DE102011054060A1

DE102011054060A1 - Audioverstärker

Info

Publication number: DE102011054060A1
Application number: DE102011054060A
Authority: DE
Inventors: Renftle Claus; Hermann Vogt; Sven Mörtel
Original assignee: D&B Audiotechnik GmbH
Current assignee: D&B Audiotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: GB201215805D0; GB2498602A8; DE102011054060A8; DE102011054060B4; GB2498602B8; US20130083947A1; GB2498602A; US9071212B2; GB2498602B

Abstract

Ein Audioverstärker (100, 200) umfasst eine Signalbegrenzungsschaltung (101) und einen Leistungsverstärker (103). Die Signalbegrenzungsschaltung (101) ist ausgelegt, ein an einem Eingang (140) empfangenes Audiosignal (120) zu begrenzen und als begrenztes Audiosignal (150) an einem Ausgang (142) bereitzustellen. Der Leistungsverstärker (103) weist einen an ein Netzteil (102) koppelbaren Versorgungsanschluss (144) auf, um den Leistungsverstärker (103) mit Leistung zu versorgen. Der Leistungsverstärker (103) ist ausgelegt, ein auf dem begrenzten Audiosignal (150) basierendes Signal (152) zu verstärken und als pegelbegrenztes Audiosignal (154) an einem Ausgang (146), der an eine Last (122) koppelbar ist, bereitzustellen, so dass die Last (122) leistungsbegrenzt betreibbar ist. Die Signalbegrenzungsschaltung (101) ist ausgelegt, ein lastabhängig begrenztes Audiosignal (150) zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Audioverstärker und ein Verfahren zum Verstärken eines Audiosignals.
Ein Audioverstärker besteht in der Regel aus den zwei Grundkomponenten eines Leistungsverstärkers und eines Netzteils. Seit einigen Jahren werden Audioverstärker zusätzlich auch mit Signalverarbeitungseinheiten, sogenannten digitalen Signalprozessoren (DSPs), ausgerüstet. Außerdem werden die Anforderungen an die mögliche Ausgangsleistung von Audioverstärkern für den professionellen Einsatz immer höher. Audiosignale sind typischerweise eher impulsartig. D. h., sie haben hohe Spitzenwerte bei gleichzeitig relativ niedrigem Effektivwert. Dadurch werden die geforderten hohen Leistungen der Audioverstärker immer nur für relativ kurze Zeit benötigt. Beim Design der Leistungsbaugruppen für einen Audioverstärker wird diese Eigenschaft berücksichtigt und so können die Leistungsbaugruppen kurzfristig hohe Spannungen und Ströme liefern. Dauerhaft sind mit diesen hohen Leistungen die Leistungsbaugruppen überfordert und können beispielsweise wegen Überhitzung zerstört werden. Die Stromzuleitung ist in der Regel durch einen Leitungsschutzschalter vor Überlastung geschützt, der bei zu hoher Belastung die Stromzufuhr und damit den Audioverstärker abschaltet.
Um die Zerstörung der Leistungsbaugruppen eines Audioverstärkers zu verhindern, muss deshalb im laufenden Betrieb bei zu hoher Leistung eine Reduzierung der Leistung erfolgen. Häufig verwendet man dazu Netzteile, deren Ausgangsspannung unter Last nachgibt. Dadurch verringert sich die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers und die maximale Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers reduziert sich. Üblicherweise treibt ein Audioverstärker einen elektrodynamischen Lautsprecher an, dessen Impedanz mehr oder weniger konstant ist.
Durch die Reduzierung der Ausgangsspannung wird somit auch die Ausgangsleistung und damit die Verlustleistung im Audioverstärker und gleichzeitig die netzseitige Leistungsaufnahme reduziert.
Von Nachteil ist dabei jedoch, dass sich die Leistungsreduzierung auf die klanglichen Eigenschaften des Audioverstärkers auswirkt, und zwar abhängig von dem eingesetzten Netzteil. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass keine Netzteile verwendet werden können, deren Ausgangsspannung unter Last nicht nachgibt, beispielsweise Netzteile mit einer Regelschleife, welche die Ausgangsspannung lastunabhängig auf einen konstanten Wert einstellt.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann somit darin gesehen werden, einen Audioverstärker bereitzustellen, der einen Schutz vor zu hoher Ausgangsleistung aufweist. Insbesondere soll der Audioverstärker auch mit Netzteilen, deren Ausgangsspannung unter Last nicht nachgibt, betrieben werden können.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee ist dabei, das im Stand der Technik bekannte Nachgeben der Ausgangsspannung des Netzteils unter Last in einer dem Leistungsverstärker vorgeschalteten Signalbegrenzungsschaltung nachzubilden, so dass bereits das in den Leistungsverstärker gelangende Audiosignal lastabhängig begrenzt ist und damit kein Netzteil mehr benötigt wird, das die lastabhängige Begrenzung vornimmt.
Damit kann der Audioverstärker auch mit einem Netzteil betrieben werden, dessen Ausgangsspannung unter Last nicht nachgibt, wobei dennoch wie benötigt ein unter Last reduziertes Ausgangssignal erzeugt wird. Die Anforderungen an das Netzteil sind von den Anforderungen an die Signalbegrenzung, die jetzt durch ein geeignetes Design der Signalbegrenzungsschaltung berücksichtigt werden, entkoppelt. Damit muss bei der Dimensionierung des Netzteils nicht mehr auf eine eventuell nachteilige Beeinflussung der klanglichen Eigenschaften bei einer Signalbegrenzung geachtet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei einer Implementierung der Komponenten der Signalbegrenzungsschaltung in Software, beispielsweise auf einem Digitalen Signalprozessor (DSP), der Entwurf der Hardware-Komponenten des Audioverstärkers unabhängig vom Entwurf der die Signalbegrenzung bewirkenden Software erfolgen kann.
In einer Ausführungsform ist die Signalbegrenzungsschaltung als digitaler Signalprozessor (DSP) realisiert und das Nachgeben der Ausgangsspannung des Netzteil wird in Form eines Modells in dem DSP berechnet. Im einzelnen wird ein Modell eines Leistungsnetzteils in den DSP des Audioverstärkers programmiert. Die abgegebene Leistung des Audiokanals oder der Audiokanäle wird von dem DSP erfasst und der Zustand des Netzteilmodells in Echtzeit berechnet. Die Gestaltung des Modells erlaubt es nun, eine nachgebende Ausgangsspannung eines Netzteils zu simulieren und damit die Ausgangsleistung zu reduzieren. Durch dieses Verfahren lassen sich Audioverstärker mit kurzzeitig hoher Ausgangsleistung auch mit Netzteilen, deren Ausgangsspannung unter Last nicht nachgibt, weil sie beispielsweise ausgeregelt werden, aufbauen. Außerdem hängen die klanglichen Einflüsse der Leistungsreduzierung nicht mehr von dem tatsächlich physikalisch verwendeten Netzteil ab, sondern nur noch von der Gestaltung des in dem DSP befindlichen Modells. Dadurch lässt sich ein gewünschtes klangliches Verhalten leicht auf andere Audioverstärker portieren oder innerhalb eines Gerätes, d. h. Audioverstärkers, das Netzteil durch ein anderes ersetzen ohne klangliche Einflüsse hinnehmen zu müssen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in beispielhafter Weise erläutert; in diesen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Audioverstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Blockschaltbild eines Audioverstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors in einem Audioverstärker gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors in einem Audioverstärker gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors in einem Audioverstärker gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Verstärken eines digitalen Audiosignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Audioverstärkers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Audioverstärker 100 umfasst eine Signalbegrenzungsschaltung 101 und einen Leistungsverstärker 103. Die Signalbegrenzungsschaltung 101 weist einen Eingang 140 auf, um ein Audiosignal 120 zu empfangen, und einen Ausgang 142, um dort ein begrenztes Audiosignal 150 bereitzustellen. Der Audioverstärker 100 ist an eine Audioquelle 132 gekoppelt, die ein Audiosignal aussendet, das von der Signalbegrenzungsschaltung 101 als Audiosignal 120 empfangen wird.
Die Begrenzung des Audiosignals 120 in der Signalbegrenzungsschaltung 101 erfolgt lastabhängig, d. h. beim Treiben einer Last 122, beispielsweise eines Lautsprechers oder eines Lautsprecher-Arrays, mit einem auf dem begrenzten Audiosignal 150 basierenden Signal reduziert sich das begrenzte Audiosignal 150 beim Auftreten von zu hohen Leistungen. Dies entspricht dem Verhalten eines Netzteiles, dessen Ausgangsspannung unter Last nachgibt. Beim Betreiben einer Last 122 an dem Audioverstärker 100 reduziert sich somit seine Ausgangsleistung gegenüber einem Audioverstärker ohne Signalreduzierung, so dass eine Zerstörung oder Beschädigung der Last wirksam verhindert wird. Die lastabhängige Begrenzung des Audiosignals 120 kann durch ein Modell eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung unter Last nachgibt, in der Signalbegrenzungsschaltung 101 nachgestellt werden, wie die in den 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele darlegen. Dadurch wird die lastabhängige Charakteristik eines solchen Netzteils quasi in die Signalbegrenzungsschaltung 101 verlagert, so dass der Leistungsverstärker 103 mit jedem beliebigen Netzteil 102 betrieben werden kann, insbesondere auch mit Netzteilen, deren Ausgangsspannung nicht unter Last nachgeben, weil sie beispielsweise eine Regelschleife aufweisen, die einem derartigen Verhalten entgegenwirkt. Auch in diesem Fall sorgt die Signalbegrenzungsschaltung 101 dafür, dass bei Anlegen der Last 122 das begrenzte Audiosignal 150 in Abhängigkeit der Last 122 wirksam begrenzt wird.
Die Signalbegrenzungsschaltung 101 kann einen digitalen Signalprozessor umfassen, der ein digitales Audiosignal 120 empfängt und die Begrenzung des digitalen Audiosignals 120 in das begrenzte Audiosignal 150 ausführt, das dann als begrenztes digitales Audiosignal 150 vorliegt. Die Signalbegrenzungsschaltung 101 kann einen digitalen Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor umfassen, der ein digitales Audiosignal 120 empfängt und die Begrenzung des digitalen Audiosignals 120 in das begrenzte Audiosignal 150 ausführt, das dann als begrenztes digitales Audiosignal 150 vorliegt. Die Signalbegrenzungsschaltung 101 kann auch sowohl einen digitalen Signalprozessor als einen digitalen Mikrocontroller umfassen, die zusammen die Begrenzung des digitalen Audiosignals 120 in das begrenzte Audiosignal 150 ausführen. In diesen Fällen erfolgt die lastabhängige Begrenzung bereits im digitalen Bereich und nicht, wie bei üblichen Audioverstärkern, erst im analogen Bereich, so dass sich die Verlustleistung auf Seiten der analogen Komponenten entsprechend reduziert.
Die Signalbegrenzungsschaltung 101 kann auch analoge Komponenten aufweisen, welche ein analoges Audiosignal 120 empfangen und die Begrenzung des analogen Audiosignals 120 in das begrenzte Audiosignal 150 ausführen, das dann als begrenztes analoges Audiosignal 150 vorliegt. Analoge Komponenten können beispielsweise Operationsverstärker und Komparatoren umfassen. Beispielsweise lässt sich eine analoge Begrenzung durch einen Komparator realisieren, der das analoge Audiosignal 120 mit einem lastabhängigen Schwellwert vergleicht und bei Überschreiten eine (infolge des lastabhängigen Schwellwertes) lastabhängige Begrenzung vornimmt.
Der Leistungsverstärker 103 empfängt ein Signal 152, das auf dem begrenzten Audiosignal 150 basiert. Ein Digital-Analog Wandler 108 ist optional in den Signalpfad zwischen Signalbegrenzungsschaltung 101 und Leistungsverstärker 103 geschaltet, um das von der Signalbegrenzungsschaltung 101 bereitgestellte begrenzte Audiosignal 150 in das Signal 152 umzuwandeln. Ein solcher Digital-Analog Wandler 108 ist beispielsweise erforderlich, wenn die Signalbegrenzungsschaltung 101 einen digitalen Signalprozessor oder einen Mikroprozessor aufweist, der die Begrenzung ausführt und ein begrenztes digitales Audiosignal 150 liefert. Optional können auch weitere Signalverarbeitungseinheiten in den Pfad zwischen Signalbegrenzungsschaltung 101 und Leistungsverstärker 103 geschaltet sein, beispielsweise Filter- und Mittelungsstufen oder Vorverstärker. Bei allen Konfigurationen aber basiert das Signal 152 auf dem begrenzten Audiosignal 150, d. h. mit dem begrenzten Audiosignal 150 wird das Signal 152 erzeugt. Vorzugsweise ist der Leistungsverstärker 103 eine analoge Stufe und das Signal 152, das der Leistungsverstärker 103 empfängt, ist ein analoges Signal. Der Leistungsverstärker 103 verstärkt das auf dem begrenzten Audiosignal 150 basierende Signal 152 und stellt es als pegelbegrenztes, d. h. im Pegel der Spannung begrenztes Audiosignal 154 an einem Ausgang 146 bereit.
Das Audiosignal 154 am Ausgang des Audioverstärkers 100 ist somit im Spannungspegel begrenzt, um damit die Last 122 leistungsbegrenzt betreiben zu können. D. h., in der Last 122 wird die Spannung in eine von der Last (beispielsweise der Impedanz eines Lautsprechers) abhängige Leistung umgesetzt, wobei sich als Folge der Spannungsbegrenzung des Audiosignals 154 die Leistungsbegrenzung der Last ergibt.
Der Leistungsverstärker 103 weist einen Versorgungsanschluß 144 auf, der an ein Netzteil 102 koppelbar ist, um den Leistungsverstärker 103 mit Leistung zu versorgen. Das Netzteil 102 ist optional ein Teil des Audioverstärkers 100, es kann jedoch auch außerhalb des Audioverstärkers 100 untergebracht sein, so dass der Versorgungsanschluss 144 aus dem Audioverstärker 100 herausgeführt ist, um den Anschluss eines externen Netzteils zu ermöglichen. Das Netzteil 102 kann somit im ersten Fall eine Baugruppe des Audioverstärkers 100 sein und es kann im zweiten Fall ein eigenständiges Gerät außerhalb des Audioverstärkers 100 sein. Das Netzteil 102 dient dazu, den Audioverstärker 100 mit Energie zu versorgen. Dafür ist das Netzteil 102 an eine Energiequelle, beispielsweise an das öffentliche Stromnetz mit 220 V oder 110 V Wechselspannung oder an ein privates Energieversorgungsnetz anschließbar. Der Audioverstärker 100 ist üblicherweise so dimensioniert, dass er eine andere Energieversorgung benötigt, als durch das öffentliche Stromnetz bereitgestellt wird. Die Spannungswandlung und die Anpassung an die Anforderungen des Audioverstärkers 100 werden durch das Netzteils 102 bewirkt. Ausgangsspannung und maximaler Ausgangsstrom des Netzteils 102 können fest eingestellt oder variabel sein. Das Netzteil 102 kann ein Schaltnetzteil oder ein Trafonetzteil sein. Bei ersterem kann das Netzteil geregelt oder ungeregelt ausgeführt sein.
Der Ausgang 146 des Leistungsverstärkers ist an eine Last 122 koppelbar, so dass die Last 122 mit dem pegelbegrenzten Audiosignal 154 leistungsbegrenzt betreibbar ist. Zwischen Ausgang 146 des Leistungsverstärkers 103 und Last 122 können sich noch weitere Einheiten, beispielsweise Leistungsendstufen oder Filtereinheiten in dem Signalpfad befinden.
Der Audioverstärker 100 kann ein Gehäuse 124 aufweisen, in dem die Signalbegrenzungsschaltung 101 und der Leistungsverstärker 103 untergebracht sind. Darin können auch ein optional vorhandener Digital-Analog Wandler 108 und ein optional vorhandenes (internes) Netzteil 102 sowie weitere Signalverarbeitungseinheiten, die in 1 nicht weiter dargestellt sind, untergebracht werden.
Der hier beschriebene Audioverstärker 100 lässt sich auch mit Netzteilen, deren Ausgangsspannungen unter Last nicht nachgeben, aufbauen. Außerdem hängen die klanglichen Eigenschaften der Leistungsreduzierung nicht mehr vom tatsächlich, physikalisch verwendeten Netzteil 102 ab, sondern nur noch von der Gestaltung der lastabhängigen Begrenzung in der Signalbegrenzungsschaltung 101. Es können somit verschiedene klangliche Charakteristika durch Wahl des entsprechenden Modells der lastabhängigen Begrenzung in der Signalbegrenzungsschaltung 101 realisiert werden. Ein gewünschtes klangliches Verhalten lässt sich somit leicht auf andere Audioverstärker 100 portieren. Auch kann innerhalb eines Audioverstärkers 100 das Netzteil 102 leicht durch ein anderes ersetzt werden, ohne klangliche Einflüsse hinnehmen zu müssen.
Der Audioverstärker 100 ist beispielsweise anwendbar für die Audiosignalverstärkung von leistungsstarken Lautsprechern, die für die Beschallung von großen Räumen oder Freiflächen eingesetzt werden. Derartige Lautsprecher können eine akustische Schalleistung von über 50 Watt, insbesondere über 100 Watt erzeugen, was bei einem akustischen Wirkungsgrad eines Lautsprechers von beispielsweise maximal 5% elektrischen Leistungen von über 1000 Watt, insbesondere über 2000 Watt entspricht. Der Audioverstärker 100 kann auch für die Audiosignalverstärkung bei Lautsprecher-Arrays mit einer Vielzahl von Einzellautsprechern eingesetzt werden, bei denen höhere Schalleistungen im Bereich von Vielfachen von 50 Watt bzw. 100 Watt auftreten. Das zu verstärkende Audiosignal liegt im hörbaren Niederfrequenzbereich von etwa 20 Hz bis 20 kHz und höher.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Audioverstärkers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Audioverstärker 200 weist einen DSP 201, einen Leistungsverstärker 103, ein Netzteil 102, zwei Analog-Digital Wandler 104a und 104b, einen weiteren Digital-Analog Wandler 108, einen digitalen Eingangsempfänger 107, einen Controller 105 und eine Bedienschnittstelleneinheit 106 auf. Der digitale Eingangsempfänger 107 ist zwischen einer analogen Audioquelle 132 und einem Eingang 140 des DSP 201 geschaltet um ein analoges Signal 130 der analogen Audioquelle 132 in digitales Format umzuwandeln, und dem DSP 201 an seinem Eingang 140 als digitales Audiosignal 120 bereitzustellen. Der Digital-Analog Wandler 108 ist zwischen einem Ausgang 142 des DSP 201 und einem Eingang 148 des Leistungsverstärkers 103 geschaltet, um dem Leistungsverstärker 103 das von dem DSP 201 erzeugte begrenzte Audiosignal 150 in analoger Form als analoges Signal 152 zur Verfügung zu stellen. Der Leistungsverstärker 103 weist einen Versorgungsanschluss 144 auf, der an das Netzteil 102 gekoppelt ist, um mit der Ausgangsspannung 156 des Netzteils 102 versorgt zu werden. Das Netzteil 102 hat einen Versorgungsspannungseingang, der an eine Versorgungsspannungsquelle 126 gekoppelt ist.
Das Netzteil 102 ist ein Teil des Audioverstärkers 200, es kann eine Baugruppe des Audioverstärkers 200 sein. Das Netzteil 102 dient dazu, den Audioverstärker 200 mit Energie zu versorgen. Dafür ist das Netzteil 102 an die Versorgungsspannungsquelle 126 gekoppelt. Die Versorgungsspannungsquelle kann beispielsweise das öffentliche Stromnetz mit 220 V oder 110 V Wechselspannung oder ein privates Energieversorgungsnetz sein. Der Audioverstärker 200 ist üblicherweise so dimensioniert, dass er eine andere Energieversorgung benötigt, als durch die Versorgungsspannungsquelle 126 bereitgestellt wird. Die Spannungswandlung und die Anpassung an die Anforderungen des Audioverstärkers 200 werden durch das Netzteil 102 bewirkt. Ausgangsspannung und maximaler Ausgangsstrom des Netzteils 102 können fest eingestellt oder variabel sein. Das Netzteil 102 kann ein Schaltnetzteil oder ein Trafonetzteil sein. Bei ersterem kann das Netzteil geregelt oder ungeregelt ausgeführt sein.
Der Leistungsverstärker 103 ist mit seinem Ausgang 146 an eine Last 122 gekoppelt, um die Last mit dem pegelbegrenzten Audiosignal 154 zu treiben. Die Analog-Digital Wandler 104a und 104b sind zwischen dem Ausgang 146 des Leistungsverstärkers 103 und einem jeweiligen Steuereingang 148a und 148b des DSP 201 geschaltet, um dem DSP 201 das pegelbegrenzte Audiosignal 154 in digitaler Form bereitzustellen, wobei der Analog-Digital Wandler 104a eine Stromkomponente und der Analog-Digital Wandler 104b eine Spannungskomponente des pegelbegrenzten Audiosignals 154 in digitale Form umwandelt. Der Controller 105 ist über eine Konfigurationsschnittstelle 160 an den DSP 201 gekoppelt, über eine Steuerschnittstelle 162 an das Netzteil 102 gekoppelt, über eine Bedienschnittstelle 164 an die Bedienschnittstelleneinheit 106 gekoppelt und über eine Fernsteuerungsschnittstelle 166 an die Fernsteuerungseinheit 128 gekoppelt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Signalbegrenzungsschaltung 101 aus 1 als ein digitaler Signalprozessor (DSP) 201 realisiert und der Leistungsverstärker 103 entspricht dem Leistungsverstärker 103 aus 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem empfangenen Audiosignal 120 um ein digitales Audiosignal, das an einem Eingang 140 des DSP 201 empfangen wird. Der DSP 201 begrenzt das an diesem Eingang 140 empfangene digitale Audiosignal 120 und stellt es als begrenztes digitales Audiosignal 150 an einem Ausgang 142 bereit. Der Eingang 140 und der Ausgang 142 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Eingang und Ausgang des DSP 201 dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die Signalbegrenzungsschaltung 101 neben dem DSP 201 noch weitere Schaltungseinheiten umfasst, kann es sich bei den Eingang 140 und dem Ausgang 142 um Ein- und Ausgänge der Signalbegrenzungsschaltung 101 handeln, die über die weiteren Schaltungseinheiten mit Ein- und Ausgängen des DSP 201 gekoppelt sind. Wenngleich das Ausführungsbeispiel der 2 sich auf einen DSP 201 bezieht, gelten die gleichen Ausführungen sinngemäß auch dann, wenn anstelle des DSP 201 ein digitaler Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor verwendet wird oder wenn die hier beschriebene Funktionalität des DSP 201 sowohl von einem DSP als auch einem Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor oder weiterer digitaler Hardware ausgeführt wird.
Der DSP 201 liefert an seinem Ausgang 142 ein begrenztes digitales Audiosignal 150. Der Leistungsverstärker 103 verstärkt ein auf dem begrenzten digitalen Audiosignal 150 basierendes Signal 152. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leistungsverstärker 103 eine analoge Komponente, der an einem Eingang 148 ein analoges Signal 152 empfängt. Zur Umwandlung des begrenzten digitalen Audiosignals 150 in ein analoges Signal 152 wird ein Digital-Analog Wandler 108 verwendet, der das begrenzte digitale Audiosignal 150 in das analoge Signal 152 umwandelt, so dass es auf dem begrenzten digitalen Audiosignal 150 basiert. Der Block 108, der als Digital-Analog Wandler bezeichnet ist, kann auch noch weitere Schaltungseinheiten aufweisen, beispielsweise Abtastratenumsetzer, d. h. Schaltungen zum Reduzieren und/oder Erhöhen der Abtastrate des begrenzten digitalen Audiosignals 150, um damit eine beliebige Abtastrate des begrenzten digitalen Audiosignals 150 einzustellen oder/und Filterstufen, die entweder in dem Digital-Analog Wandler 108 realisiert sind oder dem Digital-Analog Wandler 108 nachgeschaltet sind, um einen bestimmten Frequenzgang des auf dem begrenzten digitalen Audiosignal 150 basierenden analogen Signals 152 zu realisieren.
Der Leistungsverstärker 103 weist einen an ein Netzteil 102 koppelbaren Versorgungsanschluss 144 auf, an den ein Netzteil 102 angeschlossen ist. Das Netzteil 102 kann, aber muss kein solches sein, dessen Ausgangsspannung 156 unter Last nachgibt. Es kann beispielsweise ein Netzteil 102 sein, das eine möglichst konstante Ausgangsspannung 156 liefert, beispielsweise durch interne Regelschleifen, die so arbeiten, dass an dem Spannungsausgang eine hinreichend konstante Ausgangsspannung 156 bereitgestellt wird. Das Netzteil 102 hat einen Eingang, der an eine Versorgungsspannungsquelle 126 gekoppelt ist, welche die Versorgungsspannung liefert, aus welcher das Netzteil 102 die Ausgangsspannung 156 erzeugt und dem Leistungsverstärker 103 an seinem Leistungsversorgungseingang 144 zur Verfügung stellt.
Der digitale Signalprozessor 201 empfängt an seinem Eingang 140 ein digitales Audiosignal 120, welches auf einem Audiosignal 130 basiert, das von einer Audioquelle 132 bereitgestellt wird. Die Audioquelle 132 kann eine digitale oder analoge Audioquelle sein, die ein digitales Audiosignal 130 oder ein analoges Audiosignal 130 bereitstellt. Bei einer digitalen Audioquelle 132 kann dem DSP 201 eine digitale Schaltungseinheit 107 in Form eines digitalen Eingangsempfängers (englisch: digital input receiver, DIR) vorgeschaltet sein, der, falls erforderlich, eine Abtastratenkonvertierung des digitalen Audiosignals 130 vornimmt, um so ein konvertiertes digitales Audiosignal 120 zu erzeugen, das eine gewünschte Abtastrate hat, um von dem Eingang 140 des DSP 201 empfangen werden zu können. Weist das digitale Audiosignal 130 bereits die gewünschten Eigenschaften auf, so kann der digitale Eingangsempfänger 107 auch weggelassen werden, so dass das digitale Audiosignal 130 direkt von dem Eingang 140 des DSP 201 empfangen wird.
Bei einer analogen Audioquelle 132 kann dem DSP 201 ein Analog-Digital Wandler 107 und optional weitere Schaltungseinheiten vorgeschaltet sein, der eine Konvertierung des analogen Audiosignals 130 in ein digitales Audiosignal 120 vornimmt, das von dem Eingang 140 des DSP 201 empfangen werden kann. Die optional vorhandenen weiteren Schaltungseinheiten können beispielsweise eine Vorfilterung des analogen Audiosignals 130, beispielsweise Tiefpass, Hochpass oder Bandpassfilterung vornehmen, so dass ein gefiltertes analoges Audiosignal 130 dem Analog-Digital Wandler 107 zugeführt wird. Falls erforderlich, kann das von dem Analog-Digital Wandler 107 gelieferte Ausgangssignal einer Abtastratenumsetzung oder weiteren digitalen Filterungen unterworfen werden, bevor es an dem Eingang 140 des DSP 201 empfangen wird.
Der Audioverstärker 200 weist einen Analog-Digital Wandler 104a auf, der zwischen dem Ausgang 146 des Leistungsverstärkers 103 und einem Steuereingang 148a des DSP 201 angeordnet ist, und dem DSP 201 das von dem Leistungsverstärker 103 an seinem Ausgang 146 erzeugte, pegelbegrenzte Audiosignal 154 in digitaler Form zur Verfügung stellt. Dabei handelt es sich um das pegelbegrenzte Audiosignal 154, wie es an der Last 122 anliegt. Der DSP 201 hat damit die Möglichkeit, sein begrenztes Audiosignal 150 lastabhängig zu erzeugen, denn beim Koppeln des Ausgangs 146 des Leistungsverstärkers 103 an die Last 122 wird das pegelbegrenzte Audiosignal 154 einen lastabhängigen Wert annehmen.
Das von dem Leistungsverstärker 103 erzeugte pegelbegrenzte Audiosignal 154 kann anhand seiner Stromkomponente und/oder anhand seiner Spannungskomponente gemessen werden. In dem Ausführungsbeispiel der 2 werden beide Komponenten (d. h. Strom und Spannung) gemessen, wobei der Analog-Digital Wandler 104a eine Stromkomponente des pegelbegrenzten Audiosignals 154 in digitales Format umwandelt und dem DSP 201 an seinem Steuereingang 148a zur Verfügung stellt. Ein weiterer Analog-Digital Wandler 104b, der zwischen dem Ausgang 146 des Leistungsverstärkers 103 und einem weiteren Steuereingang 148b des DSP 201 angeordnet ist, wandelt eine Spannungskomponente des pegelbegrenzten Audiosignals 154 in digitales Format um und stellt diese dem DSP 201 an seinem weiteren Steuereingang 148b zur Verfügung. Damit kann der DSP 201 das begrenzte Audiosignal 150 abhängig von der Leistung des pegelbegrenzten Audiosignals 154 und damit abhängig von der Leistung an der Last 122 bestimmen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen weist der Audioverstärker 200 lediglich einen der beiden Analog-Digital Wandler 104a und 104b auf, so dass dem DSP 201 z.B. lediglich eine Stromkomponente des pegelbegrenzten Audiosignals 154 zur Verfügung gestellt wird. Da sich für die Stromkomponente des pegelbegrenzten Audiosignals 154 bei Kopplung des Ausgangs 146 des Leistungsverstärkers 103 an die Last 122 ein lastabhängiger Wert einstellen wird, kann auch bei diesen Ausführungsbeispielen der DSP 201 das begrenzte Audiosignal 150 lastabhängig erzeugen.
Alternativ kann bei Ausführungsbeispielen mit nur einem der beiden Analog-Digital Wandler 104a und 104b dem DSP 201 statt der Stromkomponente auch die Spannungskomponente zur Verfügung gestellt werden. Allerdings ist die Lastabhängigkeit der Spannung nur minimal und wird hauptsächlich durch den Innenwiderstand des Verstärkers und die Verluste auf den Leitungen bestimmt, so dass Änderungen der Last 122 sich in der Spannung nur geringfügig bemerkbar machen. Daher ist es vorzuziehen, dem DSP 201 bei Ausführungsbeispielen mit nur einem der A/D-Wandler 104a und 104b die Stromkomponente zu liefern. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Audioverstärker 200 keinen der beiden Analog-Digital Wandler 104a und 104b auf. In einem solchen Ausführungsbeispiel werden dem DSP 201 Informationen über die Last 122, beispielsweise Impedanzwerte der Last, und/oder den Leistungsverstärker 103 zur Verfügung gestellt, anhand deren in dem DSP 201 berechnet werden kann, wie das von dem DSP 201 erzeugte begrenzte Audiosignal 150 in das pegelbegrenzte Audiosignal 154 umgesetzt wird, um die Last zu treiben. Mit diesen Informationen kann der DSP 201 das begrenzte Audiosignal 150 lastabhängig erzeugen.
Der DSP 201 kann das begrenzte Audiosignal 150 basierend auf einem Modell 310 eines Netzteiles, dessen Ausgangsspannung unter Last nachgibt, erzeugen. Mit einem solchen Modell, wie es in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 näher beschrieben ist, wird das begrenzte Audiosignal 150 lastabhängig erzeugt.
Der Audioverstärker 200 weist eine Konfigurationsschnittstelle 160 auf, um Steuer- und Konfigurationsdaten zwischen einem Controller 105 bzw. Mikroprozessor und dem DSP 201 zu übermitteln. Der Controller 105 ist über eine Steuerschnittstelle 162 mit dem Netzteil 102 gekoppelt, um mittels Steuerbefehlen das Netzteil 102 einzustellen und Informationen von dem Netzteil 102 abzufragen. Der Controller 105 ist über eine Bedienschnittstelle 164 mit einer Bedienschnittstelleneinheit 106 gekoppelt, um mittels Steuerbefehlen den Controller 105 zu konfigurieren und oder mit Code zu laden und Informationen von dem Controller 105 abzufragen. Der Controller 105 ist über eine Fernsteuerungsschnittstelle 166 mit einer Fernsteuerungseinheit 128 gekoppelt, um mittels Steuerbefehlen den Controller 105 ferngesteuert zu konfigurieren und oder mit Code zu laden und Informationen von dem Controller 105 ferngesteuert abzufragen.
Der DSP 201 und der Controller 105 können als eine Schaltung ausgeführt sein, die dann der Signalbegrenzungsschaltung 101 aus 1 entspricht. Die Funktionalität des DSP 201 kann vollständig oder teilweise von dem Controller 105 ausgeführt werden. Ebenso kann die Funktionalität des Controllers 105 vollständig oder teilweise von dem DSP 201 ausgeführt werden.
Der Audioverstärker 200 weist ein Gehäuse 124 auf, in dem der DSP 201, der Leistungsverstärker 103 und das Netzteil 102 sowie die Analog-Digital Wandler 104a und 104b, der Digital-Analog Wandler 108, der digitale Eingangsempfänger 107, der Controller 105 und die Bedienschnittstelleneinheit 106 untergebracht sind.
Der Audioverstärker 200 ist anwendbar für die Audiosignalverstärkung von leistungsstarken Lautsprechern, die für die Beschallung von großen Räumen oder Freiflächen eingesetzt werden. Derartige Lautsprecher erzeugen eine akustische Schalleistung von über 50 Watt, insbesondere über 100 Watt. Der Audioverstärker 200 kann auch für die Audiosignalverstärkung bei Lautsprecher-Arrays mit einer Vielzahl von übereinander angeordneten Einzellautsprechern eingesetzt werden, bei denen höhere Schalleistungen im Bereich von Vielfachen von 50 Watt auftreten. Das zu verstärkende Audiosignal liegt im hörbaren bzw. gerade nicht mehr hörbaren Niederfrequenzbereich von etwa 20 Hz bis 20 kHz und höher.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors 201 in einem Audioverstärker 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der DSP 201 entspricht dem in 2 beschriebenen DSP 201. Der DSP 201 weist einen Signalpfad zwischen dem Eingang 140 und dem Ausgang 142 auf, in welchen eine erste Audioverarbeitungseinheit 314, eine Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 und eine zweite Audioverarbeitungseinheit 316 geschaltet sind. Der Eingang 140 entspricht dem in 2 dargestellten Eingang 140 des DSP 201, an dem das digitale Audiosignal 120 empfangen wird. Der Ausgang 142 entspricht dem in 2 dargestellten Ausgang 142, an dem das begrenzte digitale Audiosignal 150 bereitgestellt wird.
Der DSP 201 weist ferner einen Steuerpfad zwischen zwei Steuereingängen 148a und 148b des DSP 201 und der Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 auf, über den die Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 mit einer Steuergröße 326 angesteuert wird. Die beiden Steuereingänge 148a und 148b entsprechen den in 2 beschriebenen Steuereingängen 148a und 148b des DSP 201. In den Steuerpfad ist eine Multiplikationseinheit 312, eine Modellierungseinheit 310 und eine Steuerungseinheit 311 geschaltet, wobei die Modellierungseinheit 310 ihre Eingangsparameter zur Modellierung eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung U_C unter Last nachgibt, von einem Parameterspeicher 313 und von der Multiplikationseinheit 312 erhält. Der Parameterspeicher 313 versorgt die Modellierungseinheit 310 über eine Parameterschnittstelle mit einem ersten Parameter C, der einer virtuellen Kapazität entspricht, und mit einem zweiten Parameter P_in, der einer vorgebbaren maximalen Eingangsleistung des Leistungsverstärkers 103 entspricht. Die Multiplikationseinheit 312 versorgt die Modellierungseinheit 310 mit einer dritten, im Betrieb variablen Größe (Regelgröße) P_out, der einer Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 103 entspricht. Die Multiplikationseinheit 312 umfasst zwei Eingänge, die den Steuereingängen 148a und 148b des DSP 201 entsprechen, an denen die Multiplikationseinheit 312 eine Stromkomponente I und eine Spannungskomponente V des von dem Leistungsverstärker 103 erzeugten pegelbegrenzten Audiosignals 154 in digitaler Form empfängt. Aus der Spannungskomponente U und der Stromkomponente I bildet die Multiplikationseinheit 312 das Produkt, welches eine Leistung P_out des von dem Leistungsverstärker 103 erzeugten pegelbegrenzten Audiosignals 154 nachbildet. Optional umfaßt die Multiplikationseinheit 312 einen Integrator oder einen Summenbildner oder einen Mittelwertbildner, mit dem sie der Modellierungseinheit 310 eine gemittelte Leistung P_out zur Verfügung stellen kann.
Der Parameterspeicher 313 ist über eine externe Konfigurationsschnittstelle 160 von außen zugänglich, über welche die im Parameterspeicher 313 gespeicherten Parameter C und P_in eingestellt und/oder abgefragt werden können. Der Parameterspeicher 313 kann ein interner Speicher im DSP 201 sein, so wie in 3 dargestellt. Der Parameterspeicher 313 kann aber auch ein externer Speicher sein, auf den der DSP 201 über eine externe Speicherschnittstelle zugreift. Dann wäre der Parameterspeicher 313 außerhalb des DSP 201 realisiert, entgegen der Darstellung in 3.
Die Modellierungseinheit 310 bildet ein Modell eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung U_C unter Last nachgibt, nach. Das Modell umfasst eine virtuelle Kapazität C, die mit der zugeführten Leistung P_in geladen und mit der abgeführten Leistung P_out entladen wird. Wird der Ausgang der virtuellen Kapazität C an eine Last geschaltet, so entlädt sich die virtuelle Kapazität C, wobei ein lastabhängiger Entladestrom fließt und gleichzeitig die Ausgangsspannung U_C an der virtuellen Kapazität C einbricht. Die Ausgangsspannung U_C gibt unter Last nach. Entspricht die zugeführte Leistung P_in der abgegebenen Leistung P_out, so stellt sich an der virtuellen Kapazität C ein Leistungsgleichgewicht ein und die virtuelle Kapazität verweilt im geladenen Zustand. Ist die zugeführte Leistung P_in höher als die abgegebene Leistung P_out, so wird die virtuelle Kapazität geladen.
Das Modell der virtuellen Kapazität eignet sich dazu, eine Leistungsbegrenzungssteuerung zu implementieren. Solange die abgeführte Leistung P_out kleiner der zuführbaren Leistung P_in ist nimmt die Ausgangsspannung U_C ihren Maximalwert U₀ an.
Die virtuelle Kapazität C toleriert kurzzeitig auftretende hohe Leistungsspitzen der abgeführten Leistung P_out, welche ein teilweises Entladen der virtuellen Kapazität C bewirken. Bei hohen Effektivleistungen der abgeführten Leistung dagegen wird die virtuelle Kapazität stark entladen.
Im ersten Fall sinkt die Ausgangsspannung U_C nur leicht unterhalb ihres Maximalwertes, während im zweiten Fall die Ausgangsspannung U_C schnell auf kleine Werte abfällt. In Abhängigkeit der gewünschten Ausgangsleistung P_out lässt sich die zugeführte Leistung P_in so einstellen, dass ein Leistungsgleichgewicht an der virtuellen Kapazität C entsteht. Damit lässt sich eine Einstellung realisieren, bei der kurzfristige Leistungsspitzen übertragen werden, während hohe Leistungseffektivwerte begrenzt werden.
Die zugeführte Leistung P_in ist ein konstanter Parameter und ändert sich im laufenden Betrieb nicht. U₀ stellt eine Obergrenze der zuführbaren Leistung dar.
Eine solche Leistungsbegrenzungssteuerung ist in der Modellierungseinheit 310 realisiert, wobei die zugeführte Leistung P_in einem vorgegebenen Parameter entspricht, der die maximale Eingangsleistung an der virtuellen Kapazität C spezifiziert, und die abgegebene Leistung P_out die real an die Last 122 abgeführte Leistung bezeichnet, welche von der Multiplikationseinheit 312 basierend auf dem an der Last 122 anliegenden pegelbegrenzten Audiosignal 154 berechnet wurde.
Basierend auf der Ausgangsspannung U_C bestimmt die Steuerungseinheit 311 eine Steuergröße 326, mit der die Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 angesteuert wird. Die Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 dient dazu, mit Hilfe der Steuergröße 326 die Leistungsspitzen des am Eingang 140 anliegenden digitalen Audiosignals 120 zu begrenzen. Im Einzelnen passiert das digitale Audiosignal 120 die erste Audioverarbeitungseinheit 314, in der es einer digitalen Filterung und/oder einem Routing unterworfen wird, um als gefiltertes digitales Audiosignal 322 von der Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 empfangen zu werden. In der Spitzenwertbegrenzungseinheit 315 wird das gefilterte digitale Audiosignal 322 abhängig von der Steuergröße 326 der Steuerungseinheit 311 begrenzt, wobei die Begrenzung durch eine Reduzierung des Signalpegels des digitalen Audiosignals 322 bewirkt wird. Das so erzeugte begrenzte gefilterte digitale Audiosignal 324 passiert die zweite Audioverarbeitungseinheit 316, in der es einer weiteren digitalen Filterung und/oder einer weiteren Begrenzung unterworfen wird und als begrenztes digitales Audiosignal 150 am Ausgang 142 des DSP 201 bereitgestellt wird. Die weitere Begrenzung kann ein lastunabhängiges Begrenzen sein, beispielsweise ein solches Begrenzen, das das begrenzte digitale Audiosignal 150 an einen nachfolgenden Digital-Analog Wandler 108 anpasst.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der DSP 201 keine Audioverarbeitungseinheiten 314 und 316 auf. Das Signal 120 entspricht dann dem Signal 322 und das Signal 324 entspricht dem Signal 150. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der DSP 201 keine erste Audioverarbeitungseinheit 314 auf. Das Signal 120 entspricht dann dem Signal 322. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der DSP 201 keine zweite Audioverarbeitungseinheit 316 auf. Das Signal 324 entspricht dann dem Signal 150.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors 201 in einem Audioverstärker 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der DSP 201 entspricht dem in 2 beschriebenen DSP 201 bzw. dem in 3 beschriebenen DSP 201.
Für das Modell eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung U_C unter Last nachgibt, welches in der Modellierungseinheit 310 nachgebildet wird, gilt der im folgenden beschriebene Zusammenhang. Zwischen der in der virtuellen Kapazität C gespeicherten Energie W_C und der Spannung U_C über der virtuellen Kapazität C gilt der Zusammenhang: W_C = 1 / 2·C·U_C ².
Andererseits gibt es einen differentiellen Zusammenhang zwischen Energie und Leistung. So ist die Leistung die zeitliche Ableitung der Energie bzw. die Energie die über der Zeit integrierte Leistung: W_C = ∫(P_in – P_out)dt.
Damit entsprechen sich die rechten Seiten beider Gleichungen und es gilt der folgende Zusammenhang: U_C = f(P_out, P_in, C).
5 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen Signalprozessors 201 in einem Audioverstärker 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der DSP 201 entspricht dem in 2 beschriebenen DSP 201 bzw. dem in 3 und 4 beschriebenen DSP 201.
Für das Modell eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung U_C unter Last nachgibt, welches in der Modellierungseinheit 310 nachgebildet wird, gilt der im folgenden beschriebene Zusammenhang. Zwischen der in der virtuellen Kapazität C gespeicherten Energie W_C und der Spannung U_C über der virtuellen Kapazität C gilt der Zusammenhang: W_C = 1 / 2·C·U_C ².
Andererseits gibt es einen differentiellen Zusammenhang zwischen Energie und Leistung. So ist die Leistung die zeitliche Ableitung der Energie bzw. die Energie die über der Zeit integrierte Leistung: W_C = ∫(P_in – P_out)dt.
Nimmt man P_in und C als konstant an, so lässt sich unter Beobachtung der abgeführten Leistung P_out der Spannungswert U_C berechnen: 1 / 2·C·ΔU² = ∫(Pin – Pout)dt und daraus: ΔU² = 2/C·∫(Pin – Pout)dt.
Unter Beachtung einer Anfangsbedingung für U_C, U_C(0) = U₀ = konstant, ergibt sich U_C ² = U₀ ² + ΔU² und damit U_C = √(U₀ ² + ΔU²).
Die Anfangsbedingung für U_C, U_C(0) = U₀ wird im Parameterspeicher 313 als vorgebbarer Parameter gespeichert, welcher der Modellierungseinheit 310 über die Parameterschnittstelle zugeführt wird.
6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Verstärken eines Audiosignals 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren weist die im folgenden angegebenen Schritte auf. In einem ersten Schritt 601 wird ein Audiosignal 120 begrenzt, um ein begrenztes Audiosignal (150) zu erzeugen. In einem zweiten Schritt 603 wird ein auf dem begrenzten Audiosignal 150 basierendes Signal 152 verstärkt, um ein pegelbegrenztes Audiosignal 154 zu erzeugen. In einem dritten Schritt 605 wird das pegelbegrenzte Audiosignal 154 an einem Ausgang 146, der an eine Last 122 koppelbar ist, bereitgestellt, so dass die Last 122 leistungsbegrenzt weil pegelbegrenzt betreibbar ist. Das Begrenzen 601 erfolgt dabei derart, dass das begrenzte Audiosignal 150 lastabhängig begrenzt wird.

Claims

Audioverstärker (100, 200), mit einer Signalbegrenzungsschaltung (101), die ausgelegt ist, ein an einem Eingang (140) empfangenes Audiosignal (120) zu begrenzen und als begrenztes Audiosignal (150) an einem Ausgang (142) bereitzustellen; einem Leistungsverstärker (103), der einen an ein Netzteil (102) koppelbaren Versorgungsanschluss (144) aufweist, um den Leistungsverstärker (103) mit Leistung zu versorgen, wobei der Leistungsverstärker (103) ausgelegt ist, ein auf dem begrenzten Audiosignal (150) basierendes Signal (152) zu verstärken und als pegelbegrenztes Audiosignal (154) an einem Ausgang (146), der an eine Last (122) koppelbar ist, bereitzustellen, so dass die Last (122) leistungsbegrenzt betreibbar ist, wobei die Signalbegrenzungsschaltung (101) ausgelegt ist, ein lastabhängig begrenztes Audiosignal (150) zu erzeugen.
Audioverstärker (100, 200) nach Anspruch 1, bei dem die Last (122) ein Lautsprecher oder ein Lautsprecher-Array ist.
Audioverstärker (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Signalbegrenzungsschaltung (101) einen digitalen Signalprozessor (201) und/oder einen Mikrocontroller umfasst.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalbegrenzungsschaltung (101) das lastabhängig begrenzte Audiosignal (150) basierend auf einem Modell (310) eines Netzteiles, dessen Ausgangsspannung (U_C) unter Last nachgibt, erzeugt.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalbegrenzungsschaltung (101) ausgelegt ist, das begrenzte Audiosignal (150) abhängig von dem an dem Ausgang (146) des Leistungsverstärkers (103) bereitgestellten pegelbegrenzten Audiosignal (154) zu erzeugen.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Digital-Analog-Wandler (108), der in einem Signalweg zwischen der Signalbegrenzungsschaltung (101) und dem Leistungsverstärker (103) angeordnet ist.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Netzteil (102), das an den Versorgungsanschluss (144) des Leistungsverstärkers (103) gekoppelt ist, wobei das Netzteil (102) eine lastunabhängige Ausgangsspannung (156) erzeugt.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Analog-Digital-Wandler (104a), der zwischen dem Ausgang (146) des Leistungsverstärkers (103) und einem Steuereingang (148a) der Signalbegrenzungsschaltung (101) angeordnet ist, wobei der Analog-Digital-Wandler (104a) eine Stromkomponente (I) des pegelbegrenzten Audiosignals (154) der Signalbegrenzungsschaltung (101) bereitstellt.
Audioverstärker (100, 200) nach Anspruch 8, mit einem weiteren Analog-Digital-Wandler (104b), der zwischen dem Ausgang (146) des Leistungsverstärkers (103) und einem weiteren Steuereingang (148b) der Signalbegrenzungsschaltung (101) angeordnet ist, wobei der weitere Analog-Digital-Wandler (104b) eine Spannungskomponente (V) des pegelbegrenzten Audiosignals (154) der Signalbegrenzungsschaltung (101) bereitstellt.
Audioverstärker (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalbegrenzungsschaltung (101) das lastabhängig begrenzte Audiosignal (150) basierend auf einer Funktion einer vorgebbaren maximalen Eingangsleistung (P_in) des Leistungsverstärkers (103), einer Ausgangsleistung (P_out) des Leistungsverstärkers (103) und einer virtuellen Kapazität (C) bestimmt.
Audioverstärker (100, 200) nach Anspruch 10, bei dem die Signalbegrenzungsschaltung (101) die Ausgangsleistung (P_out) des Leistungsverstärkers (103) basierend auf einem Produkt der Stromkomponente (I) und der Spannungskomponente (V) des pegelbegrenzten Audiosignals (154) bestimmt.
Audioverstärker (100, 200) nach Anspruch 10, mit einer Konfigurationsschnittstelle (160), die ausgelegt ist, die virtuelle Kapazität (C) und die vorgebbare maximale Eingangsleistung (P_in) des Leistungsverstärkers (103) einzustellen.
Verfahren zum Verstärken eines Audiosignals (120), aufweisend: Begrenzen (601) des Audiosignals (120), um ein begrenztes Audiosignal (150) zu erzeugen; Verstärken (603) eines auf dem begrenzten Audiosignal (150) basierenden Signals (152), um ein pegelbegrenztes Audiosignal (154) zu erzeugen; und Bereitstellen (605) des pegelbegrenzten Audiosignals (154) an einem Ausgang (146), der an eine Last (122) koppelbar ist, so dass die Last (122) leistungsbegrenzt betreibbar ist, wobei das Begrenzen (601) derart erfolgt, dass das begrenzte Audiosignal (150) lastabhängig begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Last (122) ein Lautsprecher oder ein Lautsprecher-Array ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Begrenzen (601) basierend auf einem Modell (310) eines Netzteiles, dessen Ausgangsspannung (U_C) unter Last nachgibt, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Begrenzen (601) anhand folgender Formeln erfolgt: U_C = √(U₀ ² + ΔU²), ΔU² = 2/C·∫(Pin – Pout)dt, wobei P_in eine maximal vorgebbare Eingangsleistung an einer virtuellen Kapazität C, P_out eine Ausgangsleistung an der virtuellen Kapazität C, ΔU eine differentielle Spannungsänderung an der virtuellen Kapazität C, U0 eine Anfangsspannung an der virtuellen Kapazität C und U_c die Ausgangsspannung des Modells (310) eines Netzteils, dessen Ausgangsspannung (U_C) unter Last nachgibt, darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem basierend auf der Ausgangsspannung (U_C) eine Schwelle verändert wird, anhand welcher Spitzenwerte des Audiosignals (120) begrenzt werden.