszilloskopen OSC1 und OSC2 gemessen.
Es kann angenommen werden, dass die beiden Gleichrichter phasengleich angesteuert werden. Dementsprechend liefern sie beide ein Signal, wie aus dem Graphen RECT aus 18 bekannt ist. Genauer gesagt gibt die Auswahlstufe 34 ein Signal DOUT für AMP1, ein Signal RECT10 für AMP2, ein Signal RECT20 für AMP3 und ein Signal INVO für AMP4 aus. Die Signale zur Ansteuerung der entsprechenden Spulenabschnitte 28, 30, 32 werden wieder durch Anwendung der Differenzen zwischen dem direkten Signal D, dem invertierten Signal I und dem doppelwegggleichgerichteten Signal RECT1 und RECT2 der Gleichrichter 1 und 2 erhalten. Ähnlich wie die in 17 gezeigte Ausführungsform empfängt der mittlere Abschnitt 30 der Spule 22 ein Signal, das das direkte Signal D minus das invertierte Signal I ist. Im Gegensatz zur Ausführungsform aus 17 empfängt der obere Abschnitt 28 ein Signal, das die Differenz zwischen dem direkten Signal D und dem ersten gleichgerichteten Signal RECT1 ist, und der untere Abschnitt 32 kann durch die Differenz aus dem zweiten gleichgerichteten Signal RECT2 und dem invertierten Signal I angesteuert werden. Dies bietet die Möglichkeit einer individuellen Ansteuerung des oberen und unteren Spulenabschnitts 28, 32. Die beiden Gleichrichter können mit einem Offset oder einer Zeitanpassung angesteuert werden. Darüber hinaus können die Verstärker AMP1 und AMP4 ihre zugeordneten Spulenabschnitte 28, 30, 32 mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren ansteuern. Ein asymmetrisches Verhalten der Lautsprechermembran 18 kann kompensiert werden.
Die Bewegung einer Schwingspule 22 eines Lautsprechers ist proportional zu dem von der Schwingspule 22 bereitgestellten Strom. Der Spulenstrom ist jedoch nicht mit der Erregerspannung phasengleich, da eine Lautsprecherspule nicht nur eine resistive Last ist. In dem in 19 gezeigten Graphen wurden keine Unterschiede zwischen den Kennlinien der Spannung und des Stroms gemacht. Es wurde angenommen, dass die mechanische Stellung der Spule dem gegebenen Signal folgt. Die mechanische Stellung der Spule 22 folgt jedoch dem Strom und nicht der Spannung. Im Prinzip gibt es mehrere Wege, dieses Problem anzugehen. Eine erste Möglichkeit wäre, den Spulenstrom in dem mittleren Abschnitt 30 zu messen und ein Signal zur Auswahlstufe 34 zurückzuführen. Gemäß einer weiteren Möglichkeit könnte die mechanische Verlagerung der Lautsprechermembran 18 gemessen und wiederum dieses Signal zur Auswahlstufe 34 zurückgeführt werden. Bei beiden Möglichkeiten werden jedoch ein geeigneter Sensor und eine analytische Einrichtung zur genauen Bestimmung der entsprechenden Werte des Stroms oder der mechanischen Verlagerung benötigt. Somit wird ein anderer Lösungsweg bevorzugt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist ein Controller zur Bestimmung eines Nulldurchgangs des Ansteuerstroms in dem mittleren Spulenabschnitt 30 in der elektronischen Vorrichtung 4 integriert. Eine Möglichkeit wäre das Vorhersagen des komplexen Verhaltens des Stroms in dem mittleren Abschnitt 30 der Schwingspule 22 durch ein geeignetes Strommodell. Dies kann mithilfe einer elektrischen Schaltung jedoch auch innerhalb eines digitalen Signalprozessors (DSP) als digitale Implementierung erfolgen. Wie bei einem Lösungsweg aus dem Stand der Technik zur digitalen Anpassung des Frequenzgangs eines elektroakustischen Lautsprechers 8 mit einem digitalen Signalprozessor und das Vordefinieren von Filterfunktionen für den Lautsprecher kann auch ein Impedanzmodell eines Lautsprechers vordefiniert werden. Der Verstärkerausgang kann jederzeit geschaltet werden, um den Nulldurchgang des Stroms zu berücksichtigen. Der Gleichrichter oder die Gleichrichter müssen daran angepasst werden, so dass ein Auslösungsmerkmal eingeführt wird, wenn der Gleichrichter das Signal invertieren muss. 21 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines elektroakustischen Systems 2 mit einer elektrischen Vorrichtung 4, die die vorgenannten Überlegungen berücksichtigt. Im Prinzip kann diese Ausführungsform auf der in 20 gezeigten Ausführungsform basieren, wobei jedoch wenige weitere Merkmale hinzugefügt wurden. Ein DSP, der als Controller wirkt und ein Strommodell aufweist, ist in der Auswahlstufe 34 integriert und sendet eine Auslösung zu den beiden Gleichrichtern, nämlich zu Gleichrichter 1 und Gleichrichter 2. Darüber hinaus werden Klasse-D-Verstärker AMP10 bis AMP40 statt analoger Verstärker verwendet. Die Auswahlstufe 34 gibt Signale DOUT (direktes Signal) für den Verstärker AMP10, ein Signal RECT10 (erstes gleichgerichtetes Signal) für den Verstärker AMP20, ein Signal RECT20 (zweites gleichgerichtetes Signal) für den Verstärker AMP30 und ein invertiertes Signal INVO für den Verstärker AMP40 aus. Um das Erfordernis zu berücksichtigen, die Ausgangssignale der Klasse-D-Verstärker AMP10 bis AMP40 zu rekonstruieren, wird eine weitere Gruppe von Elementen, die jeweils einen Widerstand R1TP bis R4TP, eine Induktivität L1TP bis L4TP und eine Kapazität C1TP bis C4TP aufweisen, in die Schaltung eingeführt. Die Komponenten dienen als Tiefpassfilter zum Herausfiltern des hohen Frequenzgehalts der Ausgangssignale I, D und RECT1 und RECT2 der Klasse-D-Verstärker AMP10 bis AMP40. R1TP bis R4TP stellen den parasitären Widerstand der Induktivitäten L1TP bis L4TP dar. Der obere, mittlere und untere Abschnitte 28, 30, 32 der Spule 22 werden wiederum durch eine Induktivität L1 ... L3 und einen Widerstand R1 ... R3 dargestellt.
Lediglich beispielhaft haben die vorgenannten elektronischen Elemente die folgenden Parameter. Jede der Spulen L1, L2, L3 hat eine Induktivität von 30 mH, und die zugeordneten Widerstände R1, R2 und R3 haben eine Widerstandsfähigkeit von 5,6 Ohm. Der Widerstand R1TP ... R4TP hat jeweils eine Widerstandsfähigkeit von 100 mOhm, wobei die Spulen L1TP ... L4TP jeweils eine Induktivität von 220 nH und die Kondensatoren C1TP ... C4TP jeweils einen Kapazitätswert von 660 nF haben.
Die resultierenden Spannungs- und Stromgraphen für jeden Schwingspulenabschnitt 28, 30, 32, die von den drei Oszilloskopen OSC1 bis OSC3 aus 21 gemessen werden, sind in 22 als zeitabhängige Kurven gezeigt. Die Spannung in dem mittleren Spulenabschnitt 30 ist beispielsweise durch OSC2 Ch1 und der zugeordnete Strom durch OSC2 Ch2 angegeben. Die Spannung und der Strom sind offensichtlich nicht phasengleich. Das Strommodell mit DSP (siehe 21) sagt den Nulldurchgang des Stroms voraus. Wenn ein solcher Nulldurchgang auftritt, wird die Spannung in dem oberen und dem unteren Spulenabschnitt 28, 32 geschaltet (siehe OSC1 Ch1 und OSC3 Ch1). Dies führt zu einem geeigneten Strom in dem oberen und unteren Spulenabschnitt 28, 32 (siehe OSC1 Ch2 und OSC3 Ch2). Dementsprechend werden analog zu 19 die Umfangsabschnitte, d. h. der obere Abschnitt und der untere Abschnitt 28, 32 der Spule 22 nur dann aktiviert, wenn die Spule 22 in der Position ist, in der der entsprechende Umfangsabschnitt 28, 32 in dem Luftspalt liegt. In der Zeit, in der der entsprechende Abschnitt 28, 32 außerhalb des Luftspalts liegt, ist sie ausgeschaltet. Der Unterschied im Vergleich zu 19 besteht darin, dass die Spannung in den entsprechenden Schwingspulenabschnitten 28, 32 so ein- bzw. ausgeschaltet wird, dass der Strom, der in den Abschnitten 28, 32 fließt, mit dem Strom phasengleich ist, der in den mittleren Abschnitt 30 fließt. Folglich entspricht durch Aufsummieren der Kurven für die Spannung in den oberen und den unteren Spulenabschnitt (OSC1 Ch1 und OSC3 Ch1) die resultierende Summe der Spannung in dem mittleren Abschnitt (OSC2 Ch1), und analog dazu entspricht durch Aufsummieren der Kurven für den Strom in dem oberen und dem unterem Spulenabschnitt (OSC1 Ch2 und OSC3 Ch2) die resultierende Summe dem Strom in dem mittleren Abschnitt (OSC2 Ch2).
23 zeigt ein weiteres vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. Es gibt ein elektroakustisches System 2 mit einer elektronischen Vorrichtung 4 mit einem Controller zum Triggern der Gleichrichter, um zu berücksichtigen, dass der Strom und die Spannung in den Spulenabschnitten 28, 30, 32 nicht phasengleich sind. Der Controller kann zwei Stromerfassungstransformatoren TR1 und TR2 aufweisen, die mit ihrer primären Seite in der Ansteuerschaltung des mittleren Spulenabschnitts 30 integriert sind. An ihrer sekundären Seite können die Erfassungstransformatoren TR1 und TR2 einen Strom bereitstellen, der proportional zu dem Strom an der primären Seite und phasengleich dazu ist. Der entsprechende Strom führt zu einer Absenkung des Potenzials an dem Erfassungswiderstand Rsense, der wiederum mit dem Strom in dem mittleren Spulenabschnitt 30 phasengleich ist. Im Prinzip wäre es ausreichend, lediglich das direkte Signal D oder das invertierte Signal I zu erfassen, gemäß der Ausführungsform wird jedoch die Anwendung eines Differenzialverfahrens bevorzugt.
Der Spannungsabfall am Erfassungswiderstand Rsense wird in einen Komparator Corp eingespeist. Die Erfassung eines Nulldurchgangs in dem mittleren Spulenabschnitt 30 wird durch das Ausgangssignal des Komparators angegeben, das als Triggersignal für die Gleichrichter 1 und 2 verwendet wird. Die in 23 gezeigte Ausführungsform ist für analoge Verstärker und für die abgebildeten Klasse-D-Verstärker AMP10 ... AMP40 geeignet. Der Tiefpassfilter für die Klasse-D-Verstärker wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung weggelassen. Die Dioden D1 und D2 dienen als Begrenzungselemente zum Schützen des Komparators Corp vor einer Übersteuerung. Eine weitere Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung 2 mit einem Controller zur Erfassung eines Nulldurchgangs in dem mittleren Spulenabschnitt 30 und dementsprechend zur Steuerung der Gleichrichter 1 und 2 ist in 24 angegeben. Eine DCR-Stromerfassung wird am Tiefpassfilter der Klasse-D-Verstärker durchgeführt. Wiederum wäre es ausreichend, lediglich das direkte Signal D oder das invertierte Signal I zu erfassen, die Anwendung eines Differenzialverfahrens wird jedoch bevorzugt. Die nachfolgenden Erläuterungen werden für AMP10 angegeben, der lediglich das direkte Signal D verstärkt, wobei die Verkabelung für AMP40 ähnlich sein kann.
Genauer gesagt sind ein Erfassungswiderstand Rsense1 und ein Erfassungskondensator Csense1 parallel zu R1TP und L1TP des Tiefpassfilters von AMP10 mit L1TP und C1TP verdrahtet. R1TP stellt den parasitären Widerstand von L1TP dar. Durch Auswahl einer geeigneten Größe für Csense1 und Rsense1 wird bei Csense1 eine Spannung gegriffen, die mit dem Strom durch die Induktivität L1TP phasengleich ist. Dementsprechend kann ein Nulldurchgang des Stroms in dem mittleren Spulenabschnitt 30 bestimmt werden, indem die Spannung über Csense1 beobachtet wird. Eine Differenzialanalyse der an Csense1 und Csense4 gegriffenen Spannung wird von DCR durchgeführt. DCR gibt eine Auslösung TRIG für den Gleichrichter 1 und den Gleichrichter 2 aus.
Weitere Ausführungsformen, bei denen ein Klasse-D-Verstärker für ein elektroakustisches System 2 verwendet wird, sind in den 25 und 26 gezeigt. Die hier gezeigten Ausführungsformen entsprechen den in den 17 und 20 gezeigten Ausführungsformen. Jede Verstärkerhalbbrücke AMP1 bis AMP4 weist die üblichen Elemente eines Klasse-D-Verstärkers auf, nämlich einen Pulsbreitenmodulator PWM, einen Leistungsverstärker AMP10 ... AMP40 und einen Tiefpassfilter, die jeweils eine Spule L5TP ... L8TP und einen Kondensator C5TP ... C8TP aufweisen. Ein Strommodell, das berücksichtigt, dass die Spannung und der Strom nicht phasengleich sind, ist in einem DSP implementiert, der Teil der Auswahlstufe 34 ist. Das Strommodell bestimmt die exakte zeitliche Abstimmung zwischen den Ausgangssignalen der entsprechenden Klasse-D-Verstärker, die als Phasen 1 bis 4 bezeichnet sind.
27 zeigt eine schematische Skizze für den Schaltprozess zwischen den entsprechenden Spulenabschnitten 28, 30, 32. Analog zu den 18 und 19 empfängt der obere Abschnitt 28 ein Signal, das die Differenz zwischen Phase 1 (entspricht dem direkten Signal D) und Phase 2 (entspricht dem gleichgerichteten Signal RECT) ist. Bei der Bewegung der Schwingspule 22 nach oben führt dies zu einem Ausschalten des oberen Abschnitts 28. Die Differenzierung zwischen Phase 1 und Phase 2 wird durch die entsprechenden, in 27 gezeigten Pfeile angegeben. Der mittlere Abschnitt 30 der Spule 22 empfängt ein Signal, das sich aus der Differenz zwischen Phase 1 (entspricht dem direkten Signal D) und Phase 4 (entspricht dem invertierten Signal I) ergibt. Schließlich wird der untere Abschnitt 32 von einem Signal angesteuert, das sich aus der Differenz zwischen Phase 3 (entspricht dem gleichgerichteten Signal RECT) und Phase 4 (entspricht dem invertierten Signal I) ergibt. Die Phasen werden zwischen einer Versorgungsspannung Usupply als hoher Zustand und Massepotenzial GND als niedriger Zustand geschaltet.
28 zeigt eine schematische Skizze eines stationären Falles, in dem der obere Spulenabschnitt 28 (siehe 26) ausgeschaltet ist. In dieser Situation befinden sich die Phasen 1, 2 und 3 in der hohen Stellung, während sich Phase 4 in der niedrigen Stellung befindet. Offensichtlich fließt ein maximaler Strom durch den mittleren und den unteren Abschnitt 30, 32 (I = Imax), während der obere Spulenabschnitt 28 ausgeschaltet ist (I = 0).
Um die Gleichrichter und die entsprechenden Klasse-D-Verstärker korrekt zu triggern, sollte ein geeignetes Strommodell, das den Nulldurchgang des Stroms in dem mittleren Spulenabschnitt 30 vorhersagt, bestimmt werden. 29 zeigt eine Ersatzschaltung eines Lautsprechers 8, um dessen komplexes Impedanzverhalten zu erhalten. Ein Stromgenerator IG1 wird zur Erzeugung eines Wechselstroms verwendet, wobei seine Frequenz über das komplette Frequenzspektrum, das von Interesse ist, abgestimmt ist. Zwischen dem Anschluss VF1 und Masse kann die Spannung an der Lastimpedanz gemessen werden.
Lediglich beispielhaft haben die elektrischen Elemente die hier gezeigten Parameter.
Durch Verwendung der komplexen Gleichung: U(jω) = I(jω)Z(jω) (5) wird die komplexe Impedanz Z durch Normalisieren der gemessenen Spannung U mit dem angelegten Erregerstrom I angegeben: Z(jω) = U(jω)/I(jω).
Der komplexe Impedanzwert Z gibt die frequenzabhängige Impedanz des Lautsprechers 8 und die Phase zwischen Spannung und Strom an. Dieses Prinzip wirkt jedoch auch umgekehrt. Die Ersatzschaltung eines Lautsprechers 8 kann auch dazu verwendet werden, den frequenzabhängigen Strom unter der Annahme zu bestimmen, dass die Erregerspannung bekannt ist. Dies wird erreicht, indem Formel (5) zum Strom gelöst wird: I(jω) = U(jω)/Z(jω).
Durch Normalisieren des Stroms I mit der bekannten Erregerspannung U: I(jω)/U(jω) = 1/Z(jω), ist zu sehen, dass der Strom von der umgekehrten Impedanzkurve des Lautsprechers 8 erhalten werden kann. Dementsprechend kann durch Verwendung eines Filtermodells mit der umgekehrten Übertragungsfunktion für die Impedanz des Lautsprechers 8 und ferner durch Verwendung der Erregerspannung U als Eingangssignal für das Modell der in der Spule 22 des Lautsprechers 8 fließende Strom erhalten werden. Mit diesem Lösungsweg kann der Nulldurchgang des Ansteuerstroms in der Spule 22 in einem DSP erhalten werden, der als Auswahlstufe 26 arbeitet.
Schließlich werden einige Überlegungen hinsichtlich der Leistung, die beispielhaft die Fähigkeit der entsprechenden Ausführungsformen zeigt, im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten elektroakustischen Systemen deutlich elektrische Leistung zu sparen, vorgeschlagen. Lediglich beispielhaft wird angenommen, dass ein herkömmliches elektroakustisches System, das von einem 36 W-Verstärker mit Energie versorgt wird, durch ein elektroakustisches System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersetzt wird, wobei der entsprechende Lautsprecher 22 drei Spulenabschnitte 28, 30, 32 aufweist und jeder Abschnitt mit einem 12 W-Verstärker angesteuert wird.
Unter der Annahme einer nominalen Impedanz von 4 Ohm pro Spulenabschnitt ist eine Spannung von: U = √P·R = √12 W·4 Ω = 6.93 V (9) erforderlich. Dementsprechend muss jeder Schwingspulenabschnitt mit einem Strom von
angesteuert werden.
Es soll ferner angenommen werden, dass der Lautsprecher 8 von einem reinen Sinussignal angesteuert wird. Dementsprechend muss die effektive Ansteuerspannung aus Gleichung (9) mit einem Faktor √2 multipliziert werden, was zur geforderten Spannung von 9.8 V für die Leistungsversorgung führt.
Für einen Standardlautsprecher von 36 W beträgt bei 4 Ohm die erforderliche Spannung: U = √P·R = √36 W·4 Ω = 12 V (11) und der entsprechende Ansteuerstrom beträgt:
Es sollen wiederum reine Sinussignale angenommen werden, sodass die Ansteuerspannung von 12 V mit einem Faktor von √2 multipliziert werden muss, was zu einer erforderlichen Spannung für die Leistungsversorgung von 17 V führt.
Für die gleiche Versorgungsspannung und die gleiche Leistung muss die Impedanz des aus dem Stand der Technik bekannten Standardlautsprechers auf: R = U² / P = (6.93 V)² / 36 W = 1.33 Ω. gesenkt werden.
Dies ist äquivalent zur Parallelschaltung der drei 4-Ohm-Abschnitte des Lautsprechers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Strom in der Spule eines Lautsprechers gemäß dem Stand der Technik entspricht der Summe der Ströme in allen drei Schwingspulensegmenten:
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind jedoch nicht alle Segmente der Schwingspule gleichzeitig aktiv. Es soll angenommen werden, dass lediglich zwei der drei Segmente gleichzeitig aktiv sind, während die gleiche akustische Leistung des Lautsprechers beibehalten wird. Da jedes Segment der Schwingspule mit der gleichen Leistung angesteuert wird, bedeutet dies, dass ein Durchschnitt von 33,3% weniger Leistung zum Lautsprecher zugeführt werden muss. Ferner wird die Verlustleistung in dem Treiber um diesen Faktor reduziert. Dies führt auch zu einer großen Einsparung hinsichtlich der Leistungsversorgung, mit der die Verstärker gespeist werden. Sie kann dazu ausgelegt sein, 33,3% weniger Leistung zu liefern, was die Kosten senkt.
Im Folgenden soll ein Klasse-D-Verstärker mit 4 Phasen, die jeweils 300 W bei 4 Ohm liefern können, angenommen werden. Dies führt zu einer Gesamtleistung von 900 W aufgrund der Tatsache, dass 300 W zu jedem Schwingspulenabschnitt geliefert werden. Die Ansteuerspannung bei 300 W wird wie folgt angegeben: U = √P·R = √300 W·4 Ω = 35 V
Der erforderliche Strom pro Schwingspulensegment beträgt:
Wiederum unter der Annahme eines reinen Sinussignals muss die Ansteuerspannung von 35 V mit einem Faktor von multipliziert werden, was zu einer geforderten Leistungsversorgung von 49,5 V führt. Zusammenfassend kann mit einem Verstärker mit 600 W und einer Leistungsversorgung von 50 V, die einen Durchschnittsstrom von 17,3 A liefern kann, eine akustische Leistung erhalten werden, die zu einem herkömmlichen System von 900 W äquivalent ist.

Claims

Elektronische Vorrichtung zur Ansteuerung einer Spule, die in einen Luftspalt ragt, in den ein Magnetfeld dringt, das von einem Magneten erzeugt wird, den ein elektrodynamischer Lautsprecher aufweist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Auswahlstufe, die die Spule in ein aktives und in ein passives Segment unterteilen kann, sodass zumindest ein Teil des aktives Segments in dem Luftspalt liegt, während das passive Segment außerhalb des Luftspalts liegt, und einen Treiber, der das aktive Segment der Spule selektiv ansteuern kann.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Spule mehrere separate Abschnitte aufweist, die aneinander angrenzen und elektrisch selektiv ansteuerbar sind, und bei der die Auswahlstufe zumindest einen der separaten Abschnitte als das aktive Segment auswählen und ferner eine schaltbare elektrische Verbindung zwischen dem Treiber und den entsprechenden Spulenabschnitten, die als aktives Segment ausgewählt wurden, bereitstellen kann.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Spule einen oberen, einen mittleren und einen unteren Spulenabschnitt aufweist, wobei alle Abschnitte permanent an die Auswahlstufe gekoppelt sind, um selektiv das aktive Segment anzusteuern, wobei die Auswahlstufe Folgendes aufweist: einen Eingangsanschluss für ein Audiosignal, das von dem Lautsprecher wiedergegeben werden soll, einen Inverter, der ein invertiertes Signal des Audiosignals bereitstellt, und einen Gleichrichter, der ein gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellt, wobei der obere, der mittlere und der untere Spulenabschnitt durch die Auswahlstufe so an den Treiber gekoppelt sind, dass: der obere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal des Audiosignals ergibt, der mittlere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem invertierten Signal ergibt, und der untere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signal ergibt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Auswahlstufe ferner einen zusätzlichen Gleichrichter aufweist, der ein weiteres gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellt, und bei der der obere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal des Audiosignals ergibt, und der untere Spulenabschnitt mit einem Signal gespeist wird, das sich aus der Differenz aus dem zusätzlichen gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signal ergibt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, die ferner einen Controller aufweist, der einen Nulldurchgang des zum mittleren Spulenabschnitt gespeisten Signals bestimmen und ferner eine Auslösung zu dem mindestens einem Gleichrichter senden kann, wenn ein Nulldurchgang des Signals bestimmt wird.
Elektrodynamischer Lautsprecher, mit: einem Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds in einem Luftspalt und einer Spule, die mechanisch an eine Membran gekoppelt ist, wobei ein Segment der Spule in dem Luftspalt liegt, wobei die Spule in dem Luftspalt gemäß einer Ansteuerrichtung beweglich ist und die Spule mehrere elektrisch selektiv ansteuerbare Spulenabschnitte aufweist, die in Ansteuerrichtung aneinander angrenzen.
Elektrodynamischer Lautsprecher nach Anspruch 6, bei dem die Spulenabschnitte unterschiedliche ohmsche Widerstände haben und der mittlere Abschnitt der Spule den höchsten ohmschen Widerstand hat.
Elektroakustisches System mit einer elektronischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die mit einem elektrodynamischen Lautsprecher nach Anspruch 6 oder 7 verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung mit: einer Auswahlstufe, die eine Spule, die ein elektrodynamischer Lautsprecher aufweist, in ein aktives Segment und ein passives Segment unterteilen kann, wobei die Spule in einen Luftspalt ragt, in den ein Magnetfeld dringt, das von einem Magneten erzeugt wird, den ein Lautsprecher aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Unterteilen der Spule in das aktive und das passive Segment, sodass zumindest ein Teil des aktiven Segments in dem Luftspalt liegt, während das passive Segment außerhalb des Luftspalts liegt, und Ansteuern des aktiven Segments der Spule, um den Lautsprecher zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die elektronische Vorrichtung ferner einen Eingangsanschluss für ein Audiosignal aufweist, das von dem Lautsprecher wiedergegeben werden soll, einen Inverter, der ein invertiertes Signal des Audiosignals bereitstellt, und einen Gleichrichter, der ein gleichgerichtetes Signal des Audiosignals bereitstellt, und bei dem die Spule einen oberen, einen mittleren und einen unteren Spulenabschnitt aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ansteuern des oberen Spulenabschnitts unter Verwendung eines Signals, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem gleichgerichteten Signal des Audiosignals ergibt, Ansteuern des mittleren Spulenabschnitts unter Verwendung eines Signals, das sich aus der Differenz aus dem direkten Signal und dem invertierten Signal ergibt, und Ansteuern des unteren Spulenabschnitts unter Verwendung eines Signals, das sich aus der Differenz aus dem gleichgerichteten Signal und dem invertierten Signal ergibt.