DE102018002290A1 - System und Verfahren zum Anlegen eines Tonsignals an einen elektrodynamischen Akustikwandler mit mehreren Spulen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Wandlersystem vorgestellt, umfassend einen elektrodynamischen Akustikwandler (1) mit einer Membran (3), einer Vielzahl in Reihe geschalteter Schwingspulen (7, 8) und einem Magnetsystem (9, 10, 11), wobei lediglich ein äußerer Abgriff/Anschluss (T2) der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) elektrisch mit einem Audioausgang eines Verstärkers (17) verbunden ist. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Einspeisen eines Tonsignals in einen elektrodynamischen Akustikwandler (1) vorgestellt, wobei die Schwingspulen (7, 8) lediglich über einen äußeren Abgriff/Anschluss (T2) der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) durch ein Audiosignal angesteuert werden.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft ein Wandlersystem, das einen elektrodynamischen Akustikwandler mit einer Membran, einer an der Membran angebrachten Spulenanordnung und einem Magnetsystem umfasst, das dafür ausgelegt ist, ein Magnetfeld quer zu einer Längsrichtung eines gewickelten Drahts der Spulenanordnung zu erzeugen. Die Spulenanordnung umfasst eine Vielzahl von Schwingspulen, insbesondere zwei Schwingspulen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anlegen eines Tonsignals an einen elektrodynamischen Akustikwandler der vorstehend genannten Art.
• Allgemein sind ein Wandlersystem und ein Verfahren der vorstehend genannten Art aus dem Stand der Technik bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart US 2014/321690 A1 ein Audiosystem, das einen mit einer ersten Treiberschaltung und einer zweiten Treiberschaltung verbundenen elektroakustischen Wandler umfasst. Der elektroakustische Wandler umfasst eine erste Spule, die auf eine mechanisch mit einer Membran gekoppelte zweite Spule aufgesetzt ist, wobei sich die Spulen im durch eine Polplatte konzentrierten Magnetfeld eines Permanentmagnets hin und her bewegen. Die erste Spule und die zweite Spule sind mechanisch zur Polplatte symmetrisch in einer magnetischen Nullposition angeordnet.
• Ein Nachteil des in US 2014/321690 A1 offenbarten Wandlersystems und Verfahrens besteht darin, dass zwei getrennte Verstärker verwendet werden müssen, um dem elektrodynamischen Akustikwandler ein Tonsignal zuzuführen. Entsprechend sind die technische Komplexität und die Kosten vergleichsweise hoch, wohingegen die Verlässlichkeit des Wandlersystems vergleichsweise gering ist.
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein verbessertes Wandlersystem und ein Verfahren zum Zuführen eines Tonsignals in einen elektrodynamischen Akustikwandler bereitzustellen. Insbesondere sollen die technische Komplexität und die Kosten verringert werden, während gleichzeitig die Verlässlichkeit erhöht werden soll.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Wandlersystem wie im ersten Absatz definiert gelöst, wobei lediglich ein äußerer Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung / der in Reihe geschalteten Schwingspulen elektrisch mit einem Audioausgang eines Verstärkers verbunden ist. Die Spulenanordnung ist mit anderen Worten lediglich über einen äußeren Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung / der in Reihe geschalteten Schwingspulen elektrisch mit einem Audioausgang eines Verstärkers verbunden. Der Verstärker kann Teil einer Treiberschaltung sein, die dann ebenfalls Teil des Wandlersystems ist.
• Das erfindungsgemäße Problem wird ferner durch ein Verfahren wie im ersten Absatz definiert gelöst, wobei die Spulenanordnung lediglich über einen äußeren Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung / der in Reihe geschalteten Schwingspulen durch ein Tonsignal angesteuert wird.
• Mit anderen Worten fließt ein durch das Tonsignal verursachter Strom in einen ersten äußeren Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung, nacheinander durch jede der Spulen und aus einem zweiten äußeren Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung ab.
• Durch die vorstehend vorgestellten Maßnahmen werden die technische Komplexität eines Wandlersystems sowie dessen Herstellungskosten verringert. Gleichzeitig wird die Verlässlichkeit erhöht. Konkret wird die Verdrahtung des elektrodynamischen Akustikwandlers vereinfacht. Insbesondere stellt die elektrische Verbindung mit äußeren Abgriffen/Anschlüssen der Spulenanordnung die einzige elektrische Verbindung zwischen dem Verstärker und der Spulenanordnung dar.
• Insbesondere kann der Wandler darüber hinaus durch ein Audiosignal eines einzigen Verstärkers angesteuert werden. In diesem Fall ist die Spulenanordnung mit dem Audioausgang lediglich eines einzigen Verstärkers elektrisch verbunden. Durch Beseitigen der Notwendigkeit eines getrennten Verstärkers für jede Schwingspule der Spulenanordnung kann die Verlässlichkeit wesentlich erhöht werden. Für Spulenanordnungen mit zwei Schwingspulen wird das Risiko eines Ausfalls des Verstärkungsteils des Wandlersystems um 50 % verringert. Falls die Spulenanordnung mehr als zwei Schwingspulen umfasst, erhöht sich dieser Faktor sogar noch.
• Allgemein betreffen das vorgeschlagene Wandlersystem und Verfahren elektrodynamische Akustikwandler mit zwei Schwingspulen oder mehr. Beim Verstärker kann es sich um einen einpoligen Verstärker mit einem Tonausgang und einem Masseanschluss handeln. In diesem Fall ist ein äußerer Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung / der in Reihe geschalteten Schwingspulen elektrisch mit dem Audioausgang des Verstärkers verbunden, während der andere auf Masse gelegt ist. Jedoch kann es sich beim Verstärker auch um einen zweipoligen Verstärker mit zwei zugeordneten Tonausgängen handeln. In diesem Fall ist ein äußerer Abgriff/Anschluss der Spulenanordnung / der in Reihe geschalteten Schwingspulen elektrisch mit einem ersten Audioausgang des Verstärkers verbunden, während der andere mit dem anderen, zweiten Audioausgang verbunden ist. Allgemein kann ein Verstärker mehrere Verstärkerstufen aufweisen. In diesem Fall werden die Ausgänge der Zwischenstufen für die Belange dieser Offenbarung nicht als einen „Audioausgang“ aufweisend betrachtet. Beim „Audioausgang“ handelt es sich um den Ausgang der allerletzten Stufe, die schließlich mit dem Wandler verbunden ist.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile des Audiowandlers der offenbarten Art werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
• Günstigerweise ist ein Verbindungspunkt zwischen zwei Schwingspulen elektrisch mit einem Eingang des Verstärkers oder einer elektronischen Schaltung (insbesondere einem Eingang der Treiberschaltung) verbunden. Auf diese Weise kann die Spannung am Verbindungspunkt zum Regeln des Wandlersystems verwendet werden. Insbesondere kann eine Abweichung der Spulenanordnung von einer magnetischen Nullposition oder auch die magnetische Nullposition selbst erfasst und korrigiert werden.
• Insbesondere stellen im vorstehend genannten Fall die elektrische Verbindung mit äußeren Abgriffen/Anschlüssen der Spulenanordnung und die elektrische Verbindung mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei Schwingspulen die einzigen elektrischen Verbindungen zwischen dem Verstärker (oder der elektronischen Schaltung) und der Spulenanordnung dar. Der Verbindungspunkt zwischen zwei Schwingspulen kann darüber hinaus lediglich mit einem Eingang einer weiteren elektronischen Schaltung verbunden sein. Auf diese Weise ist die Verdrahtung zwischen dem Verstärker und dem elektrodynamischen Wandler mit Blick auf die Funktion des Wandlersystems vergleichsweise einfach.
• Vorteilhafterweise umfasst das Wandlersystem ein/e elektronische/s Abweichungsausgleichmodul/-schaltung, das/die dafür ausgelegt ist, mit der Spulenanordnung des elektrodynamischen Akustikwandlers verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung zwei Spulen umfasst und wobei das/die elektronische Abweichungsausgleichmodul/-schaltung dafür ausgelegt ist, eine Regelspannung U_CTRL an mindestens eine der Schwingspulen anzulegen und die Regelspannung U_CTRL zu verändern, bis die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Entsprechend wird eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und verändert, bis die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule oder der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Mit anderen Worten wird eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und verändert, bis die momentane Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule im Wesentlichen einer gewünschten Beziehung gleicht oder bis die momentane Beziehung zwischen einem aus der elektromotorischen Kraft U_emf1 der ersten Spule abgeleiteten Parameter und dem aus der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule abgeleiteten Parameter im Wesentlichen einer gewünschten Beziehung gleicht.
• In praktischen Anwendungen ruhen die erste und die zweite Spule häufig nicht in einer magnetischen Nullposition. Mit anderen Worten fällt die Ruheposition der Membran (x=0) häufig nicht mit dem Punkt zusammen, in dem die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule gleich der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule ist. Dies kann konstruktiv gewollt oder ungewollt durch Toleranzen verursacht sein.
• Durch die offenbarten Maßnahmen wird die Spulenanordnung in eine gewünschte Ruheposition verschoben, die durch die Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule / einem aus dieser abgeleiteten Parameter und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule / dem aus dieser abgeleiteten Parameter gekennzeichnet ist. Bei dieser Beziehung kann es sich um ein bestimmtes Verhältnis oder eine Differenz zwischen diesen Werten handeln. „Im Wesentlichen“ bedeutet im vorliegenden Kontext insbesondere eine Abweichung um ± 10 % von einem Bezugswert. Es ist jedoch zu beachten, dass mit dem Regelverfahren allgemein eine Nullabweichung vom Bezugswert angestrebt wird.
• Bei der gewünschten Ruheposition kann es sich insbesondere um die magnetische Nullposition handeln, in welcher die Ruheposition der Membran (x=0) mit dem Punkt zusammenfällt, in dem die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule gleich der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule ist (d.h. ein Verhältnis zwischen diesen Werten im Wesentlichen 1 beträgt bzw. eine Differenz zwischen diesen Werten dann im Wesentlichen 0 beträgt). Mit anderen Worten wird der Konjunktionsbereich zwischen der Schwingspule in diesem Fall in einer Position gehalten, in der das Magnetfeld des Magnetsystems einen Höchstwert erreicht.
• Durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens / des/r vorgeschlagenen elektronischen Abweichungsausgleichmoduls/-schaltung kann die Membran in die Position verschoben werden, die konstruktiv als die Ruheposition vorgesehen ist, wodurch Toleranzen ausgeglichen werden und die Leistung des Wandlers allgemein verbessert wird. Beispielsweise können Verzerrungen des Audioausgangs des Wandlers auf diese Weise verringert werden. Des Weiteren kann die Symmetrie verbessert werden, wodurch in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der gleiche Membranhub ermöglicht wird. In einer weiteren Anwendung werden durch die vorgeschlagenen Maßnahmen Algorithmen zum Berechnen einer Membranposition verbessert.
• Allgemein sollte die Regelspannung nicht vom Wandler ausgegebenen Ton beeinträchtigen, sondern lediglich eine abweichende Position der Membran mehr oder weniger schnell ausgleichen. Entsprechend ist die Regelspannung günstigerweise langsam im Vergleich zum Ton. Mit anderen Worten ist eine Frequenz einer Wechselkomponente der Regelspannung günstigerweise niedrig im Vergleich zu den Frequenzen des Tons. Für Mikrolautsprecher kann eine Frequenz einer Wechselkomponente der Regelspannung 50 Hz betragen. Für andere Lautsprecher kann diese Frequenz 10 Hz betragen. Mit Blick auf ein sich schnell änderndes Tonsignal kann die Regelspannung als eine Gleichspannung gesehen werden. In besonderen Fällen kann es sich bei der Regelspannung tatsächlich um eine Gleichspannung handeln. Alternativ kann die Regelspannung eine Wechselkomponente und eine konstante Komponente umfassen.
• Günstigerweise können die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule durch die Formeln $${\text{U}}_{\text{emf1}}={\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  $${\text{U}}_{\text{emf2}}={\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  berechnet werden, wobei Z_C1 der (momentane) Spulenwiderstand der ersten Spule, U_in1(t) die Eingangsspannung an der ersten Spule zur Zeit t und I_in(t) der Eingangsstrom an der ersten Spule zur Zeit t ist. Entsprechend ist Z_C2 der (momentane) Spulenwiderstand der zweiten Spule, U_in2(t) die Eingangsspannung an der zweiten Spule zur Zeit t und I_in(t) der Eingangsstrom an der zweiten Spule zur Zeit t. Es ist zu beachten, dass die erste und die zweite Spule in Reihe geschaltet sind, so dass der Strom I_in(t) für beide Spulen derselbe ist.
• Des Weiteren ist zu beachten, dass es sich bei Z_C1 und Z_C2 in den vorstehend genannten Formeln um komplexe Zahlen handelt. Jedoch können für eine vereinfachte Berechnung auch die (reellwertigen und momentanen) Spulenwiderstände R_C1 und R_C2 der ersten Spule und der zweiten Spule anstelle der komplexen Werte Z_C1 und Z_C2 verwendet werden, wodurch kapazitive/induktive Komponenten des Spulenwiderstands vernachlässigt werden. Entsprechend können in dieser Offenbarung „Z_C1“ in „R_C1“, „Z_C2“ in „R_C2“ und „Z_C“ in „R_C“ geändert sein. Für die Formeln zur elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule bedeutet dies beispielsweise $${\text{U}}_{\text{emf1}}={\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{R}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  $${\text{U}}_{\text{emf2}}={\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{R}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  
• Zudem ist zu beachten, dass der Spulenwiderstand Z_C über die Zeit nicht unbedingt konstant ist, sondern sich beispielsweise gemäß einer Spulentemperatur ändern kann. Zum Messen des Spulenwiderstands Z_C kann ein (nicht hörbares) Ton- oder Sinussignal an den Wandler angelegt werden. Für einen Mikrolautsprecher kann ein solches Ton- oder Sinussignal insbesondere eine Frequenz unterhalb von 100 Hz haben, beispielsweise 50 Hz. Es ist zu beachten, dass sich der Spulenwiderstand Z_C über die Zeit langsam ändert. Aus diesem Grund wird der Spulenwiderstand Zc in Hinblick auf die schnelle Änderung der Eingangsspannungen U_in1(t) und U_in2(t) und in Hinblick auf den Eingangsstrom an der zweiten Spule zur Zeit t als konstant betrachtet. Genau genommen kann jedoch der Spulenwiderstand auch mit „Z_C(t)“ bezeichnet werden.
• Günstigerweise handelt es sich bei einem aus der elektromotorischen Kraft U_emf1, U_emf2 abgeleiteten Parameter um einen Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf1, U_emf2, einen Quadratwert der elektromotorischen Kraft U_emf1, U_emf2 oder einen Effektivwert der elektromotorischen Kraft U_emf1, U_emf2. Entsprechend kann eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und geändert werden, bis
• - ein Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und ein Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule oder
• - ein Quadratwert der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und ein Quadratwert der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule oder
• - ein Effektivwert der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und ein Effektivwert der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Auf diese Weise basiert das Abweichungsausgleichverfahren auf einer Beziehung der Energie in den Spulen bzw. aufgrund der elektromotorischen Kraft auf einer Beziehung eines aus der Energie in den Spulen abgeleiteten Parameters. Insbesondere wenn es sich bei der vorab bestimmten Beziehung um ein vorab bestimmtes Verhältnis handelt, können sowohl am Zähler als auch am Nenner Rechenoperationen ausgeführt werden, ohne das Verhältnis zu ändern.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und verändert, bis die Tiefpass-gefilterte elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule / ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die Tiefpass-gefilterte elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule / der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Mit anderen Worten wird die Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und verändert, bis die durch ein erstes Filter gefilterte elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule / ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die durch das erste Filter gefilterte elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule / der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Oder es wird eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen angelegt und verändert, bis die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule / ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule / der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung unterhalb einer bestimmten Frequenz erreichen. Konkret können in einem ersten Schritt im gesamten Audioband die elektromotorischen Kräfte U_emf1 und U_emf2 / aus diesen abgeleitete Parameter bestimmt werden, in einem zweiten Schritt kann die Energie der elektromotorischen Kräfte U_emf1und U_emf2 bzw. eines Parameters davon bestimmt werden, und in einem dritten Schritt kann das Ergebnis des zweiten Schritts durch ein Filter Tiefpass-gefiltert werden, bevor die im dritten Schritt erhaltenen Signale zum Anlegen der Regelspannung verwendet werden. In der normalen Verwendung werden Signale, die mehrere Frequenzen umfassen, in einen Wandler eingespeist, beispielsweise können diese für einen Mikrolautsprecher in einem Bereich von 100 Hz bis 20 kHz und für andere Lautsprecher in einem Bereich von 20 Hz bis 20 kHz liegen. Ohne eine Begrenzung des offenbarten Abweichungsausgleichverfahrens auf niedrige Frequenzen, z.B. unter Verwendung eines Tiefpassfilters, kann das Anlegen der Regelspannung die Umwandlung des angelegten Signals zunichtemachen. Die Grenzfrequenz eines solchen ersten Filters kann für einen Mikrolautsprecher 50 Hz und für andere Lautsprecher 10 Hz betragen. Weitere bevorzugte Werte sind 20 Hz für einen Mikrolautsprecher und 5 Hz für andere Lautsprecher.
• Vorteilhafterweise wird zum Anlegen einer Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen eine Delta-Sigma-Modulation verwendet. In diesem Fall wird eine Abweichung von der Sollbeziehung zwischen der elektromotorischen Kraft U_emf1 der ersten Spule /einem aus dieser abgeleiteten Parameter und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule / dem aus dieser abgeleiteten Parameter mit umgekehrtem Vorzeichen summiert und an die Spulenanordnung angelegt, wodurch die vorstehend genannte Abweichung ausgeglichen wird. Ein Delta-Sigma-Modulator kann auch als ein Integralregler betrachtet werden, und es können auch andere Integrationsregler zum Anlegen einer Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen verwendet werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird das durch den Delta-Sigma-Modulator ausgegebene Signal in ein zweites Filter eingespeist, bevor es an die Spulenanordnung angelegt wird, wodurch Instabilität im Regelkreis verringert oder vermieden wird. Infolgedessen wird die Membran langsam moduliert, um um die gewünschte Ruheposition zu schwingen. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung wird durch die untere Begrenzungsfrequenz des zweiten Filters definiert. Allgemein kann der offenbarte Regelkreis durch Systeme niedrigerer Ordnung realisiert werden, jedoch kann durch Verwendung von Regelsystemen höherer Ordnung, beispielsweise von PID-Regelsystemen („Proportional-Integral-Derivative“-Regelsysteme) die Leistung verbessert werden.
• Allgemein kann die Regelspannung an eine der Schwingspulen der Spulenanordnung angelegt werden. In einer günstigen Ausführungsform jedoch wird die Regelspannung sowohl an die erste Spule als auch an die zweite Spule angelegt. Auf diese Weise kann die Regelspannung zum Verschieben der Spulenanordnung in die gewünschte Ruheposition vergleichsweise niedrig sein.
• Günstigerweise ist während des Anlegens einer Regelspannung ein Tonsignal sowohl an die erste Spule als auch die zweite Spule angelegt. Auf diese Weise wird das Abweichungsausgleichverfahren während der normalen Anwendung des elektrodynamischen Akustikwandlers und nicht lediglich unter Laborbedingungen durchgeführt. Ebenso ist es vorstellbar, an eine der Spulen einen Ton und an die andere die Regelspannung auszugeben. Auch in diesem Fall werden ein Tonsignal und das Regelsignal übereinandergelegt.
• Vorteilhafterweise umfasst das Wandlersystem ein/e elektronische/s Nullpositionserfassungsmodul/-schaltung, das/die dafür ausgelegt ist, mit einer Spulenanordnung des elektrodynamischen Akustikwandlers verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung zwei Schwingspulen umfasst und wobei das/die elektronische Nullpositionserfassungsmodul/-schaltung dafür ausgelegt ist,
1. a) eine erste Spannung U1 an der ersten Spule und eine zweite Spannung U2 an der zweiten Spule zu messen,
2. b) ein Verhältnis U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 zu berechnen und
3. c) die magnetische Nullposition der Membran durch Erfassen eines Zustands zu bestimmen, in dem
   • - das vorstehend genannte Verhältnis U1/U2 gleich 1 ist und
   • - ein Gradient dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
• Entsprechend umfasst ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestimmen der magnetischen Nullposition einer Membran eines elektrodynamischen Akustikwandlers, insbesondere eines Lautsprechers, mit einer Spulenanordnung mit zwei Schwingspulen die Schritte
1. a) Messen einer Spannung U1 an der ersten Spule und einer zweiten Spannung U2 an der zweiten Spule,
2. b) Berechnen eines Verhältnisses U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 und
3. c) Bestimmen der magnetischen Nullposition der Membran durch Erfassen eines Zustands, in dem
   • - das vorstehend genannte Verhältnis U1/U2 gleich 1 ist und
   • - ein Gradient dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
• Durch die vorstehend vorgestellten Maßnahmen kann die magnetische Nullposition der Membran erfasst werden, die dann unter anderem für weitere den Wandler betreffende Berechnungen verwendet werden kann, z.B. für einen Algorithmus zum Berechnen der Position der Membran. Es ist keine zusätzliche Messausrüstung wie etwa ein Laser zur Erfassung der magnetischen Nullposition der Membran erforderlich.
• Um beim Berechnen des Verhältnisses U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 eine Teilung durch Null zu vermeiden, kann das Verhältnis U1/U2 um einen konstanten Wert K verschoben werden, der oberhalb des negativen Mindestwerts der zweiten Spannung U2 oder unterhalb des negativen Höchstwerts der zweiten Spannung U2 liegt. Im ersten Fall wird das Verhältnis U1/U2 nach oben in einen Bereich verschoben, in dem alle Werte der zweiten Spannung U2 positiv sind und kein Wert Null ist. Im zweiten Fall wird das Verhältnis U1/U2 nach unten in einen Bereich verschoben, in dem alle Werte der zweiten Spannung U2 negativ sind und kein Wert Null ist.
• Entsprechend umfasst das Verfahren zum Erfassen einer magnetischen Nullposition der Membran die Schritte
1. a) Messen einer Spannung U1 an der ersten Spule und einer zweiten Spannung U2 an der zweiten Spule,
2. b) Berechnen eines Verhältnisses (U1+K)/(U2+K) zwischen der ersten Spannung U1 zuzüglich eines konstanten Werts K und der zweiten Spannung U2 zuzüglich des konstanten Werts K, wobei der konstante Wert K oberhalb des negativen Mindestwerts der zweiten Spannung U2 oder unterhalb des negativen Höchstwerts der zweiten Spannung U2 liegt, und
3. c) Bestimmen der magnetischen Nullposition der Membran durch Erfassen eines Zustands, in dem
   • - das vorstehend genannte Verhältnis (U1+K)/(U2+K) gleich 1 ist und
   • - ein Gradient d(U1+K)/d(U2+K) bzw. dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
• Es ist vorteilhaft, wenn in dem Zustand in Schritt c) zusätzlich die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule und/oder die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule positiv ist. Es hat sich gezeigt, dass dann die berechnete magnetische Nullposition am besten mit der tatsächlichen magnetischen Nullposition der Membran übereinstimmt. Nichtsdestotrotz ist es ebenfalls günstig, wenn in dem Zustand in Schritt c) die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule und/oder die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule negativ ist.
• Allgemein kann die in Schritt c) bestimmte magnetische Nullposition für einen Algorithmus zum Berechnen der Position x der Membran verwendet werden, konkret zum Initialisieren und/oder Zurücksetzen der Berechnung.
• Die offenbarten Maßnahmen, d.h. das Abweichungsausgleichverfahren und/oder das Nullerfassungsverfahren, sind im Zusammenhang mit Verfahren oder Systemen zum Berechnen einer Position der Membran des Wandlers von besonderem Vorteil. Beispielsweise umfasst ein Verfahren zum Berechnen der Auslenkung x einer Membran eines elektrodynamischen Akustikwandlers, insbesondere eines Lautsprechers, die Schritte
• d) Berechnen einer Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage einer Eingangsspannung U_in und eines Eingangsstroms I_in an einer Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors BL(0) des Wandlers in einer (mittels des Abweichungsausgleichverfahrens erhaltenen) Ruheposition der Membran oder in der in Schritt c) (mittels des Verfahrens zur Nullpositionserfassung) erhaltenen magnetischen Nullposition der Membran,
• e) Berechnen einer Position x der Membran durch Integrieren der Geschwindigkeit v,
• f) Berechnen der Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage der Eingangsspannung U_in und des Eingangsstroms I_in an der Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x) des Wandlers an der in Schritt e) berechneten Position x der Membran und
• g) rekursives Wiederholen der Schritte e) und f).
• In diesem Zusammenhang wird auch ein/e Berechnungsmodul/-schaltung vorgestellt, das/die dafür ausgelegt ist, mit der Spulenanordnung des elektrodynamischen Akustikwandlers verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung zwei Schwingspulen umfasst und wobei das/die Positionsberechnungsmodul/-schaltung dafür ausgelegt ist,
• d) eine Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage einer Eingangsspannung U_in und eines Eingangsstroms I_in an einer Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors BL(0) des Wandlers in einer Ruheposition oder einer magnetischen Nullposition der Membran zu berechnen,
• e) durch Integrieren der Geschwindigkeit v eine Position x der Membran zu berechnen,
• f) die Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage der Eingangsspannung U_in und des Eingangsstroms I_in an der Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x) des Wandlers an der in Schritt e) berechneten Position x der Membran zu berechnen und
• g) die Schritte e) und f) rekursiv zu wiederholen.
• Ein (vollständiges) Verfahren zum Bestimmen der Auslenkung x der Membran unter Anwendung des Verfahrens zur Nullpositionserfassung kann die folgenden Schritte umfassen:
• a) Messen einer Spannung U1 an der ersten Spule und einer zweiten Spannung U2 an der zweiten Spule,
• b) Berechnen eines Verhältnisses U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 und
• d) Berechnen einer Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage einer Eingangsspannung U_in und eines Eingangsstroms I_in an einer Spule des Wandlers und auf Grundlage eines statischen Kraftfaktors BL(0) des Wandlers oder Abrufen dieser Geschwindigkeit v aus einem Speicher, wenn das vorstehende Verhältnis U1/U2 gleich 1 ist und ein Gradient dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist,
• e) Berechnen einer Position x der Membran durch Integrieren der Geschwindigkeit v,
• f) Berechnen der Geschwindigkeit v der Membran auf Grundlage der Eingangsspannung U_in und des Eingangsstroms I_in an der Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x) des Wandlers an der in Schritt e) berechneten Position x der Membran und
• g) rekursives Wiederholen der Schritte a) bis f).
• In Schritt d) kann die Geschwindigkeit v für x=0 immer dann berechnet werden, wenn die magnetische Nullposition erfasst wird. Sie kann auch einmalig berechnet und in einem Speicher gespeichert werden. Von dort kann sie immer dann abgerufen werden, wenn die magnetische Nullposition erfasst wird.
• Durch die vorstehend vorgestellten Maßnahmen kann die Position x der Membran bestimmt werden, ohne dass hierfür zusätzliche Mittel im Wandler notwendig wären. Stattdessen wird lediglich die Spule benötigt, die ohnehin Teil eines elektrodynamischen Akustikwandlers ist. Durch Anlegen der Regelspannung wie vorstehend beschrieben beginnt das Integrieren der Membrangeschwindigkeit an der vorgesehenen Ruheposition der Membran. Daher kann die Membranposition x mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Alternativ kann das Integrieren an einer erfassten Nullposition beginnen, was ebenfalls ein Berechnen der Membranposition x mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Ist die Position der Membran bekannt, kann eine Nichtlinearität des Kraftfaktors BL(x) ausgeglichen werden, wodurch Verzerrungen des durch den elektrodynamischen Akustikwandler ausgegebenen Tons noch weiter verringert werden. Mit anderen Worten stimmen vom Wandler ausgehende Schallwellen nahezu perfekt mit dem an den Wandler angelegten elektrischen Tonsignal überein. Alternativ oder zusätzlich kann der Pegel des elektrischen Tonsignals begrenzt werden oder dieser kann bei hohen Membranauslenkungen x unterbrochen werden, um eine Beschädigung des Wandlers zu vermeiden.
• Es ist zu beachten, dass die Membranposition x=0 mit der Ruheposition und/oder der magnetischen Nullposition zusammenfallen kann, je nachdem, auf welchem Verfahren die Berechnung der Membranauslenkung x basiert. Falls das Positionsberechnungsverfahren auf dem Abweichungsausgleichverfahren basiert, fällt die Position x=0 mit der gewünschten oder erhaltenen Ruheposition zusammen. Falls das Positionsberechnungsverfahren auf dem Nullerfassungsverfahren basiert, fällt die Position x=0 mit der erfassten Nullposition zusammen. In besonderen Fällen fällt die Ruheposition mit der magnetischen Nullposition zusammen. In diesen Fällen fällt die Position x=0 sowohl mit der gewünschten oder erhaltenen Ruheposition als auch der erfassten Nullposition zusammen.
• In einer weiteren günstigen Ausführungsform betreffen die Geschwindigkeit v, die Eingangsspannung U_in, der Eingangsstrom I_in, der Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0), der Kraftfaktor BL(x) und die Position x den gleichen Zeitpunkt t. Auf diese Weise kann die Position x der Membran zu einem bestimmten Zeitpunkt durch rekursives Wiederholen der Schritte e) und f) iterativ berechnet werden, bis eine gewünschte Genauigkeit erhalten wird. Beispielsweise kann für eine Bestimmung der erhaltenen Genauigkeit eine Abweichung von in jeweils in aufeinanderfolgenden Schritten f) erfolgten aufeinanderfolgenden Wiederholungen berechneten Positionen x berechnet werden.
• In einer weiteren günstigen Variante des vorgestellten Verfahrens betreffen die Geschwindigkeit v, die Eingangsspannung U_in, der Eingangsstrom I_in, der Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0), der Kraftfaktor BL(x) und die Position x unterschiedliche Zeitpunkte t. Auf diese Weise handelt es sich bei der Bestimmung der Position x der sich bewegenden Membran um einen fortlaufenden Prozess. Insbesondere umfasst das Verfahren die Schritte
• d) Berechnen einer Geschwindigkeit v(t) der Membran auf Grundlage einer Eingangsspannung U_in(t) und eines Eingangsstroms I_in(t) an einer Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors BL(0) des Wandlers in einer (mittels des Abweichungsausgleichverfahrens erhaltenen) Ruheposition der Membran oder in der in Schritt c) (mittels des Verfahrens zur Erfassung der magnetischen Nullposition) erhaltenen magnetischen Nullposition der Membran,
• e) Berechnen einer Position x(t) der Membran durch Integrieren der Geschwindigkeit v(t),
• f) Berechnen der Geschwindigkeit v(t+1) der Membran auf Grundlage der Eingangsspannung U_in(t+1) und des Eingangsstroms I_in(t+1) an der Spule des Wandlers und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x(t)) des Wandlers an der in Schritt e) berechneten Position x(t) der Membran und
• g) rekursives Wiederholen der Schritte e) und f), wobei t zu t+1 wird.
• Das Verfahren beinhaltet eine Phasenverschiebung und einen Fehler in der berechneten Membranposition x mit Blick auf die tatsächliche Membranposition.
• Jedoch können diese Phasenverschiebung und dieser Fehler geringgehalten werden, falls die Berechnungen in Beziehung zur Bewegungsgeschwindigkeit der Membran schnell sind. Allgemein sind die Phasenverschiebung und der Fehler umso geringer, je geringer die Frequenz der Membran ist und je höher eine Taktfrequenz einer Berechnungseinrichtung (z.B. des/r elektronischen Positionsberechnungsmoduls/-schaltung) ist.
• Günstigerweise wird die Position x der Membran durch die Formel $$\text{x}\left(\text{t}\right)=\text{x}\left(\text{t-1}\right)+\text{v}\left(\text{t}\right)\cdot \mathrm{\Delta }\text{t}$$

  

  berechnet, was eine numerische Darstellung von $$\text{x}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \int \text{v}\left(\text{t}\right)\cdot \text{dt}}$$

  

  ist.
• Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit v der Membran in Schritt d) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{ln}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL}\left(\text{0}\right)$$

  

  oder in Schritt f) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

  

  berechnet wird.
• Auf diese Weise basiert die Berechnung auf der elektromotorischen Kraft U_emf einer Spule, die leicht durch $${\text{U}}_{\text{emf}}={\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  berechnet werden kann, wobei Zc der Spulenwiderstand ist (für eine weniger komplizierte Berechnung kann Rc anstelle von Zc verwendet werden).
• In einer alternativen Variante des vorgestellten Verfahrens wird die Geschwindigkeit v der Membran in Schritt f) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)\cdot \text{BL}\left(\text{0}\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

  

  berechnet, wobei $$\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(0\right)$$

  
• Hier wird in einem ersten Schritt eine grobe Annäherung der Geschwindigkeit v∼ der Membran mit dem Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0) in der Ruheposition oder Nullposition der Membran berechnet, welche dann um einen Faktor korrigiert wird, der die Beziehung zwischen BL(0) und BL(x) angibt.
• Günstigerweise wird die Geschwindigkeit v der Membran unter Verwendung
• - der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule oder
• - der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule oder
• - der Summe aus der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule berechnet.
• Je nachdem, welcher Spulenwiderstand und welcher Kraftfaktor bekannt ist, kann die Geschwindigkeit v der Membran unter Verwendung einer oder mehrerer der folgenden Formeln berechnet werden: $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL1}$$

  

  $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL2}$$

  

  $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)+{\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-\left({\text{Z}}_{\text{C1}}+{\text{Z}}_{\text{C2}}\right)\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL12}$$

  

  wobei BL12 der Kraftfaktor der gesamten Spulenanordnung ist.
• Die vorgeschlagenen Verfahren und Module/Schaltungen gelten insbesondere für Mikrolautsprecher, deren Membranfläche kleiner als 300 mm² ist. Solche Mikrolautsprecher werden in allen Arten von Mobileinrichtungen wie beispielsweise Mobiltelefonen, mobilen Musikeinrichtungen und/oder in Kopfhörern verwendet.
• Allgemein kann der Verstärker für den Wandler Teil einer elektronischen Treiberschaltung sein. Diese elektronische Treiberschaltung kann zusätzlich ein oder mehrere Elemente der folgenden Gruppe umfassen: elektronisches Abweichungsberechnungsmodul, elektronisches Positionsberechnungsmodul, elektronisches Nullpunkterfassungsmodul. In dieser Offenbarung ist mit einem „Modul“ im vorstehend genannten Zusammenhang ein Teil der elektronischen Treiberschaltung gemeint. Auch wenn die vorstehend genannten Module günstigerweise in der elektronischen Treiberschaltung vorliegen, können eine oder mehrere der durch die Module ausgeführten Funktionen durch eine Schaltung außerhalb der elektronischen Treiberschaltung vorgenommen werden. Das bedeutet, dass eines oder mehrere der Gruppe aus elektronischer Abweichungsberechnungsschaltung, elektronischer Positionsberechnungsschaltung, elektronischer Nullerfassungsschaltung außerhalb der elektronischen Treiberschaltung vorhanden sein können. Entsprechend liegt eine „Schaltung“, die eine der vorstehend genannten Funktionen ausführt, außerhalb der elektronischen Treiberschaltung. Nichtsdestotrotz können eine elektronische Abweichungsberechnungsschaltung, eine elektronische Positionsberechnungsschaltung und eine elektronische Nullerfassungsschaltung Teil eines Wandlersystems sein. Hierbei ist zu beachten, dass der Verbindungspunkt zwischen zwei Schwingspulen mit (lediglich) einem Eingang einer elektronischen Treiberschaltung oder einem Eingang einer weiteren elektronischen Schaltung, konkret einer elektronischen Abweichungsberechnungsschaltung, einer elektronischen Positionsberechnungsschaltung und/oder einer elektronischen Nullerfassungsschaltung verbunden sein kann.
• Des Weiteren ist hierbei zu beachten, dass die verschiedenen Ausführungsformen für das Verfahren und die mit diesen verbundenen Vorteile ebenso für die offenbarten elektronischen Schaltungen und das Wandlersystem gelten und umgekehrt.
• Figurenliste
• Diese und weitere Aspekte, Merkmale, Einzelheiten, Anwendbarkeiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den sich anschließenden Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen noch besser ersichtlich, wobei die Zeichnungen Merkmale gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen und wobei
• 1 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Wandlers zeigt;
• 2 ein vereinfachtes Schaltbild des in 1 gezeigten Wandlers 1 zeigt;
• 3 einen beispielhaften Graphen des Verhältnisses U1/U2, des Gradienten dU1/dU2 des Verhältnisses und der elektromotorischen Kraft Uemf zeigt;
• 4 beispielhafte Graphen der Kraftfaktoren der ersten und zweiten Spule des in 1 gezeigten Wandlers zeigt und
• 5 eine ausführlichere Ausführungsform eines Wandlersystems zeigt.
• Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den verschiedenen Ansichten auf äquivalente Teile.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Vorliegend werden verschiedene Ausführungsformen bezüglich verschiedener Vorrichtungen beschrieben. Es werden zahlreiche konkrete Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der Gesamtstruktur, Funktion, Herstellung und Verwendung der in der Spezifikation beschriebenen und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen zu ermöglichen. Ein Fachmann versteht jedoch, dass die Ausführungsformen auch ohne solche konkreten Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Arbeitsschritte, Komponenten und Elemente nicht im Einzelnen beschrieben, um die in der Spezifikation beschriebenen Ausführungsformen klarer darzustellen. Der Fachmann versteht, dass es sich bei den vorliegend beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen um nicht einschränkende Beispiele handelt, und somit versteht es sich, dass die vorliegend offenbarten konkreten konstruktiven und funktionellen Einzelheiten repräsentativ sein können und nicht unbedingt den Umfang der Ausführungsformen einschränken, deren Umfang ausschließlich durch die sich anschließenden Ansprüche definiert wird.
• Wenn in der Spezifikation Bezug genommen wird auf „verschiedene Ausführungsformen“, „einige Ausführungsformen“, „eine Ausführungsform“ oder „(irgend)eine Ausführungsform“ oder dergleichen, so bedeutet dies, dass ein in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebenes bestimmtes Merkmal oder eine Struktur oder Eigenschaft in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Die an verschiedenen Stellen der Spezifikation verwendeten Formulierungen „in verschiedenen Ausführungsformen“, „in einigen Ausführungsformen“, „in einer Ausführungsform“ oder „in (irgend)einer Ausführungsform“ oder dergleichen beziehen sich somit nicht unbedingt alle auf die gleiche Ausführungsform. Des Weiteren können die einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen in jedweder geeigneten Weise kombiniert werden. Somit können die in Verbindung mit einer Ausführungsform veranschaulichten oder beschriebenen einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in unbegrenztem Umfang ganz oder teilweise mit den Merkmalen, Strukturen oder Eigenschaften einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen kombiniert werden, soweit eine solche Kombination nicht unlogisch oder funktionslos ist.
• Es ist zu beachten, dass die Singularformen „ein/e“ und „der/die/das“ den Plural miteinschließen, sofern nicht der Inhalt klar etwas anderes festlegt.
• Die Bezeichnungen „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und dergleichen werden, soweit vorhanden, in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, um zwischen ähnlichen Elementen zu unterscheiden, und nicht unbedingt, um eine bestimmte sequenzielle oder chronologische Reihenfolge zu beschreiben. Es wird darauf hingewiesen, dass die so verwendeten Bezeichnungen unter entsprechenden Umständen austauschbar sind, derart, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise in anderen Abfolgen als den vorliegend veranschaulichten oder anderweitig beschriebenen durchführbar sind. Des Weiteren sollen die Bezeichnungen „einschließen/enthalten“, „aufweisen/haben“ und jegliche Abwandlungen aus diesen eine nichtausschließliche Einbeziehung abdecken, derart, dass ein Prozess, Verfahren, Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste an Elementen umfasst, nicht unbedingt auf diese Elemente begrenzt ist, sondern weitere Elemente enthalten kann, die nicht explizit aufgeführt oder dem Prozess, Verfahren, Gegenstand oder der Vorrichtung inhärent sind.
• Sämtliche Richtungsangaben (z.B. „plus/zuzüglich“, minus/abzüglich“, „obere/r/s“, „untere/r/s“, „aufwärts“, „abwärts“, „links“, „rechts“, „nach links“, „nach rechts“, „vorne bzw. vordere/r/s“, „hinten bzw. hintere/r/s“, „Oberseite bzw. oberseitig“, „Boden bzw. bodenseitig“, „über“, „unter“, „oberhalb“, „unterhalb“, „vertikal“, „horizontal“, „im Uhrzeigersinn“, „gegen den Uhrzeigersinn“) werden lediglich zu Identifizierungszwecken verwendet, um dem Leser das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, stellen aber keine Einschränkungen dar, insbesondere hinsichtlich der Position, Ausrichtung oder Verwendung irgendeines Aspekts der Offenbarung. Es wird darauf hingewiesen, dass die so gebrauchten Bezeichnungen unter entsprechenden Umständen austauschbar sind, derart, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise in anderen Ausrichtungen als den vorliegend veranschaulichten oder anderweitig beschriebenen durchgeführt werden können.
• Die Formulierungen „dafür konfiguriert, um“, „konfiguriert für/zum“ und ähnliche Formulierungen wie vorliegend verwendet zeigen an, dass die betreffende Einrichtung, Vorrichtung oder das System dafür ausgelegt und/oder konstruiert ist (z.B. durch geeignete Hardware, Software und/oder Komponenten), einen oder mehrere konkrete Zwecke zu erfüllen, nicht jedoch, dass die betreffende Einrichtung, Vorrichtung oder das System nur zum Erfüllen dieses Zwecks in der Lage ist.
• Bezugnahmen auf Verbindungen (z.B. „angebracht“, „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen) sind breit auszulegen und können Zwischenelemente zwischen einer Verbindung von Elementen sowie Relativbewegung zwischen Elementen einschließen. Somit lässt sich aus Bezugnahmen auf Verbindungen nicht unbedingt ableiten, dass zwei Elemente unmittelbar miteinander verbunden und in fixierter Beziehung zueinander sind. Sämtliche in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen oder in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Inhalte sollen als lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend ausgelegt werden. Es können Änderungen an Einzelheiten oder der Struktur vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung wie in den sich anschließenden Ansprüchen definiert abzuweichen.
• Sämtliche in der Spezifikation und den Ansprüchen verwendeten Zahlenangaben zur Angabe von Messungen und so weiter sind grundsätzlich als mit der Bezeichnung „etwa“ oder „im Wesentlichen“ versehen zu verstehen, womit insbesondere eine Abweichung um ± 10 % von einem Bezugswert gemeint ist.
• 1 zeigt ein Beispiel eines elektrodynamischen Akustikwandlers 1, der als Lautsprecher ausgeführt sein kann, in Querschnittsansicht. Der Wandler 1 umfasst ein Gehäuse 2 und eine Membran 3 mit einem Biegeteil 4 und einem Mittelteil 5, der in diesem Beispiel durch eine Platte versteift ist. Des Weiteren umfasst der Wandler 1 eine an der Membran 3 angebrachte Spulenanordnung 6. Die Spulenanordnung 6 umfasst eine erste Spule 7 und eine zweite Spule 8. Die erste Spule 7 ist oben auf der zweiten Spule 8 angeordnet und in diesem Beispiel konzentrisch mit der zweiten Spule 8. Des Weiteren umfasst der Wandler 1 ein Magnetsystem mit einem Magnet 9, einer Topfplatte 10 und einer oberen Platte 11. Das Magnetsystem erzeugt ein Magnetfeld B quer zu einer Längsrichtung eines gewickelten Drahts der Spulenanordnung 6.
• Zusätzlich umfasst der elektrodynamische Akustikwandler 1 drei Verbindungsabgriffe/-anschlüsse T1..T3, die elektrisch mit den Spulen 7, 8 verbunden sind und mit einer elektronischen Treiberschaltung 12 verbunden sind. Bei den Anschlüssen T2 und T3 handelt es sich um äußere Anschlüsse, während es sich beim Anschluss T1 um einen die Spulen 7, 8 verbindenden Verbindungsanschluss handelt. Der elektrodynamische Akustikwandler 1 und die elektronische Treiberschaltung 12 bilden ein Wandlersystem.
• Die Auslenkung der Membran 3 ist in dem in 1 gezeigten Beispiel mit „x“, ihre Geschwindigkeit mit „v“ bezeichnet. Bekanntlich bewirkt ein Strom durch die Spulenanordnung 6 eine Bewegung der Membran 3 und somit einen Ton, der vom Wandler 1 ausgeht.
• 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des in 1 gezeigten Wandlers 1. Konkret zeigt 2 eine Spannungsquelle, welche die Spannung U_In erzeugt, die in eine Reihenschaltung aus einer ersten Induktivität L1, die durch die erste Schwingspule 7 gebildet wird, und einer zweiten Induktivität L2, die durch die zweite Schwingspule 8 gebildet wird, eingespeist wird.
• Ein Verfahren zum Bestimmen der magnetischen Nullposition MP der Membran 3 umfasst die Schritte
1. a) Messen einer Spannung U1 an der ersten Spule 7 und einer zweiten Spannung U2 an der zweiten Spule 8,
2. b) Berechnen eines Verhältnisses U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 und
3. c) Bestimmen der magnetischen Nullposition der Membran 3 durch Erfassen eines Zustands, in dem
   • - das vorstehend genannte Verhältnis U1/U2 gleich 1 ist und
   • - ein Gradient dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
• In diesem Zusammenhang zeigt 3 einen beispielhaften Graphen des Verhältnisses U1/U2 und des Gradienten dU1/dU2 eines Wandlers 1. Der Graph des Verhältnisses U1/U2 schwingt mit der doppelten Frequenz der Membran 3 und nimmt während einer Schwingungsperiode viermal den Wert 1 an. Zwei Punkte bezeichnen „tatsächliche“ magnetische Nullpositionen der Membran 3, nämlich die Punkte MP1 und MP2, wo der Gradient dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist. Entsprechend kann die magnetische Nullposition MP der Membran 3 wie in Schritt c) definiert bestimmt werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Graph für den Gradienten dU1/dU2 um 1 nach oben verschoben ist, um ein zusammengefasstes Bild von der Situation zu erhalten.
• Es hat sich gezeigt, dass die berechnete Nullposition MP1 am besten mit der tatsächlichen magnetischen Nullposition der Membran 3 übereinstimmt. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn in dem Zustand in Schritt c) zusätzlich die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und/oder die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 positiv ist. Dieser Zustand ist in 3 mit dem Punkt MP1 bezeichnet. Hierbei ist zu beachten, dass auch der Graph für die elektromotorische Kraft Uemf um 1 nach oben verschoben ist, um ein zusammengefasstes Bild der Situation zu erhalten.
• Obwohl die berechnete magnetische Nullposition MP1 am besten mit der tatsächlichen magnetischen Nullposition der Membran 3 übereinstimmt, kann in dem Zustand des Schritts c) die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und/oder die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 auch negativ sein. Dieser Zustand ist in 3 durch den Punkt MP2 bezeichnet.
• Um beim Berechnen des Verhältnisses U1/U2 zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 eine Teilung durch Null zu vermeiden, kann der Graph des Verhältnisses U1/U2 um einen konstanten Wert K verschoben werden, der oberhalb des negativen Mindestwerts der zweiten Spannung U2 oder unterhalb des negativen Höchstwerts der zweiten Spannung U2 liegt. Im ersten Fall wird der Graph nach oben in einen Bereich verschoben, in dem alle Werte der zweiten Spannung U2 positiv sind und kein Wert Null ist. Im zweiten Fall wird der Graph nach unten in einen Bereich verschoben, in dem alle Werte der zweiten Spannung U2 negativ sind und kein Wert Null ist.
• Entsprechend umfasst das Verfahren zum Erfassen einer magnetischen Nullposition MP der Membran 3 die Schritte
1. a) Messen einer Spannung U1 an der ersten Spule 7 und einer zweiten Spannung U2 an der zweiten Spule 8,
2. b) Berechnen eines Verhältnisses (U1+K)/(U2+K) zwischen der ersten Spannung U1 zuzüglich eines konstanten Werts K und der zweiten Spannung U2 zuzüglich des konstanten Werts K, wobei der konstante Wert K oberhalb des negativen Mindestwerts der zweiten Spannung U2 oder unterhalb des negativen Höchstwerts der zweiten Spannung U2 liegt, und
3. c) Bestimmen der magnetischen Nullposition MP1, MP2 der Membran 3 durch Erfassen eines Zustands, in dem
   • - das vorstehend genannte Verhältnis (U1+K)/(U2+K) gleich 1 ist und
   • - ein Gradient d(U1+K)/d(U2+K) bzw. dU1/dU2 des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
• Allgemein kann die in Schritt c) bestimmte magnetische Nullposition MP1, MP2 für einen Algorithmus zum Berechnen der Position x der Membran 3 verwendet werden, konkret zum Initialisieren und/oder Zurücksetzen der Berechnung.
• In diesem Zusammenhang zeigt 4 einen Graphen eines ersten Kraftfaktors BL1 der ersten Schwingspule 7 und einen Graphen eines zweiten Kraftfaktors BL2 der zweiten Schwingspule 8. Die Kraftfaktoren BL1 und BL2 können auf im Stand der Technik bekannte Weise gemessen werden. Insbesondere zeigt 4 auch die magnetische Nullposition MP der Membran 3 und ihre gewünschte Ruheposition IP, die sich in diesem Beispiel von der magnetischen Nullposition MP unterscheidet.
• Ein Verfahren zum Berechnen der Auslenkung x der Membran 3 stellt sich nun wie folgt dar:
• In einem ersten Schritt d) wird eine Geschwindigkeit v der Membran 3 auf Grundlage einer Eingangsspannung U_in und eines Eingangsstroms I_in an den Spulen 7, 8 des Wandlers 1 und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors BL1(0), BL2(0) des Wandlers 1 in einer magnetischen Nullposition MP1, MP2 bzw. in einer Ruheposition IP (wobei x=0 ist oder als 0 angenommen wird) der Membran 3 berechnet.
• Die Geschwindigkeit v der Membran 3 kann durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL}\left(0\right)$$

  

  berechnet werden, wobei Zc der Spulenwiderstand ist.
• Allgemein kann die Geschwindigkeit v der Membran 3 unter Verwendung
• - der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule 7 oder
• - der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 oder
• - der Summe aus der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 berechnet werden.
• In einem ersten Beispiel wird die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule 7 als Grundlage für die Berechnung verwendet. Die elektromotorische Kraft U_emf1 wird berechnet wie folgt: $${\text{U}}_{\text{emf1}}={\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  
• Entsprechend ist die Geschwindigkeit $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL1}\left(0\right)$$

  
• In einem zweiten Schritt e) wird die Position x der Membran 3 durch Integrieren dieser Geschwindigkeit v berechnet. Dies entweder durch $$\text{x}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \int \text{v}\left(\text{t}\right)\cdot \text{dt}}$$

  

  oder durch $$\text{x}\left(\text{t}\right)=\text{x}\left(\text{t-1}\right)+\text{v}\left(\text{t}\right)\cdot \mathrm{\Delta }\text{t}$$

  
• In einem nächsten Schritt f) wird die Geschwindigkeit v der Membran 3 auf Grundlage der Eingangsspannung U_in und des Eingangsstroms I_in an der Spule 7 des Wandlers 1 und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x) des Wandlers 1 an der in Schritt e) berechneten Position x der Membran 3 berechnet. In diesem Beispiel wird die Geschwindigkeit v durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL1}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

  

  berechnet.
• Die Schritte e) und f) werden rekursiv wiederholt, bis eine gewünschte Genauigkeit erhalten wird.
• Im vorstehend genannten Beispiel betreffen die Geschwindigkeit v, die Eingangsspannung U_in , der Eingangsstrom I_in , der Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0), der Kraftfaktor BL(x) und die Position x den gleichen Zeitpunkt t. Das bedeutet, dass eine Abtastung der Eingangsspannung U_in und des Eingangsstroms I_in einmalig erfolgt und die Position x in mehreren Wiederholungen berechnet wird.
• Jedoch können die Geschwindigkeit v, die Eingangsspannung U_in , der Eingangsstrom I_in , der Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0), der Kraftfaktor BL(x) und die Position x auch unterschiedliche Zeitpunkte t betreffen. In diesem Fall sind die Schritte f) und g) verändert. In Schritt f) wird die Geschwindigkeit v(t+1) der Membran 3 auf Grundlage der Eingangsspannung U_in(t+1) und des Eingangsstroms I_in(t+1) an der Spule 7 des Wandlers 1 und auf Grundlage eines Kraftfaktors BL(x(t)) des Wandlers 1 an der Position x(t) der Membran 3 berechnet. Im vorliegenden Beispiel unter Verwendung der ersten Spule 7 bedeutet dies $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

  
• Entsprechend werden die Schritte e) und f) rekursiv wiederholt, wobei t zu t+1 wird. Auf diese Weise ist die Berechnung der Position x ein fortlaufender Prozess, dessen Genauigkeit im Grunde davon abhängt, wie schnell die Berechnung in Beziehung zur Geschwindigkeit v der Membran 3 ist. In einfachen Worten bedeutet dies, dass die Berechnung der Position x um so genauer ist, je niedriger die Frequenz des die Membran 3 antreibenden Signals ist.
• Alternativ zu den vorstehend vorgestellten Verfahren kann die Berechnung der Geschwindigkeit v der Membran 3 in einem ersten Schritt mit dem Ruhepositions-Kraftfaktor BL(0) in der magnetischen Nullposition MP1, MP2 beziehungsweise in der Ruheposition IP der Membran 3 vorgenommen werden, welche dann um einen Faktor korrigiert wird, der die Beziehung zwischen BL(0) und BL(x) angibt. Entsprechend kann die Geschwindigkeit v der Membran 3 in Schritt f) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)\cdot \text{BL}\left(0\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

  

  berechnet werden, wobei $$\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(\text{0}\right)$$

  
• v~ ist hierbei eine grobe Annäherung der Geschwindigkeit der Membran 3, berechnet unter Verwendung des Ruhepositions-Kraftfaktors BL(0) in der magnetischen Nullposition MP1, MP2 beziehungsweise in der Ruheposition IP der Membran 3. Diese Geschwindigkeit wird dann unter Verwendung des Faktors BL(0)/BL(x(t)) korrigiert.
• In praktischen Anwendungen fällt die Ruheposition IP der Membran 3 (x=0) häufig nicht mit dem Punkt zusammen, in dem die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 gleich der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 ist, d.h. der magnetischen Nullposition MP. Dies führt zu einer Abweichung der berechneten Position x der Membran 3 von der tatsächlichen Position der Membran 3.
• Mit anderen Worten liegt der Konjunktionsbereich zwischen der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8 nicht in der gleichen Ebene wie die obere Platte 11. Diese Abweichung kann durch eine bestimmte Konstruktionsweise und/oder durch Toleranzen während der Herstellung verursacht sein.
• Um diese Abweichung zu vermeiden oder zu verringern, kann eine Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen 7, 8 angelegt und verändert werden, bis die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen und bis die Spulenanordnung eine gewünschte Ruheposition IP erreicht. Die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 können durch die Formeln $${\text{U}}_{\text{emf1}}={\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  $${\text{U}}_{\text{emf2}}={\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

  

  berechnet werden.
• Allgemein kann es sich bei dieser Beziehung um ein bestimmtes Verhältnis oder eine Differenz zwischen diesen Werten handeln. Insbesondere kann es sich bei der gewünschten Ruheposition IP um die magnetische Nullposition MP handeln, in der die Ruheposition IP der Membran (x=0) mit dem Punkt zusammenfällt, in dem die elektromotorische Kraft U_emf1der ersten Spule gleich der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule ist. In diesem bestimmten Punkt ist ein Verhältnis zwischen diesen Werten im Wesentlichen 1 bzw. eine Differenz zwischen diesen Werten im Wesentlichen 0.
• Das Anlegen der Regelspannung kann auch auf einem aus der elektromotorischen Kraft U_emf1 , U_emf2 abgeleiteten Parameter basieren. Günstigerweise handelt es sich bei diesem Parameter um einen Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf1 , U_emf2 , einen Quadratwert der elektromotorischen Kraft U_emf1 , U_emf2 oder einen Effektivwert der elektromotorischen Kraft U_emf1 , U_emf2 .
• Entsprechend kann die Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen 7, 8 angelegt und verändert werden, bis ein Quadratwert (Effektivwert) der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und ein Quadratwert (Effektivwert) der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Alternativ kann die Regelspannung an mindestens eine der Schwingspulen 7, 8 angelegt und verändert werden, bis ein Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf1der ersten Spule 7 und ein Absolutwert der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen. Es ist zu beachten, dass das Abweichungsausgleichverfahren auch auf einer Beziehung anderer aus den elektromotorischen Kräften U_emf1 , U_emf2 abgeleiteter Parameter basieren kann.
• Insbesondere werden in einem ersten Schritt die elektromotorischen Kräfte U_emf1und U_emf2 / aus diesen abgeleitete Parameter im gesamten Audioband bestimmt, in einem zweiten Schritt die Energie der elektromotorischen Kräfte U_emf1und U_emf2 bzw. eines Parameters davon bestimmt und das Ergebnis des zweiten Schritts durch ein erstes Filter, das Teil eines/r Abweichungsberechnungsmoduls/-schaltung sein kann, Tiefpass-gefiltert. Schließlich werden die im dritten Schritt erhaltenen Signale zum Anlegen der Regelspannung U_CTRL verwendet. Beispielsweise beträgt die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters für einen Mikrolautsprecher 50 Hz und für andere Lautsprecher 10 Hz. Bevorzugt beträgt die Grenzfrequenz für einen Mikrolautsprecher 20 Hz und für andere Lautsprecher 5 Hz. Eine Frequenz einer Wechselkomponente der Regelspannung U_CTRL ist somit im Vergleich zu den Frequenzen des durch den Wandler 1 ausgegebenen Tons niedrig. Allgemein kann die Regelspannung U_CTRL eine konstante Komponente und eine Wechselkomponente umfassen. In besonderen Fällen kann es sich bei der Regelspannung U_CTRL auch um eine reine Gleichspannung handeln. Die Regelspannung wird an mindestens eine der Schwingspulen 7, 8 angelegt und verändert, bis die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 / ein aus dieser abgeleiteter Parameter unterhalb der vorstehend genannten Frequenzen im Wesentlichen gleich der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 / dem aus dieser abgeleiteten Parameter ist.
• Die vorstehend erwähnten Filterstrukturen veranschaulichen das Trägheitsverhalten des Regelkreises. Eine Umsetzung des Regelkreises kann auf dem aktuellen Stand der Regelkreistheorie auf Grundlage von PID-Reglern („Proportional Integral Derivative“-Reglern) beliebiger Ordnung basieren.
• In den vorstehend vorgestellten Beispielen wurde zum Bestimmen einer Auslenkung x der Membran 3 die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 verwendet. Jedoch kann in gleicher Weise die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 bzw. daher auch die Summe aus der elektromotorischen Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 verwendet werden. In diesem Falle kann für die Berechnung der Geschwindigkeit v der Membran 3 $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL2}$$

  

  oder $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)+{\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-\left({\text{Z}}_{\text{C2}}+{\text{Z}}_{\text{C2}}\right)\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)\text{/BL12}$$

  

  verwendet werden, wobei BL12 der Kraftfaktor der vollständigen Spulenanordnung 6 ist.
• Die vorstehend beschriebenen Berechnungen sowie das Anlegen einer Regelspannung U_CTRL an die Spulenanordnung 6 können allgemein durch die Treiberschaltung 12 erfolgen. Die Treiberschaltung 12 kann eine autonome Einrichtung sein oder sie kann in eine andere Einrichtung integriert sein.
• Das vorgestellte Verfahren zum Berechnen der Position x der Membran 3 kann verwendet werden, um Nichtlinearitäten des Wandlers 1 auszugleichen. Beispielsweise führt der nichtlineare Graph des Kraftfaktors BL (siehe 4) zu einer nichtlinearen Umwandlung der in die Spulenanordnung 6 eingespeisten elektrischen Signale in eine Bewegung der Membran 3. In Kenntnis der Position x der Membran 3 kann diese Nichtlinearität durch Verändern der elektrischen Signale ausgeglichen werden.
• 5 zeigt nun eine konkretere Ausführungsform eines Wandlersystems, insbesondere der mit der Spulenanordnung 6 - in 5 durch die Induktivitäten L1 und L2 gezeigt - verbundenen elektronischen Treiberschaltung 12. Die elektronische Treiberschaltung 12 umfasst ein Abweichungsberechnungsmodul 13, ein Positionsberechnungsmodul 14, ein Tonsignaländerungsmodul 15, eine Mischstufe 16 und einen Leistungsverstärker 17.
• Das Abweichungsberechnungsmodul 13 ist mit einer Strommesseinrichtung A sowie einer ersten Spannungsmesseinrichtung V1 und einer zweiten Spannungsmesseinrichtung V2 verbunden. Wie vorstehend beschrieben, können die elektromotorische Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 und die elektromotorische Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 auf Grundlage des Eingangsstroms lin(t) an der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8, der mit der Strommesseinrichtung A gemessen wird, der Eingangsspannung U_in1(t) an der ersten Spule 7, die mit der ersten Spannungsmesseinrichtung V1 gemessen wird, der Eingangsspannung U_in2(t) an der zweiten Spule 8, die mit der zweiten Spannungsmesseinrichtung V2 gemessen wird, und dem Spulenwiderstand Z_C1 der ersten Spule 7 und dem Spulenwiderstand Z_C2 der zweiten Spule 8 berechnet werden, die als aus einer getrennten Messung bekannt angenommen werden. Auf Grundlage dieser Informationen berechnet das Abweichungsberechnungsmodul 13 eine Regelspannung U_CTRL , die an die Spulen 7 und 8 angelegt wird.
• Das Abweichungsberechnungsmodul 13 kann insbesondere einen Delta-Sigma-Modulator umfassen, der den Abweichungsausgleich gemäß einer Delta-Sigma-Modulation vornimmt. In diesem Fall wird eine Abweichung von der Sollbeziehung zwischen der elektromotorischen Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 mit umgekehrtem Vorzeichen summiert und an die Spulenanordnung 6 angelegt, wodurch die vorstehende Abweichung ausgeglichen wird und somit eine Annäherung an die gewünschte Ruheposition IP erfolgt. Ein Delta-Sigma-Modulator kann auch als Integralregler betrachtet werden, und es können auch andere Integrationsregler im Abweichungsberechnungsmodul 13 verwendet werden. Das Anlegen der Regelspannung U_CTRL durch das Abweichungsberechnungsmodul 13 kann auch auf einem wie vorstehend offenbart aus der elektromotorischen Kraft U_emf1 , U_emf2 abgeleiteten Parameter basieren.
• Zusätzlich zu einem optionalen ersten Filter im Abweichungsberechnungsmodul 13 kann ein zweites Filter 18 dem Abweichungsberechnungsmodul 13 nachgelagert angeordnet sein. Das erste Filter vermeidet, dass das Abweichungsberechnungsmodul 13 den Tonausgang des Wandlers 1 beeinträchtigt. Das zweite Filter 18 verringert oder vermeidet Instabilität im Regelkreis.
• Wie vorstehend erläutert, kann auch die Position x unter Verwendung des Eingangsstroms lin(t) an der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8, der Eingangsspannung U_in1(t) an der ersten Spule 7, der Eingangsspannung U_in2(t) an der zweiten Spule 8 sowie des Kraftfaktors BL(x) des Wandlers 1 berechnet werden. Diese Aufgabe wird durch das Positionsberechnungsmodul 14 ausgeführt, das die Position x der Membran 3 berechnet und diese im vorliegenden Beispiel an das Tonsignaländerungsmodul 15 ausgibt. Das Tonsignaländerungsmodul 15 gleicht Nichtlinearität im Kraftfaktor BL(x) (siehe 4) auf Grundlage der Membranposition x aus. Konkret verändert das Tonsignaländerungsmodul 15 das eingespeiste Tonsignal U_Ton auf Grundlage der Membranposition x und des Kraftfaktors BL(x) und gibt ein verändertes Tonsignal U_Ton∼ aus, so dass vom Wandler 1 ausgehender Ton so genau wie möglich mit dem Tonsignal U_Ton übereinstimmt und Verzerrungen geringgehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Pegel des Tonsignals U_Ton begrenzt werden, oder er kann durch das Tonsignaländerungsmodul 15 bei hohen Membranauslenkungen x unterbrochen werden, um eine Beschädigung des Wandlers 1 zu vermeiden. Natürlich kann die Membranposition x auch für andere Arten der Regelung verwendet und an externe elektronische Schaltungen ausgegeben werden.
• Hierbei ist zu beachten, dass ein Verschieben der Ruheposition IP der Membran 3 nicht unbedingt die Positionsberechnung wie vorstehend vorgestellt beinhaltet. Ein Verschieben der Ruheposition IP der Membran 3 kann einfach auf einem Verändern der gewünschten Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft U_emf1 der ersten Spule 7 und der elektromotorischen Kraft U_emf2 der zweiten Spule 8 oder auf einem Verändern einer gewünschten Beziehung von aus den elektromotorischen Kräften U_emf1 , U_emf2 abgeleiteten Parametern basieren.
• Es ist ferner zu beachten, dass im in 5 gezeigten Beispiel sowohl das Positionsberechnungsmodul 14 als auch das Tonsignaländerungsmodul 15 Informationen über den Kraftfaktor BL(x) umfassen. Im Positionsberechnungsmodul 14 werden diese Informationen verwendet, um die Membranposition x zu berechnen, während im Tonsignaländerungsmodul 15 unter Verwendung des Kraftfaktors BL(x) das Tonsignal U_Ton verändert wird. Natürlich können beide Funktionen in ein einziges Modul integriert werden, und natürlich kann das Tonsignaländerungsmodul 15 auch weitere Informationen über den Wandler 1 bis hin zu einem vollständigen Modell umfassen, um beim Umwandeln des Tonsignals U_Ton in Ton Verzerrungen zu vermeiden.
• Im in 5 gezeigten Beispiel wird die Regelspannung U_CTRL durch die Mischstufe 16 mit dem veränderten Tonsignal U_Ton∼ gemischt. Schließlich wird das gemischte Signal durch den Leistungsverstärker 17 verstärkt und an den Wandler 1 angelegt. Aufgrund der Mischstufe 16 wird das veränderte Tonsignal U_Ton∼ während des Anlegens einer Regelspannung U_CTRL angelegt.
• Allgemein kann es sich beim Verstärker 17 um einen einpoligen Verstärker mit einem Tonausgang und einem Masseanschluss handeln. In diesem Fall ist ein äußerer Abgriff/Anschluss T2 der Spulenanordnung 6 / der in Reihe geschalteten Schwingspulen 7, 8 elektrisch mit dem Audioausgang des Verstärkers 17 verbunden, während der andere Abgriff/Anschluss T3 auf Masse gelegt ist. Jedoch kann es sich beim Verstärker 17 auch um einen zweipoligen Verstärker mit zwei zugeordneten Tonausgängen handeln. In diesem Fall ist ein äußerer Abgriff/Anschluss T2 der Spulenanordnung 6 / der in Reihe geschalteten Schwingspulen 7, 8 elektrisch mit einem ersten Audioausgang des Verstärkers 17 verbunden, während der andere Abgriff/Anschluss T3 mit dem anderen, zweiten Audioausgang verbunden ist. Allgemein kann der Verstärker 17 mehrere Verstärkerstufen aufweisen. In diesem Fall werden die Ausgänge der Zwischenstufen für die Belange dieser Offenbarung nicht als einen „Audioausgang“ aufweisend betrachtet. Beim „Audioausgang“ handelt es sich um den Ausgang der allerletzten Stufe, die schließlich mit dem Wandler 1 verbunden ist.
• Es ist zu beachten, dass die elektronische Treiberschaltung 12 zur Veranschaulichung lediglich die allgemeine Funktion unter Verwendung von Funktionsblöcken zeigt. Für eine praktische Umsetzung der offenbarten Funktionen können Änderungen der elektronischen Treiberschaltung 12 sowie ausführlichere Elektronik erforderlich sein. Funktionsblöcke stimmen nicht unbedingt mit physischen Blöcken in einer tatsächlichen Treiberschaltung 12 überein. Ein tatsächlicher physischer Block kann mehr als eine der in 5 gezeigten Funktionen enthalten. Darüber hinaus können bestimmte Funktionen der in 5 gezeigten Funktionen in einer tatsächlichen Treiberschaltung 12 auch weggelassen sein, und eine tatsächliche Treiberschaltung 12 kann auch mehr als die offenbarten Funktionen ausführen.
• Beispielsweise können das Positionsberechnungsmodul 14 und das Tonsignaländerungsmodul 15 weggelassen sein. In diesem Fall wird das Tonsignal U_Ton unverändert an den Wandler angelegt. In einem weiteren Beispiel ist lediglich das Tonsignaländerungsmodul 15 weggelassen. In diesem Fall kann das Positionsberechnungsmodul 14 die Position x an eine externe Tonsignaländerungsschaltung ausgeben (siehe gepunktete Linie in 5). Ein Fachmann versteht zudem ohne Weiteres, dass die Leistungsverstärkung und das Mischen mit lediglich einem Verstärker erfolgen können.
• In diesem Beispiel werden sowohl die Regelspannung U_CTRL als auch das veränderte Tonsignal U_Ton∼ an sowohl die erste Spule 7 als auch die zweite Spule 8 angelegt, d.h. an einen äußeren Abgriff/Anschluss T2 der Spulenanordnung 6. Auch wenn dies eine vorteilhafte Lösung darstellt, so ist dies nicht die einzige. In einer alternativen Ausführungsform wird die Regelspannung U_CTRL lediglich an die erste Spule 7 und das (veränderte) Tonsignal U_Ton∼ lediglich an die zweite Spule 8 angelegt. In diesem Fall kann eine Mischstufe 16 weggelassen werden, da die Regelspannung U_CTRL und das veränderte Tonsignal U_Ton∼ durch die Bewegung der Membran 3 übereinandergelegt werden.
• Anstatt einen Ausgleich einer Abweichung durch Anlegen der Regelspannung U_CTRL anzustreben, kann das Nullerfassungsverfahren zum Berechnen der Membranposition x verwendet werden. In diesem Fall kann das Positionsberechnungsmodul 14 auch die Funktion eines Nullpunkterfassungsmoduls 19 umfassen und somit als „kombiniertes Nullerfassungs- und Positionsberechnungsmodul“ bezeichnet werden. Wie vorstehend offenbart, kann der Schritt d) des Positionsberechnungsverfahrens dann auf der in Schritt c) erhaltenen magnetischen Nullposition MP der Membran 3 basieren. Die magnetischen Nullpositionen MP1 und/oder MP2 dienen nicht nur zum Berechnen der Membranposition, sondern können auch an eine externe Schaltung ausgegeben werden (siehe gepunktete Linie in 5).
• Zusammengefasst stellt die elektronische Treiberschaltung 12 je nach den in dieser umfassten Funktionen eine gute Lösung bereit, um ein Tonsignal U_Ton in einen Wandler 1 einzuspeisen und dabei Verzerrungen geringzuhalten und eine Beschädigung des Wandlers 1 zu vermeiden. In Kombination mit dem Wandler 1 wird ein vorteilhaftes Wandlersystem vorgestellt, das eine einfache Bedienung ermöglicht. Ein Benutzer muss lediglich ein in Ton umzuwandelndes Signal in das Wandlersystem einspeisen und muss sich nicht um Verzerrungen und/oder das Vermeiden einer Beschädigung des Wandlers 1 kümmern. Bevorzugt sind die elektronische Treiberschaltung 12 und der Wandler 1 als eine einzige Einrichtung bzw. ein einziges Modul ausgeführt. Beispielsweise kann die elektronische Treiberschaltung 12 im Gehäuse 2 des Wandlers 1 angeordnet sein.
• Auch wenn in der elektronischen Treiberschaltung 12 günstigerweise die vorstehend genannten Module vorhanden sind, ist zu beachten, dass die Treiberschaltung in einer alternativen Ausführungsform lediglich den Verstärker 17 umfassen kann. In diesem Fall können die elektronische Treiberschaltung 12 und der Verstärker 17 ein und dieselbe Einrichtung bezeichnen.
• Allgemein kann der Wandler 1 bzw. die Membran 3 in einer Draufsicht jedwede Form aufweisen, insbesondere eine Rechteck-, Kreis- oder Eiform. Des Weiteren können die Spulen 7 und 8 die gleiche Höhe oder unterschiedliche Höhen, den gleichen Durchmesser oder unterschiedliche Durchmesser sowie die gleiche Windungszahl oder unterschiedliche Windungszahlen aufweisen.
• Es ist zu beachten, dass, auch wenn das Vermeiden einer Abweichung der Membran 3 lediglich in der vorteilhaften Verbindung mit der Berechnung einer Membranposition x offenbart wurde, das Vermeiden einer Abweichung der Membran 3 nicht auf diese bestimmte Anwendung beschränkt ist. Vielmehr kann dieses auch einfach zum Verschieben der Membran 3 in die konstruktiv als die Ruheposition IP vorgesehene Position verwendet werden, wodurch Toleranzen ausgeglichen und die Leistung des Wandlers 1 allgemein verbessert werden. Entsprechend können Verzerrungen des Audioausgangs des Wandlers 1 verringert und/oder die Symmetrie verbessert werden, wodurch in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der gleiche Membranhub ermöglicht wird. Die Membran 3 kann auch in eine veränderte gewünschte Ruheposition IP verschoben werden, um die Toneigenschaften des Wandlers 1 zu verändern.
• Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen und beispielhaften Anwendungsbeispiele eingeschränkt ist. Weiterbildungen, Abwandlungen und Kombinationen liegen ebenfalls im Umfang der Patentansprüche und sind aus der vorstehenden Offenbarung dem Fachmann überlassen. Entsprechend sind die vorliegend beschriebenen und veranschaulichten Techniken und Strukturen als veranschaulichend und beispielhaft und nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend zu verstehen.
• Insbesondere ist zu beachten, dass das Abweichungsausgleichverfahren und das/die elektronische Abweichungsausgleichmodul/-schaltung 13 zum Erhalten einer gewünschten Ruheposition IP sowie ein Wandlersystem, das ein solches Abweichungsausgleichmodul/-schaltungsmodul 13 umfasst (also die Merkmale eines der Ansprüche 5 und 10 bis 18), die Grundlage einer unabhängigen Erfindung ohne die Einschränkungen der Ansprüche 1 und 8 bilden können.
• Des Weiteren ist zu beachten, dass das Nullerfassungsverfahren und das/die elektronische Nullpunkterfassungsmodul/-schaltung 19 zum Erfassen einer magnetischen Nullposition MP der Membran 3 sowie ein Wandlersystem, das ein solches Nullpunkterfassungsmodul/-schaltungsmodul 19 umfasst (also die Merkmale eines der Ansprüche 6 und 19 bis 23) die Grundlage einer unabhängigen Erfindung ohne die Einschränkungen der Ansprüche 1 und 8 bilden können.
• Schließlich ist zu beachten, dass das Positionsberechnungsverfahren und das/die elektronische Positionsberechnungsmodul/-schaltung 14 zum Berechnen einer Position x der Membran 3 sowie ein Wandlersystem, das ein solches Positionsberechnungsmodul/-schaltungsmodul 15 umfasst (also die Merkmale eines der Ansprüche 7 und 24 bis 32) die Grundlage einer unabhängigen Erfindung ohne die Einschränkungen der Ansprüche 1 und 8 bilden können.
• In jedem Fall wird der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die sich anschließenden Ansprüche definiert, einschließlich zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung bereits bekannter oder noch nicht absehbarer Äquivalente. Auch wenn vorstehend zahlreiche Ausführungsformen dieser Erfindung mit einer gewissen Genauigkeit beschrieben wurden, könnte ein Fachmann zahlreiche Veränderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne vom Grundgedanken oder Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1

elektrodynamischer Akustikwandler

2

Gehäuse

3

Membran

4

Biegeteil

5

versteifter Mittelteil

6

Spulenanordnung

7

erste Spule

8

zweite Spule

9

Magnet

10

Topfplatte

11

obere Platte

12

elektronische Treiberschaltung

13

Abweichungsberechnungsmodul/-schaltung (mit optionalem erstem Filter)

14

Positionsberechnungsmodul/-schaltung

15

Tonsignaländerungsmodul

16

Mischstufe

17

(Leistungs-) Verstärker

18

zweites Filter

19

elektronische/s Nullerfassungsmodul/-schaltung

A

Strommesseinrichtung

B

Magnetfeld

BL

Kraftfaktor

BL1

Kraftfaktor der ersten Spule

BL2

Kraftfaktor der zweiten Spule

I_In

Eingangsstrom

L1

Induktivität der ersten Spule

L2

Induktivität der zweiten Spule

MP..MP2

magnetische Nullposition

IP

gewünschte Ruheposition

T1..T3

Verbindungsanschlüsse/-abgriffe

U1

Spannung an der ersten Spule

U2

Spannung an der zweiten Spule

U_CTRL

Regelspannung

U_In

Eingangsspannung

U_Ton

Tonsignal

U_Ton∼

verändertes Tonsignal

v

Membrangeschwindigkeit

V1

erste Spannungsmesseinrichtung

V2

zweite Spannungsmesseinrichtung

x

Membranauslenkung

dU1/dU2

Gradient des Verhältnisses zwischen erster Spannung und zweiter Spannung

t

Zeit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 2014321690 A1 [0002, 0003]

Claims (32)

1. Wandlersystem, umfassend einen elektrodynamischen Akustikwandler (1) mit einer Membran (3), einer an der Membran (3) angebrachten Spulenanordnung (6), wobei die Spulenanordnung (6) eine Vielzahl von Schwingspulen (7, 8) umfasst, insbesondere zwei elektrisch in Reihe geschaltete Schwingspulen (7, 8), und einem Magnetsystem (9, 10, 11), das dafür ausgelegt ist, ein Magnetfeld (B) quer zu einer Längsrichtung eines gewickelten Drahts der Spulenanordnung (6) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein äußerer Abgriff/Anschluss (T2) der Spulenanordnung (6) / der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) elektrisch mit einem Audioausgang eines Verstärkers (17) verbunden ist.
2. Wandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (6) elektrisch mit dem Audioausgang eines einzigen Verstärkers (17) verbunden ist.
3. Wandlersystem nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungspunkt (T1) zwischen zwei Schwingspulen (7, 8) elektrisch mit einem Eingang des Verstärkers (17) oder einer elektronischen Schaltung (12..14, 19) verbunden ist.
4. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Verbindung mit äußeren Abgriffen/Anschlüssen (T2, T3) der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) und im Falle von Anspruch 3 bei der elektrischen Verbindung mit dem Verbindungspunkt (T1) zwischen zwei Schwingspulen (7, 8) um die einzige elektrische Verbindung zwischen dem Verstärker (17) / der elektronischen Schaltung (12.. 14, 19) und der Vielzahl von Schwingspulen (7, 8) handelt.
5. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein/e elektronische/s Abweichungsausgleichmodul/-schaltung (13), das/die dafür ausgelegt ist, mit der Spulenanordnung (6) des elektrodynamischen Akustikwandlers (1) verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung (6) zwei Schwingspulen (7, 8) umfasst und wobei das/die elektronische Abweichungsausgleichmodul/-schaltung (13) dafür ausgelegt ist, eine Regelspannung (U_CTRL) an mindestens eine der Schwingspulen (7, 8) anzulegen und die Regelspannung (U_CTRL) zu verändern, bis die elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen.
6. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein/e elektronische/s Nullpunkterfassungsmodul/-schaltung (19), das/die dafür ausgelegt ist, mit der Spulenanordnung (6) des elektrodynamischen Akustikwandlers (1) verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung (6) zwei Schwingspulen (7, 8) umfasst und wobei das/die elektronische Nullpunkterfassungsmodul/-schaltung (19) dafür ausgelegt ist, a) eine Spannung (U1) an der ersten Spule (7) und eine zweite Spannung (U2) an der zweiten Spule (8) zu messen, b) ein Verhältnis (U1/U2) zwischen der ersten Spannung (U1) und der zweiten Spannung (U2) zu berechnen und c) die magnetische Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) durch Erfassen eines Zustands zu bestimmen, in dem - das vorstehend genannte Verhältnis (U1/U2) gleich 1 ist und - ein Gradient (dU1/dU2) des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
7. Wandlersystem nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein/e Positionsberechnungsmodul/-schaltung (14), das/die dafür ausgelegt ist, mit der Spulenanordnung (6) des elektrodynamischen Akustikwandlers (1) verbunden zu sein, wobei die Spulenanordnung (6) zwei Schwingspulen (7, 8) umfasst und wobei das/die Positionserfassungsmodul/-schaltung (14) dafür ausgelegt ist, d) eine Geschwindigkeit (v) der Membran (3) auf Grundlage einer Eingangsspannung (U_in) und eines Eingangsstroms (I_in) an einer Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors (BL(0)) des Wandlers (1) in einer Ruheposition (IP) oder in einer magnetischen Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) zu berechnen, e) durch Integrieren der Geschwindigkeit (v) eine Position (x) der Membran (3) zu berechnen, f) die Geschwindigkeit (v) der Membran (3) auf Grundlage der Eingangsspannung (U_in) und des Eingangsstroms (I_in) an der Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Kraftfaktors (BL(x)) des Wandlers (1) an der in Schritt e) berechneten Position (x) der Membran (3) zu berechnen und g) die Schritte e) und f) rekursiv zu wiederholen.
8. Verfahren zum Einspeisen eines Tonsignals in einen elektrodynamischen Akustikwandler (1) mit einer Membran (3), einer an der Membran (3) angebrachten Spulenanordnung (6), wobei die Spulenanordnung (6) eine Vielzahl von Schwingspulen (7, 8) umfasst, insbesondere zwei elektrisch in Reihe geschaltete Schwingspulen (7, 8), und einem Magnetsystem (9, 10, 11), das dafür ausgelegt ist, ein Magnetfeld (B) quer zu einer Längsrichtung eines gewickelten Drahts der Spulenanordnung (6) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (6) lediglich über einen äußeren Abgriff/Anschluss (T2) der Spulenanordnung (6) / der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) durch ein Audiosignal angesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonsignale durch einen einzigen Verstärker (17) in die äußeren Abgriffe/Anschlüsse (T2, T3) der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) eingespeist werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelspannung (U_CTRL) an mindestens eine der zwei Schwingspulen (7, 8) angelegt und verändert wird, bis die elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) oder der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelspannung an den äußeren Abgriff/Anschluss (T2) der in Reihe geschalteten Schwingspulen (7, 8) angelegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) und die elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) durch die Formeln $${\text{U}}_{\text{emf1}}={\text{U}}_{\text{in1}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C1}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

    

    $${\text{U}}_{\text{emf2}}={\text{U}}_{\text{in2}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C2}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)$$

    

    berechnet werden, wobei Z_C1 der Spulenwiderstand der ersten Spule (7) ist, U_in1(t) die Eingangsspannung an der ersten Spule (7) zur Zeit t ist und I_in(t) der Eingangsstrom an der ersten Spule (7) zur Zeit t ist, und wobei Z_C2 der Spulenwiderstand der zweiten Spule (8) ist, U_in2(t) die Eingangsspannung an der zweiten Spule (8) zur Zeit t ist und lin(t) der Eingangsstrom an der zweiten Spule (8) zur Zeit t ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einem aus der elektromotorischen Kraft (U_emf1, U_emf2) abgeleiteten Parameter um einen Absolutwert der elektromotorischen Kraft (U_emf1, U_emf2), einen Quadratwert der elektromotorischen Kraft (U_emf1, U_emf2) oder einen Effektivwert der elektromotorischen Kraft (U_emf1, U_emf2) handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelspannung (U_CTRL) an mindestens eine der Schwingspulen (7, 8) angelegt und verändert wird, bis die Tiefpass-gefilterte elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) oder ein aus dieser abgeleiteter Parameter und die Tiefpass-gefilterte elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) oder der aus dieser abgeleitete Parameter im Wesentlichen eine vorab bestimmte Beziehung erreichen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anlegen einer Regelspannung (U_CTRL) an mindestens eine der Schwingspulen (7, 8) eine Delta-Sigma-Modulation verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalausgang des Delta-Sigma-Modulators gefiltert wird, bevor er an die Spulenanordnung (6) angelegt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelspannung (U_CTRL) an sowohl die erste Spule (7) als auch die zweite Spule (8) angelegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anlegens einer Regelspannung (U_CTRL) ein Tonsignal an die erste Spule (7) und/oder die zweite Spule (8) angelegt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, gekennzeichnet durch die Schritte a) Messen einer Spannung (U1) an der ersten Spule (7) und einer zweiten Spannung (U2) an der zweiten Spule (8), b) Berechnen eines Verhältnisses (U1/U2) zwischen der ersten Spannung (U1) und der zweiten Spannung (U2) und c) Bestimmen einer magnetischen Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) durch Erfassen eines Zustands, in dem - das vorstehend genannte Verhältnis (U1/U2) gleich 1 ist und - ein Gradient (dU1/dU2) des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, gekennzeichnet durch die Schritte a) Messen einer Spannung (U1) an der ersten Spule (7) und einer zweiten Spannung (U2) an der zweiten Spule (8), b) Berechnen eines Verhältnisses ((U1+K)/(U2+K)) zwischen der ersten Spannung (U1) zuzüglich eines konstanten Werts (K) und der zweiten Spannung (U2) zuzüglich des konstanten Werts (K), wobei der konstante Wert (K) oberhalb des negativen Mindestwerts der zweiten Spannung (U2) oder unterhalb des negativen Höchstwerts der zweiten Spannung (U2) liegt, und c) Bestimmen der magnetischen Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) durch Erfassen eines Zustands, in dem - das vorstehend genannte Verhältnis ((U1 +K)/(U2+K)) gleich 1 ist und - ein Gradient (d(U1+K)/d(U2+K)) des vorstehend genannten Verhältnisses negativ ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zustand zusätzlich die elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) und/oder die elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) positiv ist.
22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zustand zusätzlich die elektromotorische Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) und/oder die elektromotorische Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) negativ ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position (x) der Membran (3) berechnet wird, wobei die in Schritt c) erhaltene magnetische Nullposition (MP1, MP2) zum Initialisieren und/oder Zurücksetzen der Berechnung verwendet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18 oder 23, gekennzeichnet durch die Schritte d) Berechnen einer Geschwindigkeit (v) der Membran (3) auf Grundlage einer Eingangsspannung (U_in) und eines Eingangsstroms (I_in) an einer Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors (BL(0)) des Wandlers (1) in einer Ruheposition (IP) der Membran (3) oder in einer in Schritt c) erhaltenen magnetischen Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3), e) Berechnen einer Position (x) der Membran (3) durch Integrieren der Geschwindigkeit (v), f) Berechnen der Geschwindigkeit (v) der Membran (3) auf Grundlage der Eingangsspannung (U_in) und des Eingangsstroms (I_in) an der Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Kraftfaktors (BL(x)) des Wandlers (1) an der in Schritt e) berechneten Position (x) der Membran (3) und g) rekursives Wiederholen der Schritte e) und f).
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v), die Eingangsspannung (U_in), der Eingangsstrom (I_in), der Ruhepositions-Kraftfaktor (BL(0)), der Kraftfaktor (BL(x)) und die Position (x) den gleichen Zeitpunkt (t) betreffen.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v), die Eingangsspannung (U_in), der Eingangsstrom (I_in), der Ruhepositions-Kraftfaktor (BL(0)), der Kraftfaktor (BL(x)) und die Position (x) unterschiedliche Zeitpunkte (t) betreffen.
27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch die Schritte d) Berechnen einer Geschwindigkeit (v(t)) der Membran (3) auf Grundlage einer Eingangsspannung (U_in(t)) und eines Eingangsstroms (I_in(t)) an einer Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Ruhepositions-Kraftfaktors (BL(0)) des Wandlers (1) in einer Ruheposition (IP) der Membran (3) oder in einer in Schritt c) erhaltenen magnetischen Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3), e) Berechnen einer Position (x(t)) der Membran (3) durch Integrieren der Geschwindigkeit (v(t)), f) Berechnen der Geschwindigkeit (v(t+1)) der Membran (3) auf Grundlage der Eingangsspannung (U_in(t+1)) und des Eingangsstroms (I_in(t+1)) an der Spule (7, 8) des Wandlers (1) und auf Grundlage eines Kraftfaktors (BL(x(t))) des Wandlers (1) an der in Schritt e) berechneten Position (x(t)) der Membran (3) und g) rekursives Wiederholen der Schritte e) und f), wobei t zu t+1 wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass - der Algorithmus bei Schritt d) wieder beginnt, wenn die magnetische Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) in Schritt c) erfasst wird, oder - die Geschwindigkeit (v) in Schritt d) gespeichert und für einen beliebigen späteren Schritt e) verwendet wird, wenn die magnetische Nullposition (MP1, MP2) der Membran (3) in Schritt c) erfasst wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (x) der Membran (3) durch die Formel $$\text{x}\left(\text{t}\right)=\text{x}\left(\text{t-1}\right)+\text{v}\left(\text{t}\right)\cdot \mathrm{\Delta }\text{t}$$

    

    berechnet wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) der Membran (3) in Schritt d) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t}\right)\right)/\text{BL}\left(0\right)\text{ oder}$$

    

    in Schritt f) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

    

    berechnet wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) der Membran (3) in Schritt f) durch die Formel $$\text{v}\left(\text{t+1}\right)=\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)\cdot \text{BL}\left(0\right)/\text{BL}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)$$

    

    berechnet wird, wobei $$\text{v}\sim \left(\text{t+1}\right)=\left({\text{U}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)-{\text{Z}}_{\text{C}}\cdot {\text{I}}_{\text{in}}\left(\text{t+1}\right)\right)/\text{BL}\left(0\right)$$

    
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) der Membran (3) unter Verwendung - der elektromotorischen Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) oder - der elektromotorischen (Kraft U_emf2) der zweiten Spule (8) oder - der Summe aus der elektromotorischen Kraft (U_emf1) der ersten Spule (7) und der elektromotorischen Kraft (U_emf2) der zweiten Spule (8) berechnet wird.

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