DE102020121714A1

DE102020121714A1 - Lautsprecher mit dynamisch gesteuerten paaren von schwingspulenabschnitten

Info

Publication number: DE102020121714A1
Application number: DE102020121714.5A
Authority: DE
Inventors: Ruben Minoru Tuemp Millyard; George Albert Bullimore
Original assignee: Tymphany Acoustic Technology Co Ltd
Current assignee: Tymphany Acoustic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-02-25
Also published as: US11240618B2; US20210058725A1; GB2586528B; CN112423207B; GB202001617D0; GB2586528A; CN112423207A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule eines Lautsprechers, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Magnetkreises mit einem Luftspalt, des Bereitstellens einer in dem Luftspalt aufgehängten Schwingspule und des Anlegens eines Audiosignals an die Schwingspule, um sie entlang einer Bewegungsachse zu bewegen. Die Schwingspule umfasst einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, die entlang der Bewegungsachse angeordnet sind, wobei Schwingspulen-Hilfsabschnitte jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet sind. Das Anlegen eines Audiosignals umfasst die kontinuierliche Kopplung eines auf dem Audiosignal basierenden Hauptsteuersignals an die Hauptschwingspule und die selektive Kopplung eines auf dem Audiosignal basierenden Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten. Die Erfindung betrifft ferner ein Schwingspulen-Ansteuerungssystem und einen Lautsprecher, der ein Schwingspulen-Ansteuerungssystem umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lautsprecher und insbesondere eine Schwingspule, die so angeordnet ist, dass die Belastbarkeit verbessert und die Leistungsaufnahme der Ansteuerelektronik reduziert wird.
Hintergrund der Erfindung
Bezugnehmend auf die 1a-1b wird ein Lautsprecher 50 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Lautsprecher 50 ist mit einer Schwingspule 1 ausgestattet, die eine Vielzahl von Spulenwicklungen enthält. Die Spulenwicklungen werden durch eine Antriebsleistung angetrieben, so dass die Schwingspule 1 die Membran 7 hin- und herbewegt, was ein akustisches Tonsignal erzeugt.
Die Spulenwicklungen sind teilweise in einem Luftspalt 3 eines Magnetkreises 2 mit der größten magnetischen Flussdichte innerhalb des Luftspalts 3 angeordnet. Wenn die Spulenwicklungen mit Strom versorgt werden, wechselwirken sie mit dem Magnetfeld des Magnetkreises 2, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die die Schwingspule 1 verschiebt. Allerdings liefern nur die Wicklungen der Schwingspule 1, die im Wesentlichen innerhalb des Spalts 3 angeordnet sind, eine substantielle Kraft, um die Schwingspule 1 hin- und herzubewegen. Die Wicklungen der Schwingspule außerhalb des Luftspalts 3, die nicht mit einer substantiellen elektromotorischen Kraft beitragen, werden ebenfalls gleichzeitig mit Strom versorgt und tragen im Ergebnis zur Erwärmung der Schwingspule bei, was ein wesentlicher limitierender Faktor bei der Lautsprecherkonstruktion ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder haben die oben genannten Probleme und Anforderungen im Zusammenhang mit dem Wirkungsgrad und der Erwärmung der Schwingspule identifiziert und dann die nachstehend beschriebene Erfindung gemacht, die den Wirkungsgrad erhöhen und/oder die Erwärmung der Schwingspule verringern kann.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule eines Lautsprechers, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines Magnetkreises mit einem Luftspalt und einer in dem Luftspalt aufgehängten Schwingspule;
Anlegen eines Audiosignals an die in dem Luftspalt aufgehängte Schwingspule, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die die Schwingspule entlang einer Bewegungsachse bewegt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingspule eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten umfasst, wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst, die entlang der Bewegungsachse angeordnet sind, wobei Schwingspulenabschnitte des Paars von Schwingspulen-Hilfsabschnitten jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet sind; und
wobei der Schritt des Anlegens eines Audiosignals das kontinuierliche Koppeln eines Hauptsteuersignals, das auf dem Audiosignal basiert, an den Schwingspulen-Hauptabschnitt und das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals, das auf dem Audiosignal basiert, an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst.

Unter einer Schwingspule versteht man eine Spule aus Draht, die unter dem Einfluss eines Magnetfeldes eine elektromotorische Kraft erzeugen kann, um eine Membran eines Lautsprechers zu bewegen, um akustische Töne zu erzeugen. Das Magnetfeld kann durch einen Magneten, wie z.B. einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, der in einem Magnetkreis vorhanden ist, erzeugt werden. Der Magnetkreis kann einen Luftspalt umfassen, in dem sich die Schwingspule hin- und herbewegt, um durch Hin- und Herbewegen der Membran des Lautsprechers akustische Töne zu erzeugen. Die Hin- und Herbewegung der Schwingspule erfolgt als Reaktion auf das Anlegen eines Audiosignals, das durch den Lautsprecher wiederzugeben ist. Die Auslenkung der Hin- und Herbewegung, d.h. die hin- und hergehenden Verschiebungen, der Schwingspule des Lautsprechers führt zu einer akustischen Wiedergabe des angelegten Audiosignals, da die Hin- und Herbewegungen der Schwingspule auf eine Membran des Lautsprechers übertragen werden können, die auf die Luft drückt und dadurch akustische Schallwellen erzeugt.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Schwingspule eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten, bevorzugt ein oder mehrere Paare von Schwingspulenabschnitten.
Unter einem Schwingspulenabschnitt versteht man ein individuelles Segment einer Schwingspule. Die Schwingspulenabschnitte können elektrisch oder galvanisch voneinander isoliert sein oder Unterabschnitte einer einzelnen Spule mit mehreren Verbindungen sein, die individuelle elektrische oder galvanische Verbindungen zu jedem Schwingspulenabschnitt vorsehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schwingspule einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, wobei ein Schwingspulenabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts in Richtung der Bewegungsachse angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Schwingspule in einen zentralen Schwingspulen-Hauptabschnitt und zwei umgebende Schwingspulen-Hilfsabschnitte unterteilt sein. Jeder dieser Schwingspulenabschnitte kann eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse definierte Höhe von einem Drittel der in einer Richtung entlang der Bewegungsachse definierten Gesamthöhe der Schwingspule aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Schwingspulenabschnitte gleiche oder unterschiedliche Höhen, Wicklungszahlen und Wicklungsdichten aufweisen und Wicklungen aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien umfassen. Das Material der Wicklungen der Schwingspulenabschnitte kann aus der Liste ausgewählt werden, die aus Legierungen, Aluminium, Silber, Kupfer oder Gold oder irgendwelchen Kombinationen davon besteht.
Zur Ansteuerung der Schwingspule wird ein Hauptsteuersignal, das auf dem Audiosignal basiert, mit mindestens einem Schwingspulen-Hauptabschnitt gekoppelt, während ein Hilfssteuersignal, das auch auf dem Audiosignal basiert, nur selektiv mit einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt wird. Die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals mit einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten kann durch Steuerung einer oder mehrerer Schalteinheiten und/oder eines oder mehrerer Verstärker durchgeführt werden, um ein Hilfssteuersignal an beide Bestandteile des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten anzulegen.
Die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals kann auf der Basis einer Auslenkungsanforderung erfolgen. Die Auslenkungsanforderung kann als ein Auslenkungsbetrag oder eine Verschiebung aus der Ruhelage der Schwingspule verstanden werden, der für die Wiedergabe des Audiosignals erforderlich ist.
Bei Audiosignalen mit niedriger Amplitude, bei denen geringe Auslenkungen/kleine Verschiebungen zur Wiedergabe des Audiosignals erforderlich sind, kann beispielsweise die erforderliche elektromotorische Kraft durch den Schwingspulen-Hauptabschnitt bereitgestellt werden, und die Schwingspulen-Hilfsabschnitte tragen möglicherweise nicht signifikant zu der elektromotorischen Kraft bei, die die Schwingspule hin- und herbewegt. Daher kann es Zeiten geben, in denen ein Audiosignal an die Schwingspule angelegt wird, in denen ein Hilfssteuersignal nicht an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt ist, und typischerweise wird ein Leerlauf-Hilfssteuersignal an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angelegt. Dieses Leerlauf-Hilfssteuersignal kann so angeordnet sein, dass der Strom- und Leistungsverlust in den Wicklungen der Schwingspulen-Hilfsabschnitte minimiert wird, wenn die Auslenkung gering ist.
Bei Audiosignalen hoher Amplitude kann es möglich sein, dass Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft beitragen, und ein Hilfssteuersignal kann selektiv an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt werden, so dass die Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft beitragen. So kann es Zeiten geben, in denen ein Audiosignal an die Schwingspule angelegt ist, in denen ein Hilfssteuersignal an Paare von Schwingspulenabschnitten gekoppelt ist.
Hier wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Ansteuerung einer Schwingspule eines Lautsprechers bereitgestellt. Der segmentierte Aufbau der Schwingspule und das Verfahren des selektiven Anlegens eines Ansteuersignals an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ermöglicht es, dass die Auslenkung ein Audiosignal auf die gleiche Weise wie bei einem Lautsprecher nach dem Stand der Technik, der eine unsegmentierte Schwingspule und eine herkömmliche Ansteuermethode aufweist, wiedergibt. Da aber durch die erfindungsgemäße selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten die Bereitstellung eines Steuersignals an Schwingspulen-Hilfsabschnitte für kleine Auslenkungen vermieden werden kann, können sowohl die Leistungsaufnahme als auch die Erwärmung der Schwingspule signifikant reduziert werden. Außerdem ermöglicht die Möglichkeit, das Hilfssteuersignal gezielt zu modifizieren, Korrekturen von Nichtlinearitäten im Schwingspulensystem. Eine Nichtlinearität kann als nichtlineare Antwort des Schwingspulensystems verstanden werden, z.B. eine nichtlineare Beziehung zwischen der auf die Schwingspule wirkenden Rückstellkraft und der Auslenkung der Schwingspule, die bei großen Auslenkungen der Schwingspule zu unerwünschten Verzerrungen führen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf der Basis einer Darstellung der Auslenkungsanforderung durchgeführt.
Eine Darstellung der Auslenkungsanforderung kann als eine Anweisung verstanden werden, wie viel Auslenkung der Schwingspule erforderlich ist, um das Audiosignal wiederzugeben. Die Darstellung der Auslenkungsanforderung kann auf jede geeignete Weise ausgedrückt werden, die eine erforderliche Auslenkung der Schwingspule darstellen kann. Die Darstellung der Auslenkungsanforderung kann z.B. in Einheiten von Millimetern Verschiebung von der Gleichgewichtsposition der Schwingspule innerhalb des Luftspalts ausgedrückt werden, wenn keine elektromotorische Kraft auf die Schwingspule ausgeübt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf der Basis eines Audiosignals, eines Ansteuersignals, eines Strom- und/oder Spannungssignals in einem Schwingspulenabschnitt, eines Signals, das aus einer Messung der Auslenkung, z.B. durch Schwingspulen-Positionssensoren, bestimmt wird, oder einer Kombination aus einem der Vorstehenden bereitgestellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals bereitgestellt. Die Signalanalyse kann von einem Signalprozessor, z.B. einem digitalen Signalprozessor, durchgeführt werden, der das Audiosignal oder eine Darstellung davon als ein Eingangssignal und eine mathematische Darstellung des akustischen Systems aufnimmt.
Die Signalanalyse kann die Analyse eines Mittelwertes einer Signalamplitude, eine Hüllkurve eines Signals, die vorliegende Amplitude eines Signals umfassen, aber die Signalanalyse ist nicht nur auf diese Beispiele beschränkt. Eine Signalanalyse kann für einen vorliegenden Signalwert, vergangene Signalwerte und/oder zukünftige Signalwerte durchgeführt werden. Wenn eine Signalanalyse für zukünftige Signalwerte des Audiosignals durchgeführt wird, kann eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt des Empfangs des Audiosignals und dem Zeitpunkt der Kopplungen der entsprechenden Steuersignale an Schwingspulenabschnitte der Schwingspule eingeführt werden.
In Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Signalanalyse die Durchführung einer Vorhersage der Peakauslenkung der Schwingspule, wobei die Kopplung von Hilfsspulenabschnitten auf mehreren Audiosignalzyklen basiert. Ein Audiosignalzyklus kann verstanden werden als die Zeitdauer zwischen dem zweimaligen Durchlaufen der Schwingspule durch ihre Ruheposition, d.h. ihre natürliche Position, wenn kein Audiosignal anliegt, aus derselben Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsachse.
Eine Darstellung der Auslenkungsanforderung kann auch vom Frequenzgang des Lautsprechers abhängen. Im Bereich der Lautsprecher beschreibt der Frequenzgang typischerweise die Frequenzabhängigkeit der Auslenkung in Bezug auf die Frequenz eines Steuersignals. Daher kann eine Darstellung der Auslenkungsanforderung sowohl das Audiosignal als auch den Frequenzgang der Schwingspule und/oder der Membran umfassen.
Eine Auslenkungsschätzfunktion kann verwendet werden, um die Darstellung der Auslenkungsanforderung zu bestimmen, z.B. auf Basis einer Transferfunktion, die aus den Messungen der Systemauslenkung vs. -frequenz abgeleitet wird. In Systemen mit signifikanter Nichtlinearität kann dies durch die Verwendung einer pegelabhängigen Familie von Transferfunktionen für die Schätzung der Auslenkung kompensiert werden, oder es kann die Transferfunktion ausgewählt werden, die dem Auslenkungsübergangspunkt der Kopplung des Paares der Schwingspulen-Hilfsabschnitte am nächsten liegt.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auslenkung der Schwingspule, wenn die selektive Kopplung auf der Auslenkungsanforderung basiert, in der Lage sein, ein angelegtes Audiosignal wiederzugeben. Da die Steuersignale nur in bestimmten Zeitabschnitten selektiv gekoppelt sind, wie es durch die Auslenkungsanforderung vorgegeben ist, kann dadurch die Leistungsaufnahme und die Überhitzung reduziert werden.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Auslenkung der Schwingspule durchgeführt, um ein Audiosignal verzerrungsfrei wiederzugeben, während ein Hilfssteuersignal nur dann selektiv an Schwingspulen-Hilfsabschnitte gekoppelt wird, wenn eine erforderliche Auslenkung durch den Schwingspulen-Hauptabschnitt allein nicht bereitgestellt werden kann. Die selektive Kopplung kann auf der Basis einer Darstellung der Auslenkungsanforderung durchgeführt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf der Basis eines Vergleichs der Darstellung der Auslenkungsanforderung mit einer Darstellung von vorbestimmten Auslenkungspegelschwellen durchgeführt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Darstellung der Auslenkungsanforderung ein Parameter sein, die Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels kann ein auf den Parameter bezogener Schwellenwert sein, und der Vergleich umfasst die Bestimmung, ob der Parameter den Schwellenwert überschritten hat. Wenn die Schwelle überschritten ist, wird das Hilfssteuersignal mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorhersage der Schwingspulen-Peakauslenkung mit einer vorgegebenen Schwingspulen-Peakauslenkungsschwelle oder einer Tabelle von Schwellenwerten, d.h. einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels, verglichen. Die Vorhersage und der Vergleich können von einem Signalprozessor, z.B. einem digitalen Signalprozessor, durchgeführt werden. Wenn die vorhergesagte Peakauslenkung der Schwingspulen größer als die Schwellenwerte ist, wird ein Hilfssteuersignal an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt. Diese Kopplung kann die Kopplung eines Übergangs-Hilfssteuersignals umfassen, das eine variierende Signalamplitude aufweist. Nach diesen Ausführungsformen können Änderungen der Steuersignalamplitude progressiv über mehrere Audiosignalzyklen hinweg auftreten, um die Verzerrungen zu reduzieren, die durch die Änderungen der Signalamplitude verursacht wird. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Änderung der Steuersignalamplitude kann so gewählt werden, dass etwaige Verzerrungsprodukte zu weniger hörbaren Frequenzen oder zu Frequenzen, bei denen das akustische System unempfindlich ist, verschoben werden, um sie für den Hörer unhörbar zu machen.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung beruht die Darstellung der Auslenkungsforderung auf Messungen der Schwingspulenauslenkung, und die Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels ist ein Schwellenwert, der mit der Messung der Schwingspulenauslenkung verglichen wird. Ein Hilfssteuersignal wird dann an Schwingspulen-Hilfsabschnitte gekoppelt, wenn die gemessene Auslenkung einen entsprechenden Schwellenwertpegel überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des selektiven Koppelns eines Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung, umfassend einen Signalprozessor, durchgeführt.
In verschiedenen Ausführungsformen erfolgt die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an Schwingspulen-Hilfsabschnitte durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung. Die Schwingspulen-Steuervorrichtung kann einen Signalprozessor, z.B. einen digitalen Signalprozessor, enthalten. Die Schwingspulen-Steuervorrichtung kann alle Aufgaben im Zusammenhang mit dem Vergleich einer Darstellung der Auslenkungsanforderung mit einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels ausführen. Die Schwingspulen-Steuervorrichtung kann ferner alle Aufgaben ausführen, die sich auf die Verzögerung eines Audiosignals oder die Bereitstellung mehrerer verarbeiteter Audiosignale als Grundlage für mehrere Steuersignale beziehen.
Nach Ausführungsformen der Erfindung kann die Schwingspule eine beliebige Anzahl von Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfassen, wie z.B. zwei oder mehr Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, die entlang der Bewegungsachse angeordnet sind und die so angeordnet sind, dass sie paarweise selektiv mit Hilfssteuersignalen gekoppelt werden können, z.B. auf der Basis der Schwingspulenauslenkung und/oder des Audiosignals, wie z.B. auf der Basis der Analyse des Audiosignals. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Kombination von Schwingspulengeometrie und relativer Amplitude der Steuersignale, die an beliebige Schwingspulenabschnitte geliefert werden, eingestellt, um eine lineare Antwort der Schwingspule auf ein angelegtes Audiosignal bis zu einer Auslenkung zu gewährleisten, die der Höhe der Schwingspule ähnlich ist. Das lineare Ansprechverhalten kann als eine lineare Beziehung zwischen dem Audiosignal und der Auslenkung verstanden werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten und das Hilfssteuersignal ein erstes Hilfssteuersignal;
wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten ferner ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten aufweist, die entlang der Bewegungsachse angeordnet sind, wobei Schwingspulenabschnitte des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten jeweils auf beiden Seiten des ersten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angeordnet sind, und
wobei der Schritt des Anlegens eines Audiosignals das selektive Koppeln eines zweiten Hilfssteuersignals an das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf der Basis des Audiosignals umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Schwingspule aus einem Schwingspulen-Hauptabschnitt, einem ersten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, die um den Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet sind, und einem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, die um das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angeordnet sind, wobei beide Paare entlang der Bewegungsachse angeordnet sind. Dabei befinden sich der Schwingspulen-Hauptabschnitt und das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zwischen den beiden Schwingspulenabschnitten des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten entlang der Bewegungsachse.
Wenn ein Audiosignal angelegt wird, das eine Auslenkung erfordert, die der Schwingspulen-Hauptabschnitt aus eigener Bewegung leisten kann, wird nur der Schwingspulen-Hauptabschnitt mit einem Steuersignal gekoppelt. Wenn ein Audiosignal eine Auslenkung erfordert, die größer ist als diejenige, die der Schwingspulen-Hauptabschnitt bereitstellen kann, aber nicht größer ist als diejenige, die das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten und der Schwingspulen-Hauptabschnitt in Kombination mit dem Schwingspulen-Hauptabschnitt bereitstellen kann, wird der Schwingspulen-Hauptabschnitt mit einem Hauptsteuersignal gekoppelt, und das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten wird mit einem Hilfssteuersignal gekoppelt. Wenn ein Audiosignal eine Auslenkung erfordert, die größer ist als die, die das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten in Kombination mit dem Schwingspulen-Hauptabschnitt bereitstellen kann, wird die > Hauptschwingspule mit einem Steuersignal gekoppelt, das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten mit einem Steuersignal gekoppelt und das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten mit einem Steuersignal gekoppelt.
Die selektive Kopplung von Hilfssteuersignalen kann auf der Basis mindestens einer Darstellung der Auslenkungsanforderung und mindestens einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungsniveaus erfolgen. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, in denen die Schwingspule zwei Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst, d.h. ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten und ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, wird eine Darstellung der Auslenkungsanforderung mit zwei Darstellungen vorbestimmter Auslenkungspegel verglichen - wobei ein vorbestimmter Auslenkungspegel mit jedem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten assoziiert ist. Wenn die Darstellung der Auslenkungsanforderung bei einem Vergleich mit einer der Darstellungen vorbestimmter Auslenkungspegel ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, wird ein Steuersignal mit dem entsprechenden Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt, die mit der Darstellung des vorbestimmten Auslenkungspegels assoziiert sind. Und wenn die Darstellung der Auslenkungsanforderung ferner in einem Vergleich mit der anderen der Darstellungen vorbestimmter Auslenkungspegel ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, wird ein Steuersignal mit dem anderen Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt, das mit der anderen Darstellung des vorbestimmten Auslenkungspegels assoziiert ist. Beim Vergleich der Darstellung der Auslenkungsanforderung mit Darstellungen vorbestimmter Auslenkungspegel ist es so möglich, Kriterien für die gleichzeitige Kopplung mehrerer Hilfssteuersignale an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu erfüllen.
Unter einem vorgegebenen Kriterium kann ein Kriterium für den Vergleich einer Darstellung der Auslenkungsanforderung mit einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels verstanden werden, das, bei Erfüllung, die Kopplung eines Hilfssteuersignals ermöglicht. Beispielsweise kann das vorgegebene Kriterium erfüllt sein, wenn eine Darstellung der Auslenkungsanforderung gleich oder größer als eine Darstellung des vorgegebenen Auslenkungsniveaus ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels eine erste Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels, und wobei die selektive Kopplung des zweiten Hilfssteuersignals mit dem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf der Basis eines Vergleichs der Darstellung der Auslenkungsanforderung mit einer zweiten Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels durchgeführt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten entlang der Bewegungsachse angeordnet und symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt herum angeordnet, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet ist.
In verschiedenen Ausführungsformen ist mindestens ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten um einen zentralen Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet. Da ein lineares Ansprechverhalten der Schwingspule bevorzugt ist, kann es vorteilhaft sein, jedes einzelne Paar von Hilfsschwingspulen symmetrisch entlang der Translationsachse relativ zum zentralen Schwingspulen-Hauptabschnitt zu verteilen. Die Symmetrieebene wird so durch einen Schwingspulen-Hauptabschnitt definiert und steht senkrecht zur Translationsachse. Die Symmetrieebene schneidet daher die Mitte des Schwingspulen-Hauptabschnitts, und Schwingspulenabschnitte eines Paares von Schwingspulenabschnitten haben die gleiche Länge und Anordnung der Spulenwicklungen, die symmetrisch zur Symmetrieebene sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des ersten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet ist, und das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ist entlang der Bewegungsachse angeordnet ist und symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet ist, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet ist.
In verschiedenen Ausführungsformen sind mindestens zwei Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten um einen zentralen Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet. Da ein lineares Ansprechverhalten der Schwingspule bevorzugt ist, kann es vorteilhaft sein, jedes einzelne Paar von Hilfsschwingspulen symmetrisch entlang der Translationsachse relativ zum zentralen Schwingspulen-Hauptabschnitt zu verteilen. Die Symmetrieebene wird so durch einen Schwingspulen-Hauptabschnitt definiert und steht senkrecht zur Translationsachse. Die Symmetrieebene schneidet daher die Mitte des Schwingspulen-Hauptabschnitts, und Schwingspulenabschnitte eines Paares von Schwingspulenabschnitten haben die gleiche Länge und Anordnungen der Spulenwicklungen, die symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene sind.
Bei einigen Ausführungen mit einem Schwingspulen-Hauptabschnitt und zwei Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ist ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt angeordnet, und ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ist symmetrisch um das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angeordnet, beide Paare entlang der Bewegungsachse. Somit befinden sich der Schwingspulen-Hauptabschnitt und das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zwischen den beiden Bestandteilen des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten entlang der Bewegungsachse.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten die Steuerung mindestens eines Verstärkers, um das Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln.
In einigen Ausführungsformen kann ein Audiosignal oder ein verarbeitetes Audiosignal an einen Verstärker geliefert werden, der mit einem Schwingspulen-Hilfsabschnitt verbunden ist. Wenn Kriterien für die Kopplung des Schwingspulen-Hilfsabschnitts gemäß der Erfindung erfüllt sind, ermöglichte eine Steuervorrichtung die Versorgung des Verstärkers, was das Audiosignal verstärkt, um ein Hilfssteuersignal zu erzeugen, das dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt über einen Verstärkungskanal zugeführt wird. Wenn die Kriterien für die Kopplung des Schwingspulen-Hilfsabschnitts gemäß der Erfindung nicht erfüllt sind, ermöglicht es eine Steuervorrichtung, den Verstärker mit weniger oder keiner Leistung zu versorgen, so dass ein Leerlauf-Hilfssteuersignal erzeugt wird, das dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt zuzuführen ist. Das Leerlauf-Hilfssteuersignal kann so eine Version des Hilfssteuersignals mit reduzierter Amplitude sein oder es kann auch gar kein Signal sein. In einigen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal alternativ durch einen Trigger oder durch Ermöglichen der Eingabe des Verstärkers, durch Bereitstellen oder Entfernen der Eingabe an den Verstärker, durch Ein- oder Ausschalten des Verstärkerausgangs usw. ein- oder ausgekoppelt werden.
Darüber hinaus kann ein Übergangs-Hilfssteuersignal für Schwingspulen-Hilfsabschnitte bereitgestellt werden, indem die Verstärkung des Hilfssteuersignals gesteuert wird. Mit anderen Worten, die Verstärkung des Hilfssteuersignals kann dadurch gesteuert werden, dass das kleine Eingangssignal nach Bedarf modifiziert und um eine vorbestimmte Verstärkung verstärkt wird und/oder dass ein nicht modifiziertes kleines Eingangssignal empfangen und stattdessen die Verstärkung eingestellt wird. Bei Class-D-Verstärkern kann die Verstärkung z.B. durch Einstellung der Stromversorgung und/oder der Impulserzeugung der Steuersignale eingestellt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird mindestens ein Verstärker gesteuert, um entweder ein Hilfssteuersignal, ein Leerlauf-Hilfssteuersignal oder gegebenenfalls ein Übergangs-Hilfssteuersignal zu erzeugen, alles auf der Basis eines Audiosignals. Ein Audiosignal oder ein verarbeitetes Audiosignal kann einem Verstärker zugeführt werden, der mit einem Schwingspulen-Hilfsabschnitt verbunden ist. Wenn die Kriterien für die Kopplung eines Hilfssteuersignals mit einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten erfüllt sind, ermöglicht eine Schwingspulen-Steuervorrichtung die Versorgung des Verstärkers oder er wird auf andere Weise aktiviert, was das Audiosignal verstärkt, um ein Hilfssteuersignal zu erzeugen, das dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt zugeführt wird. Wenn die Kriterien für die Kopplung des Schwingspulen-Hilfsabschnitts nicht erfüllt sind, ermöglicht die Schwingspulen-Steuervorrichtung, dass der Verstärker weniger oder gar nicht mit Leistung versorgt wird oder anderweitig deaktiviert oder seine Verstärkung reduziert wird, so dass ein Leerlauf-Hilfssteuersignal erzeugt wird, das dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt zuzuführen ist. Das Leerlauf-Hilfssteuersignal kann so eine Version des Hilfssteuersignals mit deutlich reduzierter Amplitude sein, oder es kann überhaupt kein Signal sein.
Ferner kann ein Übergangs-Hilfssteuersignal erzeugt werden, indem die Leistung des Verstärkers gesteuert oder seine Verstärkung anderweitig geregelt wird. Bevorzugt kann das Übergangs-Hilfssteuersignal durch Bereitstellung einer Verstärkung erzeugt werden, die in dem Bereich zwischen der Verstärkung, die dem Verstärker zur Erzeugung des Hilfssteuersignals zugeführt wird, und der Verstärkung, die dem Verstärker zur Erzeugung des Leerlauf-Hilfssteuersignals zugeführt wird, liegt.
Die individuellen Schwingspulenabschnitte einer segmentierten Schwingspule können unterschiedliche Geometrien aufweisen, z.B. unterschiedliche Wicklungszahlen, Wickeldichten, Schwingspulenabschnittshöhen usw. Daher kann es vorteilhaft sein, dass ein Hilfssteuersignal, das selektiv mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt wird, eine Signalverstärkung aufweist, die sich von der Verstärkung des Hauptsteuersignals unterscheidet, das mit dem Schwingspulen-Hauptabschnitt gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die relativen Verstärkungen so gewählt werden, dass ein lineares Ansprechverhalten der Schwingspule auf ein angelegtes Audiosignal gewährleistet ist.
Unterschiedliche Verstärkungen im Hilfssteuersignal und im Hauptsteuersignal können auch in einer Ausführungsform verwendet werden, um Nichtlinearitäten in der Schwingspulenaufhängung und im Magnetsystem bei großen Auslenkungen auszugleichen.
Unter der Verstärkung eines Steuersignals kann als die Amplitude des Steuersignals relativ zum Eingangssignal oder die Spannungsverstärkung des Steuersignals verstanden werden.
Die einzelnen Schwingspulenabschnitte einer segmentierten Schwingspule können ähnliche Geometrien haben, z.B. gleiche Anzahl an Wicklungen, Wickeldichten, Schwingspulen-Abschnittshöhen usw. Daher kann es vorteilhaft sein, dass ein Hilfssteuersignal, das selektiv an Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt ist, eine Signalamplitude hat, die der Amplitude eines Hauptsteuersignals entspricht, das mit einem Schwingspulen-Hauptabschnitt gekoppelt wird, wenn die Auslenkungsanforderung hoch ist. In verschiedenen Ausführungsformen werden die relativen Amplituden so gewählt, dass eine lineare Antwort der Schwingspule auf ein angelegtes Audiosignal gewährleistet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten die Steuerung mindestens eines Schalters zur Kopplung des Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten.
Nach Ausführungsformen der Erfindung werden Schalter verwendet, um die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an Schwingspulen-Hilfsabschnitte zu steuern. Ein Hilfssteuersignal kann daher immer erzeugt werden, wird aber nur dann mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt, wenn ein Schalter die Kopplung des Signals gemäß der Erfindung steuert. Wenn das Hilfssteuersignal nicht mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt ist, werden die Schwingspulen-Hilfsabschnitte mit einem Leerlauf-Hilfssteuersignal oder gegebenenfalls mit einem Übergangs-Hilfssteuersignal gekoppelt. Ein Leerlauf-Hilfssteuersignal kann überhaupt kein Signal sein, da ein Schalter den Eingang und/oder Ausgang zum Schwingspulen-Hilfsabschnitt offen lassen kann, so dass dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt kein Strom und/oder keine Spannung zugeführt wird. Alternativ kann ein Leerlauf-Hilfssteuersignal eine Version des Hilfssteuersignals mit einer reduzierten Amplitude sein und mit Hilfe eines Schalters an einen Schwingspulen-Hilfsabschnitt gekoppelt werden, während das Hilfssteuersignal nicht gekoppelt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal aus mehreren Signalen zusammengesetzt sein. So kann in diesen Ausführungsformen ein erstes Steuersignal immer einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zugeführt werden, und um ein Hilfssteuersignal selektiv mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln, kann ein zweites Steuersignal dem ersten hinzugefügt werden, d.h. das Leerlauf-Hilfssteuersignal kann aus einem ersten Steuersignal zusammengesetzt sein und das Hilfssteuersignal kann aus einer Summe eines ersten Steuersignals und eines zweiten Steuersignals zusammengesetzt sein. Die selektive Addition eines zweiten Steuersignals zur Erzeugung des Hilfssteuersignals kann durch einen Schalter gesteuert werden.
Ein Schalter kann als ein elektrisches Bauelement oder Vorrichtung verstanden werden, das aus diskreten Komponenten aufgebaut oder in eine integrierte Schaltung oder einen Prozessor integriert ist und den Strom unterbrechen oder von einem Anschluss des Schalters zu einem anderen Anschluss des Schalters umleiten kann, so dass die Umleitung des Stroms bestimmt, ob ein Steuersignal gekoppelt ist oder nicht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Leerlauf-Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt, wenn der Auslenkungsanforderung des Wandlers gering ist.
Die Kopplung eines Leerlauf-Hilfssteuersignals, auch als Basissignal bezeichnet, mit Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zusätzlich zur selektiven Kopplung des Hilfssteuersignals bedeutet, dass das Leerlauf- oder Basissignal mit den Schwingspulen-Hilfsabschnitten auch zu Zeiten gekoppelt werden kann, in denen das Hilfssteuersignal selektiv nicht gekoppelt ist. Das Leerlauf-Hilfssteuersignal ist bevorzugt ein kleines Signal im Vergleich zum Hauptsteuersignal, aber mit Frequenzinhalt, der mit dem Hauptsteuersignal synchronisiert ist, wie z.B. eine Version des Hauptsteuersignals mit niedriger Amplitude. In bevorzugten Ausführungsformen erhalten die Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten kontinuierlich, solange ein Audiosignal anliegt, mindestens das Leerlauf-Hilfssteuersignal. Mit anderen Worten, in solchen Ausführungsformen bewirkt die selektive Kopplung nicht das Ein- und Ausschalten des Schwingspulen-Hilfsabschnitts, sondern den Wechsel zwischen der Versorgung mit einem Leerlaufsignal und der Versorgung mit dem vollständigen Hilfssteuersignal.
Ein Vorteil der Bereitstellung des Leerlauf-Hilfssteuersignals anstelle der vollständigen Entkopplung des Schwingspulen-Hilfsabschnitts besteht darin, dass die Wirkung der Gegen-EMK-Bremsung vermieden oder verringert werden kann. Die Gegen-EMK-Bremsung ist eine unerwünschte Störung, d.h. Bremsung, der Hin- und Herbewegung der Schwingspule aufgrund von Strominduktion in einem Schwingspulenabschnitt, die unter Umständen zu Energieverlust und Verzerrungen bei der Wiedergabe des Audiosignals führen kann. Die Schwingspulenabschnitte induzieren aufgrund magnetischer Kopplung gegenseitig Ströme. Außerdem erzeugen die Schwingspulenabschnitte aufgrund der Relativbewegung zum Magnetspalt ebenfalls eine EMK. Der Schwingspulen-Hauptabschnitt wird kontinuierlich durch das kontinuierlich gekoppelte Hauptsteuersignal angetrieben. Ein Schwingspulenabschnitt, der nicht aktiv angesteuert wird, z.B. das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten in Zeiten, in denen das Hilfssteuersignal nicht gekoppelt ist, wird daher einen kleinen Teil der Energie, die vom nahegelegenen aktiven Schwingspulenabschnitt, d.h. dem Schwingspulen-Hauptabschnitt, erzeugt wird, aus dem Magnetsystem ziehen, vor allem dann, wenn sich der Schwingspulen-Hilfsabschnitt nahe dem Magnetfeld des Luftspalts befindet. Dadurch wirkt der inaktive Schwingspulenabschnitt gegen den aktiven Schwingspulenabschnitt, und die elektromotorische Kraft, die von der Hauptschwingspule im Luftspalt verursacht wird, wird leicht reduziert, da ein Teil der Energie nun zur Erregung der inaktiven nahegelegenen Schwingspulenabschnitte verwendet wird. Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden oder zu verringern, dient das Leerlauf-Hilfssteuersignal dazu, eine Vorspannung anzulegen, die die durch die Spulenbewegung und eine etwaige induktive Kopplung der aktiven mit den inaktiven Schwingspulenabschnitten erzeugte Gegen-EMK kompensiert, um die Verlustleistung in diesen Abschnitten zu minimieren, wenn sie nicht benötigt werden. Da für diesen Zweck nur ein relativ kleines Leerlauf-Hilfssignal ausreicht, z.B. in der Größenordnung von 5 bis 25% des Hauptsteuersignals, bleiben die Gesamtvorteile der Erfindung erhalten, wie z.B. die Reduzierung des Stromverbrauchs und der Schwingspulenerwärmung durch Nichtzuführung von vollständigen Signalen zu den Schwingspulen-Hilfsabschnitten, wenn diese durch den Schwingspulen-Hauptabschnitt allein angemessen wiedergegeben werden können, und wie z.B. die Möglichkeit, die Schwingspulen-Hilfsabschnitte zur Kompensation von Nichtlinearitäten im Schwingspulensystem zu verwenden.
Das Leerlauf-Hilfssteuersignal kann auf dem Audiosignal basieren und kann daher als eine Darstellung des Audiosignals angesehen werden. Dies ist sehr vorteilhaft, um das Leerlauf-Hilfssteuersignal zur Reduzierung der Gegen-EMK-Bremsung zu verwenden, da das Leerlauf-Hilfssteuersignal den Schwingspulen-Hilfsabschnitt dazu veranlassen sollte, mit den vom Schwingspulen-Hauptabschnitt erzeugten Kräften zusammenzuarbeiten, anstatt gegen diese zu arbeiten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Leerlauf-Hilfssteuersignal ein erstes Leerlauf-Hilfssteuersignal und das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ist ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, und wobei ein zweites Leerlauf-Hilfssteuersignal mit einem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt ist.
Die zweite Leerlauf-Hilfssteuerung kann ebenfalls vorteilhaft auf dem Audiosignal basieren und kann daher als eine Darstellung des Audiosignals angesehen werden.
Nach Ausführungsformen der Erfindung können ein oder mehrere Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, wie z.B. ein erstes und ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, Leerlauf-Hilfssteuersignale empfangen. Ein Leerlauf-Hilfssteuersignal kann eine Darstellung des Audiosignals mit einer reduzierten Amplitude und/oder einer Phasenverschiebung oder einer angelegten Verzögerung sein, d.h. ein Signal, das durch eine negative Verstärkung gekennzeichnet ist, z.B. ein gedämpftes Steuersignal. z.B. ein verzögertes Steuersignal, z.B. ein IIR- oder FIR-gefiltertes Steuersignal. In einigen Ausführungsformen kann ein Leerlauf-Hilfssteuersignal ein Steuersignal ohne Amplitude sein, d.h. ein Nullsignal. Dies kann insbesondere für Ausführungsformen mit zwei oder mehr Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten relevant sein, bei denen das zweite oder äußere Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten weit vom Luftspalt entfernt ist und somit sowieso nicht signifikant zur unerwünschten Gegen-EMK-Bremsung beiträgt. Bei Audiosignalen mittlerer Größe, bei denen die inneren Schwingspulen-Hilfsabschnitte zur Wiedergabe der Audiosignale voll aktiviert sind, beginnen die äußeren Schwingspulen-Hilfsabschnitte mit den inneren Schwingspulenabschnitten zu koppeln, und ein von Null verschiedenes Leerlauf-Hilfssteuersignal kann auch an die äußeren oder zweiten Schwingspulen-Hilfsabschnitte angelegt werden.
Wenn die Schwingspule zwei oder mehr Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst, können die verschiedenen Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten Leerlauf-Hilfssteuersignale mit unterschiedlichen Verstärkungen und/oder Phasen empfangen, z.B. unterschiedliche Spannungsverstärkung, unterschiedliche Phase oder unterschiedliche Amplitude. Wie vorstehend beschrieben, trägt das äußere Paar der Hilfsschwingspulenpaare bei kleinen Audiosignalen nicht wesentlich zur Gegen-EMK-Bremsung bei und kann daher mit einem kleineren oder sogar Null-Leerlauf-Hilfssteuersignal verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die beiden Leerlauf-Hilfssteuersignale aber im Wesentlichen identisch sein, d.h. die gleiche Verstärkung haben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Amplitude des Leerlauf-Hilfssteuersignals auf der Basis des Audiosignals eingestellt werden, z.B. auf der Basis einer Analyse der Amplitude des Audiosignals. Eine solche Analyse kann von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung, die einen Signalprozessor umfasst, z.B. einen digitalen Signalprozessor, durchgeführt werden. In Ausführungsformen kann das niedrige Leerlauf-Hilfssteuersignal als ein kleines Signal im Verhältnis zur Spannung, zum Strom oder zur Leistung des Hauptsteuersignals dimensioniert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verstärkung des Leerlauf-Hilfssteuersignals auf der Basis des Audiosignals eingestellt werden, z.B. auf der Basis einer Analyse der Amplitude des Audiosignals. Eine solche Analyse kann von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung, die einen Signalprozessor umfasst, z.B. einen digitalen Signalprozessor, durchgeführt und durch Verarbeitung des Audio-Eingangssignals mit digitalen FIR- oder IIR-Filtern bestimmt werden.
Durch die Analyse des Audiosignals durch z.B. eine Schwingspulen-Steuervorrichtung, die einen Signalprozessor umfasst, wie z.B. einen digitalen Signalprozessor, kann es ermöglicht werden, zukünftige Auslenkungsanforderungen mit Hilfe eines Look-Ahead-Puffers vorherzusagen, und dies kann die Art und Weise beeinflussen, wie das Hilfsspulen-Steuersignal angelegt wird. So kann z.B. eine Signalanalyse des Audiosignals ergeben, dass innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eine Auslenkungsanforderung eines bestimmten Betrags erforderlich ist, und um diesen Bedarf zu decken, muss ein Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angelegt werden, bevor der Ausschluss erforderlich ist. Anstatt die Hilfsspulen sofort zu erregen, kann das Hilfsspulen-Steuersignal während der Zeitspanne angelegt und allmählich auf die gewünschte Verstärkung für den vorgegebenen Auslenkungspegel gerampt werden. Durch allmähliches Erhöhen und/oder Verringern der Verstärkung/Phase des Übergangs-Hilfssteuersignals, im Gegensatz zum abrupten Ein-/Ausschalten des gewünschten Übergangs-Hilfssteuersignals, wird die Verzerrung bei der Wiedergabe des Audiosignals aufgrund von Signalpegeländerungen in den Hilfsspulen verringert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verstärkungseinstellung der genannten Änderungen des Hilfssteuersignals in der Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt.
Die Änderungen des Hilfssteuersignals können wie vorstehend beschrieben vorteilhaft sein, da sie im Gegensatz zu Ausführungsformen mit einfachem Ein-/Ausschalten des Hilfssteuersignals, z.B. sofortiges Springen zwischen verschiedenen Pegeln, eine allmähliche Anwendung des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten nach Bedarf bieten. Daher kann es vorteilhaft sein, den Einstellgrad der Hilfssteuersignalverstärkung zu begrenzen. Es kann mit anderen Worten vorteilhaft sein, zu verlangen, dass der Übergang zwischen niedriger und hoher Verstärkung oder umgekehrt relativ langsam erfolgt.
Zu diesem Zweck kann eine Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit implementiert werden. Eine Begrenzung in der Größenordnung von z.B. max. 10 dB/s Verstärkungsanstiegsgeschwindigkeit (gain slew rate) kann vorteilhaft sein, um hörbare Artefakte durch die selektive Kopplung der Hilfssteuersignale zu vermeiden. Dies kann auch erreicht werden, indem ein Mischer mit verschiedenen Ausschlusspegel-Hilfssignalen als Eingänge verwendet wird und ein Steuersignal mit begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit verwendet wird, um das Eingangs-Ausgangsverhältnis des Mischers allmählich von einem Pegel zum anderen zu ändern.
Die Anstiegsgeschwindigkeit des Übergangs des Schwingspulen-Hilfsabschnitts kann präzise gesteuert werden, z.B. durch einen digitalen Signalprozessor, um je nach Zielanwendung eine Verzerrung zu minimieren oder den Wirkungsgrad zu erhöhen. Beispielsweise führt ein schnellerer Übergang zu einem höheren Wirkungsgrad auf Kosten einer erhöhten Verzerrung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Schwingspulen-Hauptabschnitt eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse gemessene Höhe auf, die größer ist als eine in der Richtung entlang der Bewegungsachse gemessene Höhe des Luftspalts.
Zum Stand der Technik auf dem Gebiet der Lautsprecher gehören sowohl sogenannte oberhängige Schwingspulen, deren Höhe größer ist als die Höhe des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse, als auch sogenannte unterhängige Schwingspulen, deren Höhe kleiner ist als die Höhe des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse. Die Höhe des Luftspaltes bezieht sich in dieser Offenbarung auf die Ausdehnung des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse und nicht auf den engen Abstand zwischen dem Magneten oder den Polteilen, die den Luftspalt bilden.
Ein Schwingspulenabschnitt, der eine Höhe hat, die größer ist als die Höhe des Luftspalts entlang der Bewegungsachse, kann daher als oberhängiger Spulenabschnitt bezeichnet werden. Ein oberhängiger Schwingspulen-Hauptabschnitt ist vorteilhaft, da der Schwingspulen-Hauptabschnitt für Audiosignale, die nur geringe Niveaus der Auslenkung der Schwingspule erfordern, immer die gesamte Luftspalthöhe ausfüllen kann. Ein oberhängiger Schwingspulen-Hauptabschnitt bietet ferner den vorteilhaften Effekt, dass Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten nicht durch Hilfssteuersignale aktiviert werden müssen, da sie ohnehin keinen Beitrag leisten würden, so dass bei Signalen mit niedriger Amplitude eine Kopplung von Hilfssteuersignalen vermieden werden kann und dadurch Verzerrungen, die sich aus einer solchen Schaltung ergeben könnten, vermieden werden können. Wenn das Audiosignal größere Auslenkungen erfordert, als der Schwingspulen-Hauptabschnitt aus eigener Bewegung bereitstellen kann, können dann Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten verwendet werden, um zusätzliche elektromotorische Kraft für die Hin- und Herbewegung der Schwingspule bereitzustellen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Schwingspulenabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse gemessene Höhe auf, die kleiner ist als die Höhe des Schwingspulen-Hauptabschnitts.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Schwingspulenabschnitt des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse gemessene Höhe auf, die kleiner ist als die Höhe des Schwingspulen-Hauptabschnitts.
Bei einigen Anwendungen der Erfindung können Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten nur zur weiteren Steigerung der Bewegungsreichweite der Schwingspule benötigt werden, der Hauptteil der elektromotorischen Kraft wird aber nach wie vor von den Schwingspulen-Hauptabschnitten aufgebracht. Bei solchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die Höhe der Schwingspulenabschnitte der Hilfspaare der Schwingspulenabschnitte kleiner ist als die Höhe des Schwingspulen-Hauptabschnitts. Wenn die Gesamthöhe der Schwingspule zunimmt, nimmt auch die Masse der Schwingspule zu, und dies kann den Frequenzgang der Schwingspule beeinflussen, so dass die Schwingspule aufgrund ihrer größeren Trägheit weniger empfindlich auf hochfrequente Signale reagiert.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die Höhe der einzelnen Schwingspulenabschnitte jeweils kleiner als die Höhe des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die Höhe der einzelnen Schwingspulenabschnitte jeweils größer als die Höhe des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist eine kombinierte Höhe der einzelnen Schwingspulenabschnitte größer als die Höhe des Luftspaltes entlang der Bewegungsachse.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die Höhe der einzelnen Schwingspulenabschnitte jeweils gleich hoch wie der Luftspalt entlang der Bewegungsachse, und in alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist die kombinierte Höhe der einzelnen Schwingspulenabschnitte gleich hoch wie der Luftspalt entlang der Bewegungsachse.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die selektive Kopplung eines auf dem Audiosignal basierenden Hilfssteuersignals die Aufrechterhaltung der Kopplung für eine Zeitdauer, die zwei oder mehr Nulldurchgänge des Audiosignals umfasst, z.B. würden Amplitudenänderungen des Hilfsspulensignals progressiv über eine Anzahl von Nulldurchgängen des Hauptsteuersignals auftreten. Die Geschwindigkeit des Nulldurchgangs oder die Zeitspanne zwischen den Nulldurchgängen ist wichtig, da sie die dominante niederfrequente Komponente des Audiosignals anzeigt. Daher kann die Durchführung von Verstärkungsänderungen der Hilfsspule über mehrere Zyklen des dominanten niederfrequenten Anteils des Audiosignals die Hörbarkeit von Verzerrungen minimieren, die durch Änderungen der Signale der Hilfsspule erzeugt werden.
Unter einem Nulldurchgang des Audiosignals versteht man einen Zeitpunkt im Audiosignal, an dem die Amplitude, z.B. Spannung, den Nullpunkt durchläuft.
Die Aufrechterhaltung der Kopplung des selektiv gekoppelten Hilfssteuersignals für eine Zeitspanne, die mehrere Nulldurchgänge oder eine Zeitspanne umfasst, ist vorteilhaft, da verglichen mit einem Hilfssteuersignal, das für eine Zeitdauer gekoppelt wird, die mit einer typischen Schwingungsdauer der Schwingspule vergleichbar ist, weniger Verzerrungen mit der Zeit im wiedergegebenen Audiosignal vorhanden sein können. Selbst kleine Fehler im Schaltpunkt beim Ein- und Auskoppeln von Steuersignalen ein oder mehrere Male pro Schwingung führen zur Verzerrung, da das Schalten mit derselben oder einer ähnlichen Frequenz wie das Steuersignal erfolgt.
In diesem Sinne kann die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals, die die Aufrechterhaltung der Kopplung über mehrere Nulldurchgänge oder Zeitperioden umfasst, als „langsame“ oder zögerliche oder Hysterese-Kopplung angesehen werden, d.h. die Kopplung wird über eine Zeitdauer aufrechterhalten, die größer ist als eine charakteristische Zeitdauer von Schwingungen der Schwingspule, unabhängig von der zwischenzeitlich abnehmenden Auslenkungsanforderung. In einer Ausführungsform wird die langsam wirkende selektive Kopplung, d.h. die zeitverzögerte selektive Kopplung zur Deaktivierung der Schwingspulen-Hilfsabschnitte angewendet, während die Einkopplung des Hilfssteuersignals so bald wie möglich erfolgen kann, nachdem der Auslenkungsanforderung die vorgegebene Auslenkungsschwelle für das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten überschreitet. In diesem Sinne kann die Aufrechterhaltung der Kopplung für eine bestimmte Zeitdauer auch als ein Peak-Hold-Merkmal betrachtet werden, das dazu dient, Änderungen in der Schwingspulen-Mischung während häufiger Peaks im Audiosignal zu verhindern, und zu diesem Zweck kann die Zeitdauer vorteilhaft auf einige wenige Perioden der niedrigsten gewünschten Frequenz des Systems eingestellt werden, z.B. 500 - 500 ms.
Die Beibehaltung der Kopplung des Hilfssteuersignals für mehrere Nulldurchgänge ist zusammen mit dem oben beschriebenen Merkmal des einstellbaren Hilfssteuersignals mit Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzung der Verstärkung besonders vorteilhaft, wobei Fehler in der Auslenkungsvorhersage nur zu einem geringen Anstieg der Verzerrungsprodukte niedriger Ordnung führen, da die Anstiegsgeschwindigkeit der Spulenübergänge relativ zur Bandbreite des Steuersignals langsam ist. Außerdem kann diese Verzerrung vermieden werden, indem das Paar der Schwingspulen-Hilfsabschnitte früher oder mit einer geringeren Auslenkung auf Kosten des Gesamtwirkungsgrades aktiviert wird.
Nach Ausführungsformen der Erfindung, in denen die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals die Kopplung eines Übergangs-Hilfssteuersignals umfasst, kann sich die Zeitspanne auf eine Zeitdauer beziehen, in der die Verstärkung oder Amplitude des Übergangs-Hilfssteuersignals bei einem konstanten Wert der Verstärkung oder Amplitude oder Phase gehalten wird, wie z.B. einem konstanten Verstärkungs- oder Amplitudenwert, der auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals ermittelt wurde.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist diese Zeitdauer eine vorbestimmte Zeitdauer.
Unter einer vorgegebenen Zeitdauer kann jede Zeitdauer verstanden werden, die eine charakteristische Zeit der Schwingung der Schwingspule, z.B. die Schwingungsdauer der Schwingspule, überschreitet. Die Schwingungsdauer der Schwingspule hängt von den Frequenzen der Steuersignale ab, die an den Schwingspulenabschnitten angelegt werden, bei den tiefsten für das menschliche Ohr erkennbaren Frequenzen, z.B. 20 Hz, beträgt die entsprechende Schwingungsdauer aber 50 Millisekunden. Daher würde eine vorgegebene Zeitdauer von mehr als 50 Millisekunden für die meisten Audiosignale bedeuten, dass ein Hilfssteuersignal an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten für eine Zeitdauer gekoppelt wird, die eine Schwingung der Schwingspule übersteigt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die besagte vorbestimmte Zeitdauer auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals festgelegt.
Eine Analyse des Audiosignals kann vorschreiben, dass ein oder mehrere Hilfssteuersignale selektiv mit einem oder mehreren entsprechenden Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten für eine vorbestimmte Zeitdauer gekoppelt werden. Die vorbestimmte Zeitdauer kann ein oder mehrere Male während des Anwendens des Audiosignals festgelegt werden, z.B. mehrere Male, und jede aufeinanderfolgende selektive Kopplung des Hilfssteuersignals kann für eine andere vorbestimmte Zeitdauer dauern.
Durch die Analyse des Audiosignals kann möglicherweise vorhergesagt werden, wann große Auslenkungen der Schwingspule erforderlich sind, wenn ein oder mehrere Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten mit Hilfssteuersignalen gekoppelt werden müssen.
Die Signalanalyse des Audiosignals kann von einem digitalen Signalprozessor, wie z.B. dem digitalen Signalprozessor, der Schwingspulen-Steuervorrichtung, durchgeführt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind das Hauptsteuersignal und das Hilfssteuersignal gegenüber dem Audiosignal um eine Zeitverzögerung verzögert.
Die Ansteuersignale, d.h. Hauptsteuersignal und Hilfssteuersignale wie z.B. Leerlauf-Hilfssteuersignale und Übergangs-Hilfssteuersignale, können für eine kurze Zeitdauer verzögert sein, d.h. eine Zeitverzögerung, die auch als Look-Ahead-Verzögerung bezeichnet wird, wie z.B. eine Zeitdauer von einigen Millisekunden bis zu einigen hundert Millisekunden. Der Grad der Verzögerung kann bevorzugt ausgewählt werden unter Berücksichtigung des niedrigsten zu behandelnden Frequenzinhalts, z.B. 20 Hz, oder z.B. höher für die Hochtöner von Zwei- oder Dreiweg-Lautsprechern, z.B. so, dass eine Vorhersage auf der Basis mindestens einer und bevorzugt mehrerer Perioden des niedrigsten vorgesehenen Frequenzinhalts getroffen werden kann. Durch die Verzögerung können bestimmte Arten der Signalanalyse am Audiosignal durchgeführt werden, bevor Steuersignale an Schwingspulenabschnitte angelegt werden. Eine solche Analyse kann verwendet werden, um zukünftige Vorhersagen von Auslenkungsanforderungen, z.B. Darstellungen der Auslenkungsanforderung, auf der Basis eines kürzeren oder längeren Signalinhalts zu erstellen.
Unter einer Signalanalyse des Audiosignals im Kontext mit einer Zeitverzögerung kann also eine Analyse verstanden werden, die an Teilen des Audiosignals durchgeführt wird, die noch nicht unter Verwendung von Steuersignalen wiedergegeben wurden.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird die Signalanalyse auf einem Zeitabschnitt des Audiosignals durchgeführt.
Unter einem Zeitabschnitt kann ein kurzes Zeitfenster verstanden werden, in dem das Audiosignal analysiert werden kann, um eine Grundlage für die Kopplung von Steuersignalen, wie z.B. einem Hauptsteuersignal und Hilfssteuersignalen, wie Leerlauf-Hilfssteuersignale und Übergangs-Hilfssteuersignale, zu schaffen.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Audiosignal innerhalb eines Zeitabschnitts analysiert, der sich von der Gegenwart und zurück für eine kurze Dauer erstreckt. So wird das Audiosignal, das in dieser vergangenen kurzen Dauer an die Schwingspule angelegt wurde, als Grundlage für die selektive Kopplung von Hilfsschwingspulen verwendet. Als Beispiel kann sich aus einer Analyse des bereits angelegten Audiosignals ergeben, dass die Anzahl der hohen Peaks im Audiosignal pro Zeit sehr hoch war, und daher kann die vorgegebene Zeitdauer für die selektive Kopplung von Hilfssteuersignalen so gewählt werden, dass die Hilfssteuersignale für eine Zeitdauer beibehalten werden, die die typische Zeit zwischen solchen hohen Peaks übersteigt. Zu einem späteren Zeitpunkt im Audiosignal, wenn eine frühere Peakhistorie im Steuersignal, wie bereits auf Schwingspulenabschnitte angewendet, zeigt, dass die Anzahl der hohen Peaks im Audiosignal pro Zeit verringert wird, kann die vorgegebene Zeitdauer entsprechend verringert werden, so dass die Leistungsaufnahme der Schwingspule verringert werden kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der genannte Zeitabschnitt identisch mit der genannten Zeitverzögerung.
Bei der Analyse eines Zeitabschnitts, z.B. eines Zeitfensters, der sich auf einen Teil des Audiosignals bezieht, der aufgrund der Zeitverzögerung oder Look-Ahead-Verzögerung noch nicht von der Schwingspule wiedergegeben wurde, kann dieses Zeitfenster eine Dauer haben, die mit der Zeitverzögerung oder Look-Ahead-Verzögerung identisch ist. Dies ist sinnvoll, da sich eine Analyse eines Audiosignals, das gleichzeitig wiedergegeben wird, nicht über die Zeitdauer der Zeitverzögerung hinaus erstrecken kann. Beträgt die Look-Ahead-Verzögerung 50 Millisekunden, dann kann die Analyse nur in einem Zeitfenster durchgeführt werden, das kleiner oder gleich 50 Millisekunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Signalanalyse des Audiosignals eine Peakanalyse des Audiosignals.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beruht die selektive Kopplung auf einer Vorhersage der Peakauslenkung der Schwingspule innerhalb des Zeitfensters. Wenn die Vorhersage der Schwingspulen-Peakauslenkung dazu führt, dass die vorhergesagte Schwingspulenauslenkung einen oder mehrere bestimmte Schwellenwerte überschreitet, werden ein oder mehrere Hilfssteuersignale mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt. Solche Schwellenwerte können vorgegebene Auslenkungspegel sein.
Eine Analyse des Audiosignals innerhalb des Zeitfensters kann eine Vorhersage eines Peaks der Auslenkungsanforderung der Schwingspule liefern, der größer als ein oder mehrere Schwellenwerte ist, und dementsprechend können Hilfssteuersignale mit Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt werden. In diesem Sinne können geeignete Hilfssteuersignale an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten vor einem Abschnitt des Audiosignals, für die die entsprechende Auslenkungsanforderung angefordert wird, angewendet werden. Mit anderen Worten, Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten können mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt werden, bevor die Kopplung als notwendig erachtet wird, um die vom Audiosignal diktierte erforderliche Auslenkung zu liefern. Diese vorzeitige Kopplung ermöglicht z.B. sanfte, selektive Kopplungen von Übergangs-Hilfssteuersignalen.
Das Zeitfenster, das einen Zeitabschnitt des Audiosignals darstellt, kann somit eine Umgebung für die Vorhersage der erforderlichen Auslenkungsanforderung für dieses Zeitfenster schaffen, und eine solche Vorhersage kann auf der Basis einer Analyse des Audiosignals innerhalb des Zeitfensters erfolgen, wie z.B. einer Analyse eines maximalen Peaks der Amplitude des Audiosignals innerhalb des Zeitfensters oder einer Analyse irgendeines anderen Parameters, der sich auf das Audiosignal innerhalb des Zeitfensters bezieht.
Als Beispiel kann die vorgegebene Zeitdauer für die selektive Kopplung von Hilfssteuersignalen für ein gegebenes Zeitfenster festgelegt werden und kann mehrfach in aufeinanderfolgenden Zeitfenstern der Signalanalyse etabliert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die vorgegebene Zeitdauer für die selektive Kopplung identisch mit der Dauer des Zeitfensters. Die Analyse des Audiosignals kann ferner vorschreiben, dass die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt, die über ein individuelles Zeitfenster hinausgeht, z.B. über die kollektive Zeit von zwei oder mehr Zeitfenstern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die besagte Signalanalyse an dem besagten Audiosignal wiederholt durchgeführt.
Die Signalanalyse kann wiederholt an aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten des Audiosignals durchgeführt werden, solange ein Audiosignal anliegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Zeitfenster ein dynamisches Zeitfenster, das dem zeitlichen Verlauf des Audiosignals folgt, wenn auch aufgrund einer möglichen Zeitverzögerung zeitlich dem angelegten Ansteuersignal vorhergehend.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals erstellt.
Durch die Analyse des Audiosignals mit Hilfe der Signalanalyse in Kombination mit einer Look-Ahead-Verzögerung kann es möglich sein, Vorhersagen über die Darstellung der Auslenkungsanforderung zu treffen, die möglicherweise erforderlich sind, um das Audiosignal während einer kommenden Zeitperiode zu reproduzieren, z.B. einer Zeitperiode mit einer Dauer, die mit der Zeitverzögerung identisch ist. Die Analyse kann durch die Schwingspulen-Steuervorrichtung durchgeführt werden, der einen Signalprozessor, z.B. einen digitalen Signalprozessor, enthalten kann.
Auf diese Weise kann die Schwingspulen-Steuervorrichtung dem wiedergegebenen Audiosignal, d.h. dem Audiosignal, wie es durch die Hin- und Herbewegung der Schwingspule erzeugt wird, um eine kleine Zeitlücke zeitlich voraus sein. Diese Zeitlücke ermöglicht es der Schwingspulen-Steuervorrichtung, das Audiosignal zu untersuchen und zu bestimmen, wie auf Änderungen im Audiosignal zu reagieren ist, bevor ein entsprechendes Steuersignal an die Schwingspule angelegt werden muss.
Die Auslenkungsanforderung kann alternativ oder zusätzlich aus der Signalanalyse vergangener Inhalte des Audiosignals ermittelt werden, d.h. „durch Erfahrung“ statt „durch Vorhersage“. Solche Ausführungsformen vermeiden die Look-Ahead-Verzögerung, die unerwünscht sein kann, z.B. bei Verwendung zusammen mit anderen Audiogeräten oder Video, sondern können stattdessen auf der Annahme beruhen, dass der zukünftige Signalinhalt dem vergangenen Signalinhalt ähnlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Darstellung der Auslenkungsanforderung eine Eigenschaft des Audiosignals, und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels ist ein Schwellenwert, der mit der Eigenschaft des Audiosignals zusammenhängt.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Vergleich zwischen einer Eigenschaft des Audiosignals und einem vorgegebenen Schwellenwert dieser Eigenschaft vorgenommen. Der vorgegebene Schwellenwert kann bestimmen, wann ein Steuersignal selektiv mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln ist. Die Eigenschaft des Audiosignals kann der unmittelbare Pegel des Audiosignals, einer Audiosignalhüllkurve, ein Mittelwerttyp, z.B. RMS, des Audiosignals oder seine Amplitude, ein Peakmaximum des Audiosignals oder eine vorhergesagte Lautstärke sein. Die Lautstärke kann als eine subjektive Wahrnehmung des von einem Lautsprechersystem erzeugten Schalldrucks verstanden werden. Wenn die Eigenschaft des Audiosignals größer ist als sein zugehöriger Schwellenwert, wird ein Hilfssteuersignal an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt. Entsprechend diesen verschiedenen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal während mehrerer Audiosignalzyklen an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt oder nicht gekoppelt werden.
Ein Vergleich der Eigenschaft des Audiosignals mit einem vorgegebenen Schwellenniveau kann auf der Basis eines aktuellen Audiosignalwertes, vergangener Audiosignalwerte und/oder zukünftiger Audiosignalwerte durchgeführt werden. Eine Vorhersage zukünftiger Audiosignalwerte kann auf der Basis einer Analyse des Audiosignals erstellt werden, die von der Schwingspulen-Steuervorrichtung durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bezieht sich diese Eigenschaft des Audiosignals auf eine Amplitude des Audiosignals.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Darstellung der Auslenkungsanforderung eine Eigenschaft des Audiosignals, und diese Eigenschaft ist die Amplitude des Audiosignals. Und typischerweise ist die Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels ein Amplitudenschwellenwert. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung umfassen daher den Vergleich einer Amplitude des Audiosignals mit einem Amplitudenschwellenpegel, um ein Steuersignal selektiv mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln. Diese Amplitude kann die gegenwärtige Amplitude des Audiosignals, die Amplitude einer Hüllkurve des Audiosignals, ein Mittelwerttyp der Audiosignalamplitude, ein Peakmaximum der Amplitude des Audiosignals oder eine vorhergesagte Lautstärke sein. Wenn die Amplitude des Audiosignals größer als der Amplitudenschwellenwert ist, wird ein Hilfssteuersignal an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt. In diesen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal während mehrerer Audiosignalzyklen mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt werden oder nicht.
Der Vergleich der Amplitude des Audiosignals mit einer vorgegebenen Amplitudenschwelle kann auf der Basis eines aktuellen Audiosignalwertes, vergangener Audiosignalwerte und/oder zukünftiger Audiosignalwerte durchgeführt werden. Eine Vorhersage zukünftiger Audiosignalwerte kann unter Verwendung einer Schwingspulen-Steuervorrichtung mit einem Signalprozessor, z.B. einem digitalen Signalprozessor, in Kombination mit einer Verzögerung des Audiosignals durchgeführt werden.
Nach Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Vergleich einer Darstellung der Auslenkungsanforderung mit einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungsniveaus bzw. Auslenkungspegels durchgeführt wird, kann der Vergleich mit einer bestimmten Häufigkeit, d.h. in bestimmten Zeitabständen, durchgeführt werden. Es kann vorteilhaft sein, eine Frequenz zu wählen, die nicht zu Verzerrungen führt. In Ausführungsformen mit einem Zeitfenster von einer bestimmten Dauer kann diese Dauer als Anhaltspunkt für die Auswahl eines Intervalls für die Durchführung der Vergleiche und damit der Entscheidungen dienen, z.B. kann ein kurzes Zeitfenster die Auswahl kurzer Entscheidungsintervalle in einer Ausführungsform erfordern, um keine Verzerrung zu verursachen. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann die Frequenz des Vergleichs im Intervall von 10 Hz bis 10 MHz liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann die Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels auf einen festen Wert eingestellt werden oder es kann ein dynamischer Wert sein. Ein fester Wert kann von einem Fachmann gewählt werden, um in Abhängigkeit von der Zielanwendung die Verzerrung des Audiosignals zu minimieren oder die Leistungseffizienz zu erhöhen. Ein dynamischer Wert kann manuell durch einen Nutzer oder automatisch, z.B. durch einen digitalen Signalprozessor, eingestellt werden. Ein automatisch angepasster dynamischer Wert kann von der Zielanwendung oder der Art des Audiosignals, z.B. Sprache, Musik usw., abhängen, ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann die Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels auch von der Frequenzzusammensetzung des Audiosignals und/oder dem Frequenzgang des Lautsprechers abhängen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Kopplung des Hilfssteuersignals auf einer benutzerdefinierten Eingabeauswahl.
Unter einer benutzerdefinierten Eingabeauswahl kann verstanden werden, dass der Nutzer eines Lautsprechers, der die Schwingspule enthält, einen Parameter einstellt, der die Wiedergabe des Audiosignals betrifft. Ein solcher Parameter kann die Lautstärke oder Lautheit sein, die für das wiedergegebene Audiosignal gewünscht wird. Eine solche Einstellung kann z.B. durch einen Lautstärkeknopf/-regler erfolgen. Wenn ein Benutzer z.B. eine hohe Lautstärke oder Lautheit wählt, kann es erforderlich sein, Hilfssteuersignale an ein oder mehrere Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten anzulegen, um die Schwingspulenauslenkung zu gewährleisten, die für die vom Benutzer gewünschte Wiedergabe des Audiosignals erforderlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf der Messung der Schwingspulenauslenkung unter Verwendung mindestens eines Positionssensors, und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels ist ein Schwellenwert, der mit der Auslenkung der Schwingspule zusammenhängt.
In Ausführungsformen der Erfindung beruht die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf der Messung der Position der Schwingspule mit einem Sensor. Diese Ausführungsformen umfassen Sensoren, die auf magnetischen Mitteln, optischen Mitteln, akustischen Mitteln und/oder induktiven Mitteln beruhen, aber die Sensoren sind erfindungsgemäß nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung umfassen den Vergleich einer Messung der Schwingspulenauslenkung mit einem vorbestimmten Schwellenpegel der gemessenen Schwingspulenauslenkung, um ein Ansteuersignal selektiv mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln. Dieser Vergleich kann auf der Amplitude der Messung der Schwingspulenauslenkung beruhen. Diese Amplitude kann die gegenwärtige Amplitude, die Amplitude einer Hüllkurve, ein Mittelwerttyp der Amplitude oder ein Peakmaximum der Amplitude sein. Wenn die Amplitude der Messung der Schwingspulenauslenkung größer als ein Amplitudenschwellenwert ist, wird ein Hilfssteuersignal an ein Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitte gekoppelt. In diesen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal während mehrerer Audiosignalzyklen an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt oder nicht gekoppelt werden.
Der Vergleich einer Messung der Schwingspulenauslenkung mit einem vorgegebenen Auslenkungspegel kann auf der Basis eines aktuellen Signalwertes, vergangener Signalwerte und/oder zukünftiger Signalwerte durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Darstellung der Auslenkungsanforderung auf dem Strom und/oder der Spannung in den Schwingspulenabschnitten und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels ist ein Schwellenwert, der sich auf den Strom und/oder die Spannung in den Schwingspulenabschnitten bezieht.
Während des Anlegens eines Antriebsignals erfährt jeder Schwingspulenabschnitt aufgrund der Änderung des magnetischen Flusses durch seine Spulen beim Durchgang durch den Luftspalt einen Induktionsstrom. Daher umfasst der Strom in einem Schwingspulenabschnitt zusätzlich zu dem angelegten Steuersignalstrom einen induzierten Strom. Durch Messung und Analyse des Stroms und/oder der Spannung in mindestens einem Schwingspulenabschnitt ist es daher möglich, eine Darstellung der Auslenkungsanforderung zu erstellen.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung umfassen den Vergleich einer Messung des Stroms und/oder der Spannung in mindestens einem Schwingspulenabschnitt mit einem vorbestimmten Schwellenpegel des gemessenen Stroms und/oder der gemessenen Spannung, um ein Steuersignal selektiv mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln. Dieser Vergleich kann auf der Amplitude des induzierten Stroms und/oder der induzierten Spannung beruhen. Diese Amplitude kann die aktuelle Amplitude, die Amplitude einer Hüllkurve, ein Mittelwerttyp der Amplitude oder ein Peakmaximum der Amplitude sein. Wenn die Amplitude des Induktionsstroms und/oder der Induktionsspannung größer als eine Amplitudenschwelle ist, wird ein Hilfssteuersignal an ein Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitte gekoppelt. In diesen Ausführungsformen kann das Hilfssteuersignal während mehrerer Audiosignalzyklen an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt sein oder nicht gekoppelt sein.
Der Vergleich des Stroms und/oder der Spannung mit einem vorgegebenen Auslenkungsniveau kann auf der Basis eines aktuellen Signalwerts, vergangener Signalwerte und/oder zukünftiger Signalwerte durchgeführt werden.
Verschiedene Ausführungsformen führen einen Vergleich einer Darstellung der Auslenkungsanforderung und einer Darstellung eines vorgegebenen Auslenkungspegels auf der Basis mehrerer Signale durch, z.B. einen Vergleich auf der Basis einer Kombination des Audiosignals und des Stroms und/oder der Spannung in mindestens einem Schwingspulenabschnitt. Solche Ausführungsformen können eine zuverlässigere oder genauere selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals mit Schwingspulen-Hilfsabschnitten ermöglichen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten einen oberen Schwingspulenabschnitt und einen unteren Schwingspulenabschnitt, wobei der obere Schwingspulenabschnitt und der untere Schwingspulenabschnitt jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts entlang der Bewegungsachse angeordnet sind.
Unter einem oberen Schwingspulenabschnitt kann ein erster Schwingspulen-Hilfsabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten verstanden werden, und ein unterer Schwingspulenabschnitt kann als ein zweiter Schwingspulen-Hilfsabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten verstanden werden. Die Terminologie kann auch vertauscht werden, so dass der obere Schwingspulenabschnitt ein zweiter Schwingspulen-Hilfsabschnitt und der untere Schwingspulenabschnitt ein erster Schwingspulen-Hilfsabschnitt ist. Wenn die Schwingspule mehr Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst, wie z.B. ein zweites Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitte, können die Elemente eines solchen Paares in ähnlicher Weise als ein zweiter oberer Schwingspulenabschnitt und ein zweiter unterer Schwingspulenabschnitt bezeichnet werden.
In diesem Sinne können die Schwingspulenelemente eines Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten auf individueller Basis gesteuert werden, daher die Unterscheidung zwischen einem oberen Schwingspulenabschnitt und einem unteren Schwingspulenabschnitt. Die Steuerung einzelner Schwingspulenabschnitte von Paaren von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ist vorteilhaft, da Gleichrichtungen von Hilfssteuersignalen genutzt werden können, und dies kann ferner die vorteilhaften Effekte einer geringeren Leistungsaufnahme der Schwingspule und damit auch einer geringeren übermäßigen Schwingspulenerwärmung mit sich bringen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bereitstellen eines Hilfssteuersignals das Bereitstellen eines oberen gleichgerichteten Steuersignals an den oberen Schwingspulenabschnitt und das Bereitstellen eines unteren gleichgerichteten Steuersignals an den unteren Schwingspulenabschnitt;
wobei das obere gleichgerichtete Steuersignal durch Dämpfung, wie z.B. Blockierung, einer ersten Stromrichtung des Hilfssteuersignals bereitgestellt wird;
wobei das untere gleichgerichtete Steuersignal durch Dämpfung, wie z.B. Blockierung, einer zweiten Stromrichtung des Hilfssteuersignals bereitgestellt wird; und
wobei die erste und die zweite Stromrichtung des Hilfssteuersignals entgegengesetzte Stromrichtungen sind.
Ein Steuersignal, das einer Schwingspule zugeführt wird, kann einen Strom umfassen, der zwischen einem Fluss in einer ersten Stromrichtung und einem Fluss in einer zweiten Stromrichtung durch die Schwingspulenwicklungen wechselt, wobei die erste Stromrichtung und die zweite Stromrichtung entgegengesetzte Stromrichtungen sind. Wenn Strom in einer ersten Stromrichtung durch die Schwingspulenwicklungen fließt, kann eine elektromotorische Kraft auf die Schwingspule in einer ersten Richtung der Bewegungsachse erzeugt werden, und wenn Strom in einer zweiten Stromrichtung durch die Schwingspulenwicklungen fließt, kann eine elektromotorische Kraft auf die Schwingspule in einer zweiten Richtung der Bewegungsachse erzeugt werden, wobei die erste Richtung der Bewegungsachse und die zweite Richtung der Bewegungsachse entgegengesetzte Richtungen entlang der Bewegungsachse sind. Somit können auf die Schwingspule Kräfte in beiden Bewegungsrichtungen entlang der Bewegungsachse ausgeübt werden, was die Hin- und Herbewegung der Schwingspule innerhalb des Luftspalts ermöglicht.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Bereitstellung des Hilfssteuersignals die Bereitstellung eines oberen gleichgerichteten Steuersignals an den oberen Schwingspulenabschnitt und die Bereitstellung eines unteren gleichgerichteten Steuersignals an den unteren Schwingspulenabschnitt. Das obere gleichgerichtete Steuersignal kann durch Dämpfung oder Blockierung einer ersten Stromrichtung des Hilfssteuersignals erzeugt werden, während das untere gleichgerichtete Steuersignal durch Dämpfung oder Blockierung einer zweiten Stromrichtung des Hilfssteuersignals erzeugt werden kann, die der ersten Stromrichtung entgegengesetzt ist.
Eine Dämpfung eines Stroms kann als eine Reduzierung von Strom und/oder Spannung des Signals verstanden werden, z.B. kann ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal durch Dämpfung einer ersten Stromrichtung eines Hilfssteuersignals erzeugt werden, und somit kann die Größe des Stromflusses in einer ersten Stromrichtung im oberen gleichgerichteten Steuersignal kleiner sein als die Größe des Stromflusses in einer ersten Stromrichtung im Hilfssteuersignal.
Das Blockieren eines Stroms kann als eine Reduzierung des Stroms verstanden werden, so dass nach dem Blockieren des Stroms kein wesentlicher Strom fließt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann, wenn der Strom eines Hilfssteuersignals in einer ersten Stromrichtung fließt, dieser Strom im Wesentlichen zum unteren Schwingspulenabschnitt fließen, während sein Fluss zum oberen Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. In ähnlicher Weise kann, wenn der Strom eines Hilfssteuersignals in einer zweiten Stromrichtung fließt, dieser Strom im Wesentlichen zum oberen Schwingspulenabschnitt fließen, während der Fluss zum unteren Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. Das obere gleichgerichtete Steuersignal und die unteren gleichgerichteten Steuersignale sind so angeordnet, dass sie einen Strom liefern, der in einer geeigneten Stromrichtung fließt, um eine elektromotorische Kraft auf die Schwingspule zu erzeugen, so dass das Audiosignal korrekt wiedergegeben wird.
Alternativ kann in anderen verschiedenen Ausführungsformen der Stromfluss umgekehrt werden, so dass der in der ersten Stromrichtung fließende Strom im Wesentlichen zum oberen Schwingspulenabschnitt fließen kann und sein Fluss zum unteren Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. Und in ähnlicher Weise kann, wenn der Strom eines Hilfssteuersignals in einer zweiten Stromrichtung fließt, dieser Strom im Wesentlichen zum unteren Schwingspulenabschnitt fließen, während sein Fluss zum oberen Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. Das obere gleichgerichtete Steuersignal und die unteren gleichgerichteten Steuersignale sind so angeordnet, dass sie einen Strom liefern, der in einer geeigneten Stromrichtung fließt, um eine elektromotorische Kraft auf die Schwingspule zu erzeugen, so dass das Audiosignal korrekt wiedergegeben wird.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird das obere gleichgerichtete Ansteuersignal erzeugt, indem das Hilfssteuersignal durch eine Gleichrichtereinheit, z.B. eine Diode oder einen MOSFET, geleitet wird. Eine Gleichrichtereinheit kann als eine Einheit, eine Vorrichtung, ein Schaltkreis oder ein Schaltungselement verstanden werden, die Strom asymmetrisch verarbeiten, d.h. eine Gleichrichtereinheit kann in einer ersten Weise auf einen Strom in einer ersten Richtung reagieren und in einer zweiten Weise auf einen Strom in einer zweiten Richtung reagieren. Ein Beispiel für eine Gleichrichtereinheit ist eine Diode, die innerhalb der Strom- und/oder Spannungsbegrenzungen der Diode durch eine asymmetrische Leitfähigkeit, d.h. niedrigen Widerstand für eine Stromrichtung und hohen Widerstand für die entgegengesetzte Stromrichtung, gekennzeichnet sein kann. Um das obere gleichgerichtete Signal zu erzeugen, kann eine Diode integriert werden, um eine erste Stromrichtung des Hilfssteuersignals zu blockieren, während der Durchgang einer zweiten Stromrichtung des Hilfssteuersignals zugelassen wird. Auf diese Weise kann eine erste Stromrichtung im oberen Schwingspulenabschnitt durch die Diode gedämpft oder blockiert werden. Die obige Argumentation gilt in ähnlicher Weise für die Erzeugung des unteren gleichgerichteten Steuersignals, das in ähnlicher Weise erzeugt werden kann, indem das Hilfssteuersignal durch eine Gleichrichtereinheit, z.B. eine Diode, geleitet wird, um eine zweite Stromrichtung des Hilfssteuersignals zu blockieren, während eine erste Stromrichtung des Hilfssteuersignals durchgelassen wird. Dadurch kann eine zweite Stromrichtung im unteren Schwingspulenabschnitt durch die Diode gedämpft oder blockiert werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die oberen und unteren gleichgerichteten Ansteuersignale von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung bereitgestellt, die das Audiosignal als Eingangssignal zur Verarbeitung nimmt. Die Signale können von einem digitalen Signalprozessor der Schwingspulen-Steuervorrichtung digital bereitgestellt werden. Der Schwingspulen-Steuervorrichtung kann dann verschiedene Steuersignale, z.B. ein Hauptsteuersignal, ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal und ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal, an die entsprechenden Schwingspulenabschnitte der Schwingspule liefern. Auf diese Weise werden die Steuersignale in der Schwingspulen-Steuervorrichtung auf der Basis einer Analyse des Audiosignals erzeugt. In dieser Ausführung können die Steuersignale den Schwingspulenabschnitten über einen oder mehrere Verstärker, wie z.B. einen oder mehrere Verstärker, die einen oder mehrere Verstärkungskanäle umfassen, zugeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen, wenn die Auslenkung der Schwingspule es dem unteren Schwingspulenabschnitt ermöglicht, substantiell zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft beizutragen, kann das vom unteren Schwingspulenabschnitt empfangene Steuersignal im Wesentlichen das Hilfssteuersignal sein. Wenn die Auslenkung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, d.h. der obere Schwingspulenabschnitt näher am Luftspalt liegt als der untere Schwingspulenabschnitt, kann das untere gleichgerichtete Steuersignal, das vom unteren Schwingspulenabschnitt empfangen wird, durch Dämpfung oder Blockierung des Hilfssteuersignals erzeugt werden, d.h. das untere gleichgerichtete Steuersignal kann dem unteren Schwingspulenabschnitt keinen wesentlichen Strom zuführen. Wenn die Auslenkung es dem oberen Schwingspulenabschnitt ermöglicht, substantiell zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft beizutragen, kann das vom oberen Schwingspulenabschnitt empfangene Steuersignal im Wesentlichen das Hilfssteuersignal sein. Wenn die Auslenkung in entgegengesetzter Richtung erfolgt, d.h. der untere Schwingspulenabschnitt näher am Luftspalt liegt als der obere Schwingspulenabschnitt, kann das vom oberen Schwingspulenabschnitt empfangene obere gleichgerichtete Steuersignal durch Dämpfung oder Blockierung des Hilfssteuersignals erzeugt werden, d.h. das obere gleichgerichtete Steuersignal kann dem oberen Schwingspulenabschnitt keinen wesentlichen Strom zuführen.
Gemäß der Erfindung kann der Strom, der den Schwingspulenabschnitten der segmentierten Schwingspule zugeführt wird, durch Dämpfung oder Blockierung von Steuersignalen reduziert werden. Es ist besonders vorteilhaft, den Strom zu den Schwingspulenabschnitten zu blockieren, die nicht zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft beitragen. In verschiedenen Ausführungsformen reduziert die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten die Leistungsaufnahme der Erfindung, wenn die Auslenkungsanforderung gering ist. Durch zusätzliche Integration einer oder mehrerer Gleichrichtereinheiten, die den Strom asymmetrisch verarbeiten, z.B. Dioden, kann die Erfindung so angeordnet werden, dass die Auslenkung das Tonsignal wiedergeben kann, während der Stromverbrauch und die Überhitzung weiter reduziert werden, da einer der beiden Schwingspulen-Hilfsabschnitte bei selektiver Kopplung reduzierten oder im Wesentlichen keinen Strom erhält.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bereitstellen des oberen gleichgerichteten Steuersignals die Verarbeitung des Hilfssteuersignals unter Verwendung einer oberen Gleichrichtereinheit und das Bereitstellen des unteren gleichgerichteten Steuersignals umfasst die Verarbeitung des Hilfssteuersignals unter Verwendung einer unteren Gleichrichtereinheit.
Gemäß der Erfindung wird ein oberes gleichgerichtetes Signal durch Dämpfung oder Blockierung einer ersten Stromrichtung eines Hilfssteuersignals erzeugt. In ähnlicher Weise wird ein unteres gleichgerichtetes Signal durch Dämpfung oder Blockierung einer zweiten Stromrichtung eines Hilfssteuersignals erzeugt. Die Dämpfung und/oder Blockierung eines Hilfssteuersignals kann eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten umfassen.
Bevorzugt verarbeitet eine Gleichrichtereinheit ein Hilfssteuersignal, indem sie eine erste Strom- oder Spannungsrichtung dämpft oder blockiert und die entgegengesetzte Strom- oder Spannungsrichtung durchlässt. In verschiedenen Ausführungsformen verarbeitet eine Gleichrichtereinheit das Hilfssteuersignal, um ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal zu erzeugen, und eine andere Gleichrichtereinheit verarbeitet das Hilfssteuersignal, um ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal zu erzeugen. Die Verarbeitung des Hilfssteuersignals zur Erzeugung eines oberen gleichgerichteten Steuersignals kann durch eine asymmetrische Reaktion auf die Richtung des Stroms oder der Spannung gekennzeichnet sein, z.B. Strom oder Spannung in einer ersten Richtung wird gedämpft oder blockiert, während Strom in einer zweiten Richtung ohne wesentliche Dämpfung zum oberen Schwingspulenabschnitt durchgelassen wird. Die Verarbeitung des Hilfssteuersignals zur Erzeugung eines unteren gleichgerichteten Signals kann durch die entgegengesetzte asymmetrische Reaktion im Vergleich zur Verarbeitung des Hilfssteuersignals zur Erzeugung eines oberen gleichgerichteten Signals gekennzeichnet sein, z.B. Strom oder Spannung in einer zweiten Richtung wird gedämpft oder blockiert, während Strom in einer ersten Richtung ohne wesentliche Dämpfung zum unteren Schwingspulenabschnitt durchgelassen wird.
Die Gleichrichtereinheit, die das Hilfssteuersignal verarbeitet, um ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal zu liefern, kann auch als obere Gleichrichtereinheit bezeichnet werden, und die Gleichrichtereinheit, die das Hilfssteuersignal verarbeitet, um ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal zu liefern, kann als untere Gleichrichtereinheit bezeichnet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die obere Gleichrichtereinheit und die untere Gleichrichtereinheit aus ähnlichen oder identischen Bauteilen aufgebaut, werden aber in die Erfindung integriert, um eine entgegengesetzte Verarbeitung des Hilfssteuersignals zu ermöglichen, z.B. blockiert eine obere Gleichrichtereinheit eine erste Stromrichtung und lässt Strom in einer zweiten Richtung ohne wesentliche Dämpfung durch, während eine untere Gleichrichtereinheit eine zweite Stromrichtung blockiert und Strom in einer ersten Richtung ohne wesentliche Dämpfung durchlässt.
In einigen Ausführungsformen können sich die obere Gleichrichtereinheit und die untere Gleichrichtereinheit auf dieselbe Einheit, Vorrichtung, Schaltkreis oder dasselbe Schaltungselement beziehen, so dass diese eine Gleichrichtereinheit in der Lage ist, sowohl ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal als auch ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal auf der Basis eines Hilfssteuersignals zu liefern. Die Gleichrichtereinheit, die in der Lage ist, sowohl das obere als auch das untere gleichgerichtete Steuersignal zu erzeugen, kann ein Gleichrichterschaltkreis sein.
Eine Gleichrichtereinheit kann an beide Anschlüsse eines SchwingspulenAbschnitts angeschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das obere gleichgerichtete Steuersignal durch Gleichrichten des Hilfssteuersignals in der ersten Stromrichtung bereitgestellt, und das untere gleichgerichtete Steuersignal wird durch Gleichrichten des Hilfssteuersignals in der zweiten Stromrichtung bereitgestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die obere Gleichrichtereinheit eine Diode. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die untere Gleichrichtereinheit entsprechen eine Diode. Eine Diode kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die durch eine asymmetrische Leitfähigkeit gekennzeichnet ist, d.h. einen niedrigen Widerstand für eine Stromrichtung und einen hohen Widerstand für die entgegengesetzte Stromrichtung, innerhalb der Strom- und/oder Spannungsbegrenzungen der Diode. Eine Diode kann ein Stück Halbleitermaterial umfassen. Gemäß der Erfindung beinhalten Diodentypen Punktkontaktdioden, p-n-Übergangsdioden und Schottky-Dioden, aber die Erfindung ist nicht auf diese Diodentypen beschränkt. Die Erfindung kann auch Bauteile mit ähnlichen Eigenschaften wie Dioden verwenden, z.B. Thyristoren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die obere Gleichrichtereinheit einen Schalter, und wobei die untere Gleichrichtereinheit einen Schalter umfasst.
Eine Gleichrichtereinheit kann einen Schalter umfassen. Dies kann auch als aktive Gleichrichtung oder synchrone Gleichrichtung bezeichnet werden. Ein Schalter kann als eine elektrische Komponente oder Vorrichtung verstanden werden, die aus diskreten Komponenten aufgebaut oder in einem integrierten Schaltkreis oder einen Prozessor integriert ist und die den Strom unterbrechen oder von einem Anschluss des Schalters zu einem anderen Anschluss des Schalters umleiten kann, so dass die Umleitung des Stroms bestimmt, ob ein Steuersignal gekoppelt ist oder nicht. Ein Schalter kann auf einer Festkörpervorrichtung wie einem Transistor basieren, z.B. einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder MOSFET-Transistor.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die obere Gleichrichtereinheit einen Schalter. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die untere Gleichrichtereinheit ebenfalls einen Schalter. Der Schalter kann auf der Basis des Hilfssteuersignals so gesteuert werden, dass der Stromfluss des Hilfssteuersignals in einer ersten Richtung es ermöglicht, dass der Strom des Hilfssteuersignals dem unteren Schwingspulenabschnitt zugeführt wird, während der Strom zum oberen Schwingspulenabschnitt blockiert ist, und der Stromfluss des Hilfssteuersignals in einer zweiten Richtung es ermöglicht, dass der Strom des Hilfssteuersignals dem oberen Schwingspulenabschnitt zugeführt wird, während der Strom zum unteren Schwingspulenabschnitt blockiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die obere Gleichrichtereinheit einen Verstärker und wobei die untere Gleichrichtereinheit einen Verstärker umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die obere Gleichrichtereinheit einen Verstärker. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die untere Gleichrichtereinheit ebenfalls einen Verstärker.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die obere Gleichrichtereinheit einen Verstärker und die untere Gleichrichtereinheit umfasst einen Verstärker. Diese Verstärker können ein Hilfssteuersignal auf der Basis der Stromrichtung des Hilfssteuersignals selektiv verstärken. So kann eine erste Stromrichtung des Hilfssteuersignals eine Verstärkung durch den in der unteren Gleichrichtereinheit enthaltenen Verstärker bewirken, so dass ein verstärktes Signal an den unteren Schwingspulenabschnitt geliefert wird, während ein verstärktes Signal nicht an den oberen Schwingspulenabschnitt geliefert wird. Und in ähnlicher Weise kann eine zweite Stromrichtung des Hilfssteuersignals eine Verstärkung durch den in der oberen Gleichrichtereinheit enthaltenen Verstärker bewirken, so dass dem oberen Schwingspulenabschnitt ein verstärktes Signal zugeführt wird, während dem oberen Schwingspulenabschnitt kein verstärktes Signal zugeführt wird.
Die auf der Stromrichtung des Hilfssteuersignals basierende selektive Verstärkung kann Stromanalyse und Verstärkersteuerung umfassen. Die Stromanalyse kann Mittel zur Bestimmung der Stromamplitude und/oder -richtung umfassen. Die Verstärkersteuerung kann die selektive Speisung und Steuerung von Verstärkern auf der Basis der Stromanalyse umfassen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Schwingspulen-Ansteuersystem eines Lautsprechers, umfassend:

einen magnetischen Kreis mit einem Luftspalt;
eine Schwingspule, die in dem Luftspalt aufgehängt ist, wobei die Schwingspule eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten umfasst, wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst, die entlang einer Bewegungsachse angeordnet sind, wobei die Schwingspulenabschnitte des Paars von Schwingspulen-Hilfsabschnitten jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet sind; und
eine Schwingspulen-Steuervorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie ein Audiosignal an die im Luftspalt aufgehängte Schwingspule anlegt, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die die Schwingspule entlang der Bewegungsachse bewegt, wobei das Anlegen eines Audiosignals das kontinuierliche Koppeln eines Hauptsteuersignals, das auf dem Audiosignal basiert, an den Schwingspulen-Hauptabschnitt und das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals, das auf dem Audiosignal basiert, an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfasst.

Unter einem Schwingspulen-Ansteuersystem versteht man ein System, das so angeordnet ist, dass es eine Antriebsbewegung auf der Basis eines EingangsAudiosignals, wie z.B. eines akustischen oder digitalen Audiosignals, erzeugt. Die Antriebsbewegung, die durch die im Luftspalt des Magnetkreises aufgehängte Schwingspule erzeugt wird, kann vorteilhaft für die Hin- und Herbewegung einer Lautsprechermembran zur Erzeugung eines akustischen Tons verwendet werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingspulen-Steuervorrichtung so angeordnet, dass sie auf der Basis einer Darstellung der Auslenkungsanforderung das Hilfssteuersignal selektiv an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten koppelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten und das Hilfssteuersignal ein erstes Hilfssteuersignal, und wobei die Schwingspule ferner ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten aufweist und die Steuervorrichtung angeordnet ist, um selektiv ein zweites Hilfssteuersignal mit dem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten zu koppeln.
Ein Schwingspulen-Antriebssystem, wie es hier beschrieben wird, kann alle Vorteile und Nutzen aufweisen, wie sie oben in Bezug auf das Verfahren zur Ansteuerung einer Schwingspule beschrieben sind. So kann ein Lautsprecher nach der vorliegenden Erfindung den vorteilhaften Effekt einer geringen Leistungsaufnahme und einer Reduzierung der übermäßigen Erwärmung innerhalb des Lautsprechers aufgrund der Effizienz der segmentierten Schwingspule bieten.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher mit einer Membran, einer zum Empfang eines Audiosignals konfigurierten Schnittstelle und einem Schwingspulen-Ansteuersystem, wie in einem der obigen Absätze beschrieben.
Figurenliste
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

1a-1b ein konventionelles Schwingspulen-Ansteuerungssystem, das nach dem Stand der Technik bekannt ist, veranschaulichen,
2 ein Schwingspulen-Ansteuerungssystem mit einer Schwingspule, umfassend einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
3a-3d die hin- und hergehende Translation einer Schwingspule, umfassend drei Schwingspulenabschnitte, nach Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen,
4 einen Lautsprecher zeigt, der ein Audiosignal entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung empfängt,
5a-5c verschiedene alternative Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, insbesondere eine Ausführungsform, umfassend fünf Schwingspulenabschnitte, eine Ausführungsform, umfassend ein Auslenkungs-Sensorsystem und eine Ausführungsform, bei der die einzelnen Schwingspulenabschnitte unterhängig sind,
6a-6c verschiedene Konfigurationen für die Bereitstellung eines Hauptsteuersignals und von Hilfssteuersignalen für Schwingspulenabschnitte nach Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen,
7a-7b verschiedene Konfigurationen einer Steuervorrichtung veranschaulichen, die geeignet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auf der Basis eines Eingangsaudiosignals ein Steuersignal an die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten zu koppeln,
8 die Fähigkeit der Schwingspulenabschnitte veranschaulicht, eine elektromotorische Kraft nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zu erzeugen;
9a-9b Flussdiagramme von Verfahren zur Kopplung von Steuersignalen an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten nach Ausführungsformen der Erfindung darstellen,
10a-10d Stromrichtungen in einzelnen Schwingspulenabschnitten während des Betriebs einer beispielhaften bevorzugen Ausführungsform der Erfindung darstellen,
11 eine beispielhafte Bestimmung der selektiven Kopplungszeit auf Basis von Nulldurchgängen eines Audiosignals nach Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht,
12a-c verschiedene Verfahren zur Bestimmung einer Auslenkungsanforderung auf der Basis eines Audiosignals nach Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen,
13 ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung einer HilfssteuersignalVerstärkung nach Ausführungsformen der Erfindung zeigt, und
14a-14e verschiedene Konfigurationen zur Erzeugung gleichgerichteter Ansteuersignale für einen oberen und einen unteren Schwingspulenabschnitt auf der Basis eines Hilfssteuersignals nach Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.

Ausführliche Beschreibung
1a zeigt eine Schnittansicht eines Lautsprechers nach dem Stand der Technik. 1b zeigt eine Schnittansicht an der Linie 1b-1b in 1a. Im Lautsprecher befinden sich zwei konzentrisch ausgerichtete Magnetelemente 2, die einen Magnetkreis bilden. Diese Magnetelemente 2 sind so angeordnet, dass innerhalb des Magnetkreises 2 ein kreisförmiger Luftspalt 3 gebildet wird.
Eine Schwingspule 1, die eine Vielzahl von Spulenwicklungen umfasst, ist ferner im Luftspalt 3 aufgehängt. Die Wicklungen der Schwingspule 1 sind so angeordnet, dass, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule 1 geleitet wird, eine elektromotorische Kraft die Schwingspule 1 innerhalb des Luftspalts 3 verschiebt, so dass eine Membran oder ein Diaphragma 7 betätigt wird. Ein Wechselstrom bewirkt dabei eine hin- und hergehende Bewegung der Membran 7, die ein akustisches Tonsignal erzeugt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Schwingspulen-Ansteuerungssystem 51 nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Schwingspulen-Ansteuerungssystem 51 umfasst einen Magnetkreis 2, der aus zwei konzentrisch ausgerichteten Magnetelementen 2 gebildet wird. Die magnetischen Elemente können Permanentmagnete oder Metallpole sein. Der Magnetkreis 2 ist so angeordnet, dass innerhalb des Magnetkreises 2 ein kreisförmiger Luftspalt 3 gebildet wird, der von den beiden Magnetelementen 2 abgeschlossen wird. Der kreisförmige Luftspalt 3 ist ein Luftvolumen, das die Form eines Volumens annimmt, das sich zwischen zwei axial ausgerichteten Zylindern unterschiedlicher Breite befindet.
Wie vom Fachmann anerkannt, sind im technischen Bereich der Lautsprecher und akustischen Wandler mehrere alternative Lautsprecherkonfigurationen auf Schwingspulenbasis bekannt, die andere Konfigurationen von Magnetkreisen und Luftspalten aufweisen, darunter verschiedene Konfigurationen von Permanentmagneten, Polstücken, Vorder- und Rückplatten, Gehäusen und verschiedene Konfigurationen von Luftspalten, einschließlich kreisförmige, wie vorstehend beschrieben, lineare, polygonale, unregelmäßige, einen oder mehrere Luftspalte usw. Die vorliegende Erfindung wie in den Ansprüchen definiert ist daher nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Magnetkreis- und die Luftspaltkonfiguration beschränkt, sondern kann vom Fachmann ohne weiteres auf andere Wandler auf Schwingspulenbasis angewandt werden.
Eine Schwingspule 1 ist im Luftspalt 3 aufgehängt. Die Schwingspule 1 umfasst eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten 21 und 22a-b, wobei ein Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 zentral angeordnet und von einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b umgeben ist, die jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet sind, wobei alle Schwingspulenabschnitte axial entlang einer Bewegungsachse 4 der Schwingspule 1 ausgerichtet sind. Jeder Schwingspulenabschnitt umfasst eine Vielzahl von Metallwicklungen, die sich um das innere magnetische Element 2 und eine Bewegungsachse 4, wie in 2 dargestellt, wickeln. Die Schwingspulenabschnitte sind mechanisch gekoppelt, aber nicht notwendigerweise elektrisch gekoppelt, um die Schwingspule 1 zu bilden. Die mechanische Kopplung kann einen Träger umfassen, wie z.B. eine Rohr-, Gitter- oder Drahtstruktur aus Pappe, Kunststoff oder Metall, z.B. eine Folie.
Die Schwingspulenabschnitte 21-22b sind so konfiguriert, dass, wenn ein elektrischer Strom durch einen Schwingspulenabschnitt 21-22b geleitet wird, der sich zumindest teilweise innerhalb des Luftspalts 3 des Magnetkreises 2 befindet, eine elektromotorische Kraft den jeweiligen Schwingspulenabschnitt 21-22b entlang der Bewegungsachse 4 verschiebt. Da alle Schwingspulenabschnitte 21-22b mechanisch gekoppelte Elemente derselben Schwingspule 1 sind, wird eine elektromotorische Kraft, die von einem der Schwingspulenabschnitte 21-22b erzeugt wird, die gesamte Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 verschieben. Die Verschiebung der Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 führt dazu, dass die Schwingspule 1 eine Membran 7 eines Lautsprechers 50 schiebt und zieht. Durch die Bewegung der Membran 7 wird ein akustisches Tonsignal erzeugt.
Die Kopplung der Schwingspule 1 und der Membran 7 kann durch die oben erwähnte mechanische Kopplung des Schwingspulenabschnitts, z.B. durch ein Kunststofffolienrohr, bewerkstelligt werden, oder weitere Trägerelemente beinhalten, wie dem Fachmann bekannt, z.B. eine Spinne und eine Membraneinfassung. Die Ruhestellung der Schwingspule 1 kann durch die dem Fachmann bekannten Trägerelemente, z.B. eine Spinne und/oder eine Membraneinfassung und einen Rahmen, gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die gesamte Schwingspulenhöhe im Ruhezustand im Luftspalt zentriert, so dass bei drei Schwingspulenabschnitten, wie in den Beispielen dargestellt, der mittlere Schwingspulenabschnitt mit dem Magnetkreis und dem Luftspalt ausgerichtet ist.
Da das Magnetfeld im Wesentlichen innerhalb des Luftspalts 3 im Magnetkreis 2 angeordnet ist, können nur die Schwingspulenabschnitte 21-22b, die zumindest teilweise innerhalb des Luftspalts angeordnet sind, bei Anlegen eines elektrischen Stroms eine substantielle elektromotorische Kraft erzeugen. Im Allgemeinen gilt, dass je mehr von einem bestimmten Schwingspulenabschnitt im Luftspalt enthalten ist, desto höher ist die beim Anlegen von elektrischem Strom erzeugte Kraft. Bezogen auf den in 2 dargestellten Zeitpunkt ist nur der Schwingspulenabschnitt 21 ganz oder teilweise innerhalb des Luftspalts 3 angeordnet, während die Schwingspulenabschnitte 22a und 22b vollständig außerhalb des Luftspalts 3 angeordnet sind. Da die Magnetfelddichte innerhalb des Luftspalts 3 am höchsten ist und außerhalb des Luftspalts 3 schnell abnimmt, kann nur der Schwingspulenabschnitt 21 eine substantielle elektromotorische Kraft erzeugen, um die Schwingspule 1 zu verschieben, während die Schwingspulenabschnitte 22a und 22b ausreichend weit vom Luftspalt 3 entfernt sind, so dass der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer Steuerkraft in elektromotorische Kraft im Vergleich zum Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer Steuerkraft in elektromotorische Kraft für den Schwingspulenabschnitt 21 erheblich geringer und praktisch unbedeutend ist.
Wicklungen der Schwingspulenabschnitte 21-22b, die vom Luftspalt 3 entfernt liegen, tragen primär nur dann zu einer übermäßigen Schwingspulenerwärmung bei, wenn eine elektrische Antriebsleistung angelegt wird, und tragen nur geringfügig zur Verschiebung der Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 bei. Aus diesen Überlegungen heraus ist es vorteilhaft, das Anlegen von Strom an irgendwelche Schwingspulenabschnitte 21-22b, z.B. 22a-22b, die nicht zumindest teilweise im Luftspalt angeordnet sind, zu vermeiden.
Im Allgemeinen zielt ein Lautsprechersystem darauf ab, ein Audiosignal 30 durch die Auslenkung einer Schwingspule 1 wiederzugeben, wobei die Auslenkung die Position der Schwingspule 1 relativ zu ihrer Ruheposition ist. Ein Audiosignal 30 kann eine Darstellung unterschiedlicher Schallintensitäten umfassen, was für die Wiedergabe unterschiedliche Auslenkungen erfordern kann. So kann ein Audiosignal 30 einen Bereich von Auslenkungen erfordern, der unter Ausnutzung der elektromotorischen Kraft bereitgestellt werden kann, die nur von dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 für das wiederzugebende Audiosignal 30 erzeugt werden kann. Für ein anderes Audiosignal 30 kann ein Bereich von Auslenkungen erforderlich sein, der nur unter Verwendung des Schwingspulen-Hauptabschnitts 21 zusammen mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b bereitgestellt werden kann, damit das Audiosignal 30 wiedergegeben werden kann.
Bezugnehmend auf 2 sind alle Schwingspulenabschnitte 21-22b elektrisch mit einer Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 verbunden. Die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 ist angeordnet, um ein Hauptsteuersignal 41 an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 zu liefern und auch um festzustellen, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Hilfssteuersignal 42a-42b an das Paar der Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b gekoppelt werden muss, um das Audiosignal wiederzugeben. Die Steuersignale 41-42b sind die eigentlichen elektrischen Signale, die die jeweiligen Schwingspulenabschnitte 21-22b durchlaufen, um eine elektromotorische Kraft zur Verschiebung der Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 zu erzeugen. Die Steuersignale 41-42b werden den Schwingspulenabschnitten 21-22b über Kanäle, z.B. Kabel oder Drähte, bevorzugt elektrische Verbindungen, bereitgestellt. Wie in 2 dargestellt, gibt die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 ein gemeinsames Hilfssteuersignal für das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten aus, das in eine einzelne Verbindung 42a-42b zu jedem der Schwingspulen-Hilfsabschnitte des Paares aufgeteilt wird. Das Hauptsteuersignal 41 kann, wie in 2 dargestellt, ein separater Ausgang der Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 sein, oder auch von demselben Ausgang wie das Hilfssteuersignal abgeteilt werden. Dabei werden die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b als ein Paar angesteuert, möglicherweise anders als die Ansteuerung des Schwingspulen-Hauptabschnitts 21.
In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 2 dargestellt, erfolgt die Kopplung der Steuersignale 41-42b durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung 53. Die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 nimmt als Eingang ein Audiosignal 30 auf, das über eine Schnittstelle 52 zugeführt wird, die für den Empfang des Audiosignals 30 ausgelegt ist. Die Steuersignale 41-42b werden von dem Audiosignal 30 abgeleitet, entweder direkt oder durch Verarbeitung, wie im Folgenden näher beschrieben. Ein Hauptsteuersignal 41 wird kontinuierlich an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt, solange ein Audiosignal 30 empfangen wird, und die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 koppelt selektiv ein Hilfssteuersignal 42a-42b an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b. Die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals 42a-b an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b basiert auf einem Vergleich einer Darstellung der Auslenkungsanforderung, d.h. der erforderlichen Auslenkung der Schwingspule 1 zur Wiedergabe des Audiosignals 30 zu jedem Zeitpunkt, mit einer Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels, d.h. einem Niveau der Auslenkung der Schwingspule 1, bei dem die Kopplung des Hilfssteuersignals 42a-b für die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zur Hin- und Herbewegung der Schwingspule 1 als notwendig erachtet wird. In der Praxis kann dieser Vergleich eine Analyse des Audiosignals 30 sein, die von der Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 durchgeführt wird, um zu bestimmen, ob eine Peakamplitude des Audiosignals 30 größer als ein bestimmter Schwellenwert für die Aktivierung des Paars von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b ist. Wenn für die Wiedergabe des Audiosignals 30 ein Auslenkungsbereich erforderlich ist, der allein von dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 erzeugt werden kann, kann die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 kein Hilfssteuersignal 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b liefern. Stattdessen kann die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 nach anderen Ausführungsformen der Erfindung ein Leerlauf-Steuersignal an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b liefern. Das Leerlauf-Steuersignal ist ein Steuersignal, das durch eine geringe Signalstärke, z.B. einen niedrigen Strom, oder ein Steuersignal ohne wesentlichen Strom, z.B. ohne Strom, gekennzeichnet ist.
Da die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b an Paaren von Schwingspulenabschnitten erfolgt, sind die Anforderungen an die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53, die die selektive Kopplung durchführt, im Vergleich zu einem System mit segmentierten Schwingspulen, bei dem eine Steuervorrichtung unter Umständen selektive Kopplungen von Steuersignalen an einzelne Schwingspulenabschnitte durchführen muss, deutlich reduziert.
Die Schwingspulenabschnitte 21-22b der Schwingspule 1 können auf verschiedene Weise konfiguriert werden, abhängig von der relativen Positionierung und Dimensionierung der Schwingspulenabschnitte 21-22b. In den dargestellten Ausführungsformen umfasst die Schwingspule 1 drei Schwingspulenabschnitte 21-22b, aber die vorliegende Erfindung wie in den Ansprüchen definiert kann mit verschiedenen anderen Anzahlen an Schwingspulenabschnitten und Geometrien von Schwingspulenabschnitten konfiguriert werden. Mit den nachstehend beschriebenen Beispielen für Konfigurationen von Schwingspulenabschnitten, Steuervorrichtungen und Positionierung wird der Fachmann in der Lage sein, die Anzahl der Schwingspulenabschnitte auf z.B. fünf Schwingspulenabschnitte, d.h. einen Schwingspulen-Hauptabschnitt und zwei Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten, oder sogar noch mehr zu erhöhen, wobei ein Ausgleich zwischen der erreichten Auflösung der Leistungseffizienz und der zusätzlichen Komplexität der Herstellung und Regelung zu berücksichtigen ist.
Bezugnehmend auf die 3a-d ist das dynamische Verhalten einer Schwingspule 1, die drei Schwingspulenabschnitte umfasst, gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
3a zeigt eine Schwingspule 1, umfassend einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b, zu einem Zeitpunkt während des Anlegens eines Audiosignals 30. Aufgrund des angelegten Audiosignals 30 hat die elektromotorische Kraft, die durch ein Hauptsteuersignal 41 erzeugt wird, die Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 leicht in einer Aufwärtsrichtung 5 verschoben. Um diese Auslenkung zu erhalten, ist es nicht notwendig, ein Hilfssteuersignal 42a-42b mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b zu koppeln, und ein solches Hilfssteuersignal 42a-42b wird daher bevorzugt nicht mit den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b der Schwingspule gekoppelt.
3b zeigt die gleiche Schwingspule 1 wie in 3a zu einem späteren Zeitpunkt ihrer Hin- und Herbewegung. Durch das anliegende Signal 30 hat die vom Hauptsteuersignal 41 erzeugte elektromotorische Kraft die Schwingspule 1 entlang der Bewegungsachse 4 leicht in einer Abwärtsrichtung 6 verschoben. Die Richtung der elektromotorischen Kraft ist abhängig von der Stromrichtung in den Wicklungen der Schwingspulenabschnitte, und die Stromrichtung in den Wicklungen des Schwingspulen-Hauptabschnitts 21 hat sich von 3a zu 3b geändert, um die Schwingspule 1 in die entgegengesetzten Bewegungsrichtungen 5-6 zu verschieben. Um die in 3b gezeigte Auslenkung zu erhalten, ist es nach wie vor nicht erforderlich, ein Hilfssteuersignal 42a-42b mit den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b zu koppeln, und ein solches Hilfssteuersignal 42a-42b wird daher bevorzugt nicht mit den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b der Schwingspule 1 gekoppelt.
3c stellt die gleiche Bewegungsrichtung 5 der Schwingspule 1 wie in 3a dar, aber die Schwingspule 1 wird nun mehr entlang der Bewegungsachse 4 verschoben. Dies ist ein Beispiel für eine große Auslenkung der Schwingspule 1, da der Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 nun vollständig außerhalb des Luftspaltes 3 des Magnetkreises 2 angeordnet ist und nur ein Element 22b des Paares der Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-b teilweise innerhalb des Luftspaltes 3 angeordnet ist. Um diese Auslenkung der Schwingspule 1 zu erhalten, kann es daher erforderlich sein, ein Hilfssteuersignal 42a-b an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22ab anzukoppeln.
3d veranschaulicht die gleiche Bewegungsrichtung 6 der Schwingspule 1 wie in 3b, aber die Schwingspule 1 wird nun mehr entlang der Bewegungsachse 4 verschoben. Dies ist ein Beispiel für eine große Auslenkung der Schwingspule 1, da der Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 nun vollständig außerhalb des Luftspaltes 3 des Magnetkreises 2 angeordnet ist und nur ein Element 22a des Paares der Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-b teilweise innerhalb des Luftspaltes 3 angeordnet ist. Um diese Auslenkung der Schwingspule 1 zu erhalten, kann es daher erforderlich sein, ein Hilfssteuersignal 42a-b an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten n anzukoppeln.
4 stellt einen Lautsprecher 50 dar, der ein Audiosignal 30 empfängt. Der Lautsprecher kann das Audiosignal 30 über eine Schnittstelle 52 (nicht gezeigt) empfangen. Der Lautsprecher umfasst ein oder mehrere der hier beschriebenen Schwingspulen-Antriebssysteme 51. Beim Empfang eines Audiosignals 30 gibt der Lautsprecher das Audiosignal 30 wieder, und durch Hin- und Herbewegen einer oder mehrerer Lautsprechermembranen 7 (nicht gezeigt), das im Gegenzug Druckwellen, d.h. Schallwellen, erzeugen, wird ein akustisches Signal erzeugt. Die Membran 7 jedes Schwingspulen-Steuersystems 51 des Lautsprechers 50 wird durch eine Schwingspule 1 hin- und herbewegt, die entsprechend den hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gesteuert wird.
Bezugnehmend auf die 5a-c sind alternative Schwingspulengeometrien gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
5a zeigt eine Schwingspule 1, die fünf Schwingspulenabschnitte umfasst; einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21, ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 23a-b und ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten n. Die fünf Schwingspulenabschnitte sind mechanisch gekoppelt, aber nicht notwendigerweise elektrisch gekoppelt, um die Schwingspule 1 zu bilden. Die mechanische Kopplung kann einen Träger, wie z.B. eine Rohr-, Gitter- oder Drahtstruktur aus Pappe, Kunststoff oder Metall, z.B. eine Folie, umfassen.
Der Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 wird von einem Hauptsteuersignal 41 angetrieben, während das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 23a-b von einem ersten Hilfssteuersignal angetrieben wird und das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 24a-b von einem zweiten Hilfssteuersignal angetrieben wird. In der Figur ist die Schwingspule 1 mittig mit dem Luftspalt 3 des Magnetkreises 2 ausgerichtet, wobei der Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 teilweise innerhalb des Luftspalts 3 angeordnet ist. Die Aufnahme weiterer Schwingspulenabschnitte im Vergleich zur Schwingspule 1 der 3a-3d kann den weiteren Vorteil haben, dass größere Auslenkungen der Schwingspule 1 erreicht werden können, da die einzelnen Schwingspulenabschnitte eine ähnliche Höhe und Dichte der Wicklungen aufweisen (d.h. Wicklungen pro Länge des Schwingspulenabschnitts, gemessen in einer Richtung entlang der Bewegungsachse 4).
Alle Erörterungen, die sich auf eine Schwingspule mit drei Schwingspulenabschnitten, d.h. einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und ein Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-b, beziehen, gelten gleichermaßen für eine Schwingspule mit weiteren Paaren von Schwingspulenabschnitten, wie z.B. zwei oder mehr Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Schwingspule 1 sogar noch weitere Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten enthalten, die von weiteren entsprechenden Hilfssteuersignalen versorgt werden.
5b zeigt eine Schwingspule 1, umfassend drei Schwingspulenabschnitte; einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und ein Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b. Die Schwingspulenabschnitte enthalten ein Sensorsystem umfassend eine oder mehrere Auslenkungs-Messeinheiten 15. In diesem Beispiel sind drei Auslenkungs-Einheiten 15 in Form von Auslenkungs-Messspulen dargestellt, die so angeordnet sind, dass sie eine Position der Schwingspule im Verhältnis zum Luftspalt 3 bestimmen. Diese Auslenkungs-Messspulen 15 sind kleine Spulen/Wicklungen, die auf der Schwingspule angeordnet sind, und wenn sich die Schwingspule im Luftspalt 3 hin- und herbewegt, wird aufgrund einer zeitabhängigen Änderung des Magnetfeldes, wie sie die Messspulen 15 erfahren, ein Messstrom in den Spulen induziert. Durch die Messung der induzierten Ströme in jeder der Auslenkungs-Messspulen 15 kann es daher möglich sein, die Verschiebung / Auslenkung der Schwingspule 1 zu ermitteln, und auf der Basis dieser ermittelten Auslenkung können geeignete Steuersignale gekoppelt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine beliebige andere Anzahl von Auslenkungs-Messeinheiten 15 verwendet werden, und diese können die Position der Schwingspule mit anderen Mitteln, wie z.B. optischen Mitteln, z.B. durch Messungen mit einem Laser, ermitteln.
5c zeigt eine Schwingspule 1, die einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b umfasst. Jeder der Schwingspulenabschnitte hat eine Höhe, die kleiner als die Höhe des Luftspalts 3 ist. Solche Schwingspulen können als unterhängige Schwingspulenabschnitte bezeichnet werden, während die Schwingspulenabschnitte, die in den 3a-3d gezeigt sind, als oberhängige Schwingspulenabschnitte bezeichnet werden können, da die Höhe der Schwingspulenabschnitte die Höhe des Luftspalts 3 des Magnetkreises 2 übersteigt.
6a-c veranschaulichen Beispiele für Wege zur Bereitstellung von Steuersignalen für den Schwingspulen-Hauptabschnitt und das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten.
Die 6a-c zeigen jeweils eine Schwingspule 1, die einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b umfasst, wobei sowohl die Stromeingangs- als auch die -ausgangskanäle der verschiedenen Schwingspulenabschnitte dargestellt sind. In jeder Teilfigur der 6a-6c wird das Hilfssteuersignal durch verschiedene beispielhafte Ansätze bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 6a wird ein Hauptsteuersignal 41 an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 geliefert, und der Strom des Signals kann die Schwingspule 1 über einen Kanal 43 verlassen. Die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b kann durch zwei Verstärker 12 gesteuert werden. Steuersignale 32, die mit den beiden Verstärkern 22a-22b verbunden sind, können steuern, ob die Eingangssignale der Verstärker 12 verstärkt werden, um die Kopplung durchzuführen, oder ob die Eingangssignale nicht verstärkt werden, um die Kopplung nicht durchzuführen. Der Strom des Hilfssteuersignals 42a, das an den Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22a geliefert wird, kann durch einen Ausgangskanal 44a austreten, und der Strom des Hilfssteuersignals 42b, das an den Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22b geliefert wird, kann durch einen Ausgangskanal 44b austreten.
Bezugnehmend auf 6b wird ein Hauptsteuersignal 41 an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 geliefert, und der Strom des Signals kann die Schwingspule 1 über einen Kanal 43 verlassen. Die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b kann von einem Verstärker 12 gesteuert werden. Ein an den Verstärker 12 angeschlossenes Steuersignal 32 kann regeln, ob das Eingangssignal des Verstärkers verstärkt wird, um die Kopplung durchzuführen, oder ob das Eingangssignal nicht verstärkt wird, um die Kopplung nicht durchzuführen. Der Strom des Hilfssteuersignals 42a, der dem Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22a geliefert wird, kann durch einen Ausgangskanal 44a austreten, um wieder als Eingangs-Hilfssignal 42b für den Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22b verwendet zu werden, und danach schließlich die Schwingspule 1 durch den Ausgangskanal 44b verlassen.
Bezugnehmend auf 6c wird ein Hauptsteuersignal 41 an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 geliefert, und der Strom dieses Signals kann den Schwingspulenabschnitt 21 über einen Kanal 43 verlassen. Eine Schalteinheit 10, die durch ein Steuersignal 32 gesteuert wird, kann diesen Strom entweder zur Kopplung als Hilfssteuersignal 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b weiterleiten oder es diesem Strom ermöglichen, die Schwingspule 1 zu verlassen. Das Steuersignal 32 und die Schalteinheit 10 führen somit die selektive Kopplung eines Hilfssteuersignals an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten durch. In einigen Ausführungsformen kann eine Modifikation des Ausgangsstroms 43 erforderlich sein, um als Hilfssteuersignal verwendet zu werden, und eine solche Modifikation kann durch Implementierung eines optionalen Verstärkungs- oder Dämpfungselements 11 durchgeführt werden. Nach diesem optionalen Element wird das Hilfssteuersignal 42b einem Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22b zugeführt. Dann verlässt der Strom des Signals den Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22b durch den Ausgangskanal 44b, und dieser Strom wird als Hilfssteuersignal 42a für den anderen Schwingspulen-Hilfsabschnitt 22a verwendet. Schließlich verlässt der Signalstrom den Schwingspulenabschnitt 22a durch den Ausgangskanal 44a und verlässt die Schwingspule durch den Kanal 45.
Gemäß der Erfindung sind Verfahren zur Bereitstellung eines Hauptsteuersignals und eines Hilfssteuersignals nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
Bezugnehmend auf 7a-b sind Konfigurationen einer Steuervorrichtung dargestellt, die nach einigen Ausführungsformen der Erfindung geeignet sind, um Steuersignale an Schwingspulenabschnitte zu koppeln.
In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Hauptsteuersignal 41 kontinuierlich an einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt und ein Hilfssteuersignal 42a-b wird selektiv an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b gekoppelt. Dies kann durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 erfolgen, die eine oder mehrere Schalteinheiten, Verstärker, Stromversorgungseinheiten und/oder einen Signalprozessor, z.B. einen digitalen Signalprozessor, umfassen kann.
7a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schwingspule 1 durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 gesteuert wird. Ein digitaler Signalprozessor 14 liefert ein Steuersignal 32 an eine Stromversorgungseinheit 13. Das von dem digitalen Signalprozessor 14 erzeugte Steuersignal 32 kann z.B. auf dem Audiosignal 30 basieren. Der digitale Signalprozessor 30 kann auch Modifikationen am Audiosignal 30 vornehmen, um ein verarbeitetes Audiosignal 31 zu erzeugen. Solche Modifikationen umfassen eine Verzögerung des Audiosignals, die in einigen Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt sein kann. Die Stromversorgungseinheit 13 kann kontinuierlich einen Verstärker betreiben, der in der Lage ist, ein Hauptsteuersignal 41 auf der Basis eines verarbeiteten Audiosignals 31 zu erzeugen. Darüber hinaus kann die Stromversorgungseinheit 13 zwei zusätzliche Verstärker auf der Basis des Steuersignals 32 betreiben und so die selektive Kopplung von Hilfssteuersignalen n an Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-b vornehmen.
7b zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schwingspule 1 durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 gesteuert wird. Hier erzeugt ein digitaler Signalprozessor ein Steuersignal 32 und ein verarbeitetes Audiosignal 31, beide auf der Basis des Audiosignals 30. Eine Stromversorgungseinheit 13 versorgt einen Verstärker 12, der das verarbeitete Audiosignal 31 verstärkt, um ein Steuersignal zu erzeugen, das an eine Schalteinheit 10 gesendet wird. Die Schalteinheit 10 wird durch den digitalen Signalprozessor 14 über das Steuersignal 32 gesteuert und ist in der Lage, kontinuierlich ein Hauptsteuersignal 41 an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 zu liefern, während sie selektiv ein Hilfssteuersignal 42a-42b an die Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b koppelt.
Konfigurationen der Schwingspulen-Steuervorrichtung sind nicht auf die beiden vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt. Ein Fachmann kann viele verschiedene Anordnungen von Signalprozessoren, Verstärkern, Schalteinheiten, Stromversorgungseinheiten und/oder anderen elektrischen Komponenten anordnen, um die Aufgabe der selektiven Kopplung eines Hilfssteuersignals an Schwingspulen-Hilfsabschnitte zu erfüllen, während ein Hauptsteuersignal kontinuierlich an einen Schwingspulen-Hauptabschnitt gekoppelt wird.
8 zeigt die Fähigkeit der verschiedenen Schwingspulenabschnitte der Schwingspule, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen.
Die Größe einer elektromotorischen Kraft, die auf eine Schwingspule ausgeübt wird, indem ein Strom in einem Magnetfeld durch die Schwingspule geleitet wird, kann von der Gesamtlänge des stromführenden Drahtes innerhalb des Magnetfeldes und der Stärke des Magnetfeldes abhängen. Das Produkt aus der Länge des Drahtes innerhalb des Magnetfeldes und der Stärke des Magnetfeldes kann daher die Fähigkeit einer Schwingspule oder eines Schwingspulenabschnitts beschreiben, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, und kann als BL bezeichnet werden. Dieser Parameter kann mit der Auslenkung der Schwingspule variieren, da z.B. stromführender Draht einen Magnetfeldbereich verlassen oder in diesen eintreten kann.
Unter Bezugnahme auf Tafel P11 in 8 ist der BL-Beitrag einzelner Schwingspulenabschnitte für eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mit drei Schwingspulenabschnitten für einen Bereich von Auslenkungen dargestellt. Die Kurve L1 zeigt den BL-Beitrag eines Schwingspulen-Hauptabschnitts, der am größten ist, wenn die Auslenkung 0 ist, und allmählich abnimmt, wenn die Auslenkung von 0 weg vergrößert oder verkleinert wird, d.h. wenn der Schwingspulen-Hauptabschnitt aus dem Luftspalt herausbewegt wird, geht seine Fähigkeit, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, allmählich verloren. Die Kurven L2a und L2b beschreiben den BL-Beitrag von jeweils zwei Schwingspulen-Hilfsabschnitten. Wenn die Auslenkung unter 0 verringert wird, zeigt Kurve L2a, dass die Fähigkeit eines Schwingspulen-Hilfsabschnitts, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, erhöht wird, und wenn die Auslenkung über 0 erhöht wird, zeigt Kurve L2b, dass die Fähigkeit des anderen Schwingspulen-Hilfsabschnitts erhöht wird. Tafel P11 veranschaulicht so, wie Schwingspulen-Hilfsabschnitte einen Schwingspulen-Hauptabschnitt in Abhängigkeit von der Auslenkungsanforderung unterstützen können.
Unter Bezugnahme auf Tafel P12 in 8 wird ein wirksames BL für eine ähnliche beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Der effektive BL kann als eine Summe von BL-Beiträgen eines Schwingspulen-Hauptabschnitts und von Schwingspulen-Hilfsabschnitten verstanden werden, wobei der BL-Beitrag der Schwingspulen-Hilfsabschnitte mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wurde. Die Kurven L3-L7 entsprechen Verstärkungsfaktoren von 0% bis 100%. Bei einer Verstärkung von 0%, die durch Kurve L3 dargestellt wird, kann nur der Schwingspulen-Hauptabschnitt zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft beitragen. Mit zunehmender Verstärkung nimmt auch die Breite und Höhe der effektiven BL-Kurven entlang der Auslenkungsachse zu.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist eine effektive BL-Kurve ideal, die über einen breiten Bereich von Auslenkungen annähernd konstant ist. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird dies mit einer Verstärkung von 90% erreicht, wie die Kurve L6 zeigt, die eine effektive BL aufweist, die in einem Auslenkungsbereich von -0,6 bis 0,6 flach ist. In anderen verschiedenen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass eine BL-Kurve nicht flach ist, z.B. kann der effektive BL zunehmen, wenn die Auslenkung ausreichend vergrößert oder verkleinert wird. Dies wird durch eine Verstärkung von 100 % erreicht, wie die Kurve L7 zeigt, wo die effektive BL bei Auslenkungen von -0,7 und 0,7 größer ist als bei einer Auslenkung von 0. Dies kann Korrekturen von Nichtlinearitäten im Schwingspulensystem ermöglichen, z.B. eine nichtlineare Beziehung zwischen der auf die Schwingspule wirkenden Rückstellkraft und der Auslenkung der Schwingspule, die bei großen Auslenkungen der Schwingspule zu Verzerrungen führen kann.
Die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform in 8 veranschaulicht, wie Schwingspulen-Hilfsabschnitte einen Schwingspulen-Hauptabschnitt unterstützen können und wie verschiedene Verstärkungen abhängig von der Zielanwendung vorteilhaft sein können. Andere Ausführungsformen der Erfindung können andere effektive BL-Kurven haben, abhängig von der Anzahl der Schwingspulenabschnitte, Wicklungsdichte, Magnetfeldgeometrie, Verstärkung des Hilfssteuersignals usw.
Die 9a-b veranschaulichen Flussdiagramme von Verfahren zur Kopplung von Steuersignalen an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Das Flussdiagramm von 9a zeigt die Schritte S1-S4 eines Verfahrens zur Durchführung der selektiven Kopplung eines Hilfssteuersignals 42 an ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b. Die Verfahrensschritte S1-S4 werden alle von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 durchgeführt. In einem Schritt S1 wird eine Darstellung der Auslenkungsanforderung erstellt, und in einem Schritt S2 wird eine Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels bereitgestellt. In einem Schritt S3 wird ein Vergleich zwischen der Auslenkungsanforderung und dem vorbestimmten Auslenkungspegel durchgeführt. Wenn vorbestimmte Bedingungen nicht erfüllt sind, z.B. die Auslenkungsanforderung ein vorbestimmtes Auslenkungsniveau nicht überschreitet, beginnt das Verfahren von vom mit Schritt S1. Wenn aber der Vergleich ergibt, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, fährt das Verfahren mit Schritt S4 fort, bei dem ein Hilfssteuersignal an ein Paar Schwingspulen-Hilfsabschnitte angelegt wird. Das Verfahren wird dann wieder mit Schritt S1 wiederholt.
Das Flussdiagramm von 9b zeigt die Schritte S5-S15 eines Verfahrens zur Durchführung der selektiven Kopplung von Ansteuersignalen mit einem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b. Die Verfahrensschritte S5-S15 werden alle von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 durchgeführt. In einem Schritt S5 wird eine Vorhersage (pep) der Auslenkungsanforderung mit Hilfe einer Signalanalyse durchgeführt. In den Schritten S6 und S7 werden eine erste Peakauslenkungsschwelle (petl) und eine zweite Peakauslenkungsschwelle (pet2) bereitgestellt. In einem Schritt S8 wird die Vorhersage (pep) der Auslenkungsanforderung mit der bereitgestellten ersten (pet1) und zweiten (pet2) Peakauslenkungsschwelle verglichen.
Wenn in einem Schritt S9 festgestellt wird, dass pep kleiner als pet1 ist, wird in Schritt S12 nur ein Leerlauf-Hilfssteuersignal erzeugt. Wenn aber der Vergleich in einem Schritt S10 ergibt, dass pep zwischen den beiden Werten pet1 und pet2 liegt, wird in Schritt S13 ferner ein Übergangs-Hilfssteuersignal erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass auch ein Leerlauf-Hilfssteuersignal erzeugt wird. Ergibt der Vergleich in einem Schritt S11, dass pep größer als pet2 ist, wird in Schritt S14 ein vollständiges Hilfssteuersignal erzeugt. Unter einem vollen Hilfssteuersignal kann man die Summe aus einem Leerlauf-Hilfssteuersignal und einem Übergangs-Hilfssteuersignal, das sein Maximum hat, verstehen. Die erzeugten Steuersignale werden in einem Schritt S15 mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt, und dann wird das Verfahren mit Schritt S5 noch einmal ganz wiederholt.
Bezugnehmend auf die 10a-d sind verschiedene Stromrichtungen in einzelnen Schwingspulenabschnitten zu ausgewählten Zeitpunkten während des Betriebs für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Ein typisches Steuersignal zur Ansteuerung einer Schwingspule umfasst einen Stromfluss, der zwischen zwei entgegengesetzten Stromrichtungen wechselt. Erfindungsgemäß umfassen das Hauptsteuersignal und das Hilfssteuersignal Strom, der in der gleichen azimutalen Richtung um die Bewegungsachse 4 der Schwingspule 1 fließt. Die azimutale Richtung kann als die Winkelrichtung um eine Achse, z.B. die Bewegungsachse, verstanden werden. Eine azimutale Richtung kann also eine Richtung 60 im Uhrzeigersinn um die Bewegungsachse 4 oder eine Richtung 61 gegen den Uhrzeigersinn um die Bewegungsachse 4 sein. Die Stromrichtung sollte daher bevorzugt zwischen den Schwingspulen synchronisiert sein, d. h. zu einem gegebenen Zeitpunkt sollte in einem Schwingspulenabschnitt kein Stromfluss in einer Richtung 60 im Uhrzeigersinn sein, während in einem anderen ein Stromfluss in einer Richtung 61 gegen den Uhrzeigersinn vorhanden ist. Gemäß der Erfindung ist es zu bestimmten Zeitpunkten bevorzugt, dass in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b im Wesentlichen kein Strom fließt, während in dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 Strom fließt.
Gemäß der Erfindung wird ein Hauptsteuersignal kontinuierlich an eine Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt, während ein Hilfssteuersignal selektiv an Schwingspulen-Hilfsabschnitte 22a-22b gekoppelt wird. In verschiedenen Ausführungsformen wird also bei nicht selektiver Kopplung eines Hilfssteuersignals der Strom hauptsächlich im Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 fließen. In einigen Fällen fließt er im Uhrzeigersinn 60 um die Bewegungsachse 4, wie in 10a dargestellt, und in anderen Fällen gegen den Uhrzeigersinn 61 um die Bewegungsachse 4, wie in 10b dargestellt. Bevorzugt fließt in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b kein Strom gegen den Uhrzeigersinn 61, wenn im Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 Strom im Uhrzeigersinn 60 fließt, und ebenso kein Strom im Uhrzeigersinn 60 in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b, wenn im Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 Strom gegen den Uhrzeigersinn 61 fließt.
Wenn stattdessen ein Hilfssteuersignal gekoppelt wird, ist die Stromflussrichtung in jedem Schwingspulenabschnitt zu einem gegebenen Zeitpunkt gleich, d.h. entweder fließt der Strom im Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b im Uhrzeigersinn 60 wie in 10c gezeigt oder gegen den Uhrzeigersinn 61 wie in 10d gezeigt.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Leerlauf-Hilfssteuersignal und/oder ein Übergangs-Hilfssteuersignal mit den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b gekoppelt, wenn ein vollständiges Hilfssteuersignal nicht erforderlich ist, und in diesen Ausführungsformen verläuft der Stromfluss in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten in derselben Stromflussrichtung wie der Stromfluss im Hauptspulenabschnitt. In diesen verschiedenen Ausführungsformen ist die Stromflussrichtung in jedem Schwingspulenabschnitt zu einem gegebenen Zeitpunkt dieselbe, d.h. entweder ist der Stromfluss im Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 und in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-22b im Uhrzeigersinn 60, wie in 10c gezeigt, oder gegen den Uhrzeigersinn 61, wie in 10d gezeigt.
Die 10a-10d zeigen beispielhafte Darstellungen, und der Stromfluss gemäß der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. In verschiedenen anderen Ausführungsformen ist eine Schwingspule 1 in fünf Schwingspulenabschnitte segmentiert, wobei der Stromfluss in einem der Schwingspulenabschnitte zu jedem Zeitpunkt in der gleichen azimutalen Richtung um eine Bewegungsachse verlaufen kann. In verschiedenen anderen Ausführungsformen wird ein oberes und ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal an einen oberen und einen unteren Schwingspulenabschnitt geliefert, die jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts angeordnet sind, wobei ein wesentlicher Strom nur im Schwingspulen-Hauptabschnitt und entweder im oberen oder im unteren Schwingspulenabschnitt fließen kann.
11 zeigt eine Darstellung P21 eines Audiosignals 30, die eine Zeitbereichsdarstellung der Amplitude des Audiosignals 30 ist, d.h. die Darstellung zeigt die Amplitude des Audiosignals 30 als Funktion der Zeit. Wie dargestellt, wechselt das Audiosignal 30 auf beide Seiten eines Nullpunkts in der Amplitude. Wie in der Figur dargestellt, umfasst das Audiosignal 30 mehrere Peaks, z.B. eine signifikante Audiosignalspitze 67, sowie mehrere Nulldurchgänge 68. Die Nulldurchgänge 68 sind Zeitpunkte entlang des Audiosignals 30, in denen die Amplitude Null ist. Der Audiosignalpeak 67 kann einen Punkt im Audiosignal 30 darstellen, dessen Wiedergabe nicht nur die Verwendung des Schwingspulen-Hauptabschnitts 21 der Schwingspule 1, sondern auch die Verwendung eines Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b der Schwingspule 1 erfordert. Mit anderen Worten, der Peak 67 erfordert eine selektive Kopplung eines Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten. Die selektive Kopplung des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b wird für eine längere Zeitdauer nach dem Peak 67 beibehalten. Eine solche verlängerte Kopplung eines Hilfssteuersignals nach dem Vorhandensein eines Audiosignalpeaks 67 kann auch als Peak-Hold oder Peak-Lock bezeichnet werden. Die Kopplung des Hilfssteuersignals wird während eines Peak-Lock-Zeitfensters 66b aufrechterhalten, das sich von dem Peak 67 aus und für eine gewisse Zeitdauer danach erstreckt. In diesem Beispiel weist das Peak-Lock-Zeitfenster 66b eine Zeitdauer auf, die zwanzig Nulldurchgänge 68 des Audiosignals einschließt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Zeitfenster 66b aber eine beliebige Anzahl von Nulldurchgängen 68 umfassen, wie z.B. Mehrfache von Zehn von Nulldurchgängen, Hunderte von Nulldurchgängen oder sogar Tausende von Nulldurchgängen.
Die 12a-c veranschaulichen verschiedene Methoden zur Bestimmung einer Auslenkungsanforderung 70 auf der Basis eines Audiosignals 30.
12a zeigt eine Darstellung P31 eines Audiosignals 30, die eine Zeitbereichsdarstellung der Amplitude des Audiosignals 30 ist, d.h. die Darstellung zeigt die Amplitude des Audiosignals 30 als Funktion der Zeit. Wie dargestellt, wechselt das Audiosignal 30 auf beide Seiten eines Nullpunkts in der Amplitude.
Das Audiosignal 30 wird in einer Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 (in 12 nicht dargestellt) empfangen, die eine Signalanalyse des Audiosignals 30 durchführt. Diese Analyse umfasst eine Analyse der Peaks oder Spikes im Audiosignal. Auf der Basis dieser Analyse bestimmt die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 eine Auslenkungsanforderung, d.h. die Schwingspulen-Steuervorrichtung bestimmt auf der Basis des Audiosignals, wie viel die Schwingspule 1 (in 12 nicht dargestellt) sich von ihrer Ruhe-/Gleichgewichtsposition zu verschiedenen Zeitpunkten im Audiosignal 30 bewegen muss, um das Audiosignal 30 genau wiederzugeben.
Die 12b zeigt eine Darstellung P32, die eine Darstellung der Auslenkungsanforderung 70 ist, die von der Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 auf der Basis des Audiosignals 30 ermittelt wird. Die Darstellung der Auslenkungsanforderung 70, wie sie in der Tafel von 12b zu sehen ist, ist eindeutig nicht identisch mit den Auslenkungen, wie sie direkt im Audiosignal 30 zu sehen sind, was zum besseren Verständnis ebenfalls in der Figur dargestellt ist. Die Auslenkungsanforderung folgt nicht vollständig den Amplitudenänderungen des Audiosignals 30, da man es bevorzugt, Hilfssteuersignale über einen längeren Zeitraum, z.B. einen Zeitraum von mehreren Nulldurchgängen, aufrechtzuerhalten. Dies ist insofern vorteilhaft, als im Vergleich zu einem Hilfssteuersignal, das für eine Zeitdauer gekoppelt wird, die mit einer typischen Schwingungsdauer der Schwingspule vergleichbar ist, weniger Verzerrungen in der Zeit im wiedergegebenen Audiosignal vorhanden sein können. Selbst kleine Fehler im Schaltpunkt beim ein- oder mehrmaligen Ein- und Auskoppeln eines Hilfssteuersignals während jeder Schwingung führen zu erheblicher Verzerrung, da die Schaltung mit der gleichen Frequenz wie das Steuersignal erfolgt.
Die in 12b dargestellte Auslenkungsanforderung 70 wird von einer Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 auf der Basis einer Signalanalyse ermittelt. Diese Signalanalyse bestimmt hohe Amplitudenpeaks/-spikes im Audiosignal 30 und wendet ein Peak-Lock-Zeitfenster 66a nach einem solchen Peak an, was auch als Peak-Hold bezeichnet wird. Das Peak-Lock-Zeitfenster 66a ist eine Zeitdauer, für die die Auslenkungsanforderung 70 auf einen durch die Amplitude des Peaks festgelegten Pegel fixiert wird. Wie in der Figur zu sehen ist, folgt die Auslenkungsanforderung 70 ungefähr einer Hüllkurve des Audiosignals, bis ein Audiosignalpeak 67 im Audiosignal vorhanden ist. Von diesem Zeitpunkt an wird die Auslenkungsanforderung 70 für eine durch das Peak-Lock-Zeitfenster 66a vorgegebene Zeitspanne auf einem konstanten Pegel gehalten.
Alternativ zu der in 12b gezeigten Ausführungsform kann die Auslenkungsanforderung 70 auch mit einer Look-Ahead-Zeitverzögerung ermittelt werden, wie in der Ausführungsform von 12c gezeigt.
12c zeigt eine Darstellung P33, die eine Darstellung der Auslenkungsanforderung 70 ist, die durch die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 auf der Basis des Audiosignals 30 ermittelt/vorhergesagt wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Ansteuersignale, d.h. das Hauptsteuersignal 41 und das Hilfssteuersignal 42a-b, mit einer zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Empfang des Audiosignals an die jeweiligen Schwingspulenabschnitte gekoppelt. In der Praxis bedeutet dies, dass die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 vor dem Anlegen der Steuersignale eine Signalanalyse an einem Teil des Audiosignals 30 mit einer Dauer bis zur Dauer der Zeitverzögerung durchführen kann. Die Dauer dieses Teils des Signals wird in diesem Beispiel als Look-Ahead-Zeitfenster 66b bezeichnet. Es ist klar, dass das Look-Ahead-Zeitfenster 66b kein statisches Zeitfenster ist, sondern ein Zeitfenster, das dem Verlauf des Audiosignals mit einer Geschwindigkeit folgt, die der Geschwindigkeit des wiedergegebenen Audiosignals entspricht. Das Zeitfenster ist mit anderen Worten ein Fenster, das dem Audiosignal, wie es wiedergegeben wird, immer um eine durch das Look-Ahead-Zeitfenster 66b vorgegebene Zeit voraus ist.
Die in 12c gezeigte Look-Ahead-Zeitfenster 66b enthalten jeweils eine oder mehrere hohe Amplitudenpeaks 67 oder Spikes des Audiosignals 30, und die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 kann den größte Peak innerhalb des Zeitfensters feststellen. Der höchste Peak wird daher zur Bestimmung der höchsten Auslenkungsanforderung innerhalb des Zeitfensters 66b verwendet. In dieser Ausführungsform wird die Auslenkungsanforderung bis zu diesem höchsten Peak auf einen konstanten Pegel eingestellt, und in diesem Sinne kann die Schwingspule 1 bereit sein, diesen Peak zu reproduzieren, da die Auslenkungsanforderung 70 bereits vor dem Zeitpunkt des Auftretens der Peak auf den erforderlichen Wert eingestellt ist. Dies hat zur Folge, dass in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten Strom fließt, bevor die Anwesenheit des Stromes unbedingt erforderlich ist, und somit unnötig viele Ein- und Auskopplungen von Steuersignalen innerhalb des Look-Ahead-Zeitfensters 66b vermieden werden. Nach anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Auslenkungsanforderung allmählich bis zur höchsten Auslenkungsanforderung innerhalb des Look-Ahead-Zeitfensters 66b erhöht, und dieser Anforderung wird dadurch Rechnung getragen, dass den Schwingspulen-Hilfsabschnitten ein Übergangs-Hilfssteuersignal zur Verfügung gestellt wird. Ein Übergangs-Hilfssteuersignal ermöglicht eine allmähliche Erhöhung des Stroms in den Schwingspulen-Hilfsabschnitten, um eine solche allmähliche Erhöhung oder allmähliche Verringerung der Auslenkungsanforderung wiederzugeben.
13 veranschaulicht ein Verfahren zur Bestimmung einer Verstärkung eines Hilfssteuersignals gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
In 13 ist eine Darstellung P41 eines Audiosignals 30 dargestellt, die eine Zeitbereichsdarstellung der Amplitude des Audiosignals 30 ist, d.h. die Darstellung zeigt die Amplitude des Audiosignals 30 als Funktion der Zeit. Das Audiosignal 30 dient als Eingangssignal für eine Schwingspulen-Steuervorrichtung 53, und unter Verwendung der Signalanalyse des Audiosignals 53 liefert die Schwingspulen-Steuervorrichtung Steuersignale an die Schwingspulenabschnitte der Schwingspule 1. Unter Verwendung einer Signalanalyse auf der Basis eines Look-Ahead-Zeitfensters 66b, wie in Bezug auf 12c beschrieben, wird eine Darstellung der Auslenkungsanforderung durch die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 bestimmt. Die Bestimmung der Auslenkungsanforderung 70 erfolgt also mit einem Vorsprung in Bezug auf das Audiosignal aufgrund einer Zeitverzögerung zwischen dem Empfang des Audiosignals 30 und der Wiedergabe des Audiosignals. Die Auslenkungsanforderung 70, die von der Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 auf der Basis des Audiosignals 30 bestimmt wird, ist in Abbildung P42 der 13 dargestellt. Wie ersichtlich, folgt die Auslenkungsanforderung einer geglätteten Version der Hüllkurve des Audiosignals 30, wie sie in Darstellung P41 zu sehen ist, mit Auslenkungsanforderungen, die vor einem hohen Peak im Audiosignal 30 irgendwie für eine kurze Zeitdauer beibehalten werden.
In der Darstellung P42 sind auch zwei Darstellungen der vorgegebenen Auslenkungspegel 65a-65b dargestellt. Bei den vorgegebenen Auslenkungspegeln handelt es sich um vorgewählte Auslenkungswerte, die Kopplungen von Hilfssteuersignalen auslösen, und so vergleicht die Schwingspulen-Steuervorrichtung 53 die anhand des Audiosignals 30 ermittelten Auslenkungsanforderung 70 mit den vorgegebenen Auslenkungspegeln 65a-65b und nimmt auf der Basis dieses Vergleichs Kopplungen von Steuersignalen vor. Diese Kopplungen sind in der Abbildung P43 detaillierter dargestellt, die eine gemeinsame Zeitachse mit den Abbildungen P41 und P42 teilt.
Bei Betrachtung der Darstellung P42 gibt es zunächst eine Zeitperiode des Audiosignals, in der die Kurve der Auslenkungsanforderung 70 den unteren vorgegebenen Auslenkungspegel 65a nicht überschreitet. In dieser Zeitperiode, die auch als Leerlauf-Hilfssteuersignalperiode 62 bezeichnet wird, wird nur ein Leerlauf-Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b angelegt. Das Leerlauf-Hilfssteuersignal ist ein Steuersignal mit einer reduzierten Signalstärke. In diesem Beispiel hat das Leerlauf-Hilfssteuersignal eine Amplitude, die 10 % der Amplitude, oder eine Verstärkung von 0,1, des entsprechenden Hauptsteuersignals 41 beträgt, das immer kontinuierlich mit dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt ist, solange ein Audiosignal 30 zugeführt wird. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Verstärkung oder die Amplitude des Leerlauf-Hilfssteuersignals ein anderer Wert, z.B. ein Wert zwischen 10 % und 100 % oder ein Wert zwischen 0 % und 10 %, wobei 0 % mit einem Nullsignal identisch ist.
Der Zweck des Leerlauf-Hilfssteuersignals besteht darin, einen kleinen Steuerstrom in dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b aufrechtzuerhalten, obwohl dieser Strom nicht für die Erzeugung der elektromotorischen Kraft benötigt wird, die die Schwingspule 1 antreibt. Dies verhindert eine Gegen-EMK-Bremsung der Schwingspule 1.
In späteren Zeitperioden des Audiosignals 30 liegt die Kurve der Auslenkungsanforderung 70 in einem Bereich zwischen dem unteren vorgegebenen Auslenkungspegel 65a und dem oberen vorgegebenen Auslenkungspegel 65b. In diesen Zeitperioden wird ein Übergangs-Hilfssteuersignal angelegt, das auch als Übergangs-Steuersignalperiode 63 bezeichnet wird. Das Übergangs-Hilfssteuersignal ist ein Hilfssteuersignal, das in der Verstärkung einstellbar ist und das allmählich von Null-Verstärkung, d.h. kein Signal, bis zu einer hohen Signalverstärkung, die mit der Verstärkung des Hauptsteuersignals vergleichbar ist, eingestellt werden kann. Während der Übergangs-Steuersignalperiode 63 bleibt das Leerlauf-Hilfssteuersignal entweder als ein vom Übergangs-Hilfssteuersignal unabhängiges Steuersignal erhalten oder wird als konstante Basis des Übergangs-Hilfssteuersignals in das Übergangs-Hilfssteuersignal eingebettet.
In anderen Zeitperioden des Audiosignals 30 übersteigt die Auslenkungsanforderung 70 den oberen vorgegebenen Auslenkungspegel 65b (siehe Darstellung P42 in 13). Diese Perioden, die auch als Hilfssteuersignalperioden 64 bezeichnet werden, sind Zeitperioden, in denen das Übergangs-Hilfssteuersignal am vollständigsten ist. Mit anderen Worten, die Zeitperiode 64 bezieht sich auf die Periode, in der das Hilfssteuersignal am vollständigsten ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der obere vorbestimmte Auslenkungspegel ein Pegel, der einen Auslöser für die Kopplung weiterer Hilfssteuersignale mit weiteren jeweiligen Schwingspulen-Hilfsabschnitten für Schwingspulen 1 darstellt, die zusätzliche Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten umfassen.
Die untere Darstellung P44 in 13 zeigt die Verstärkung des gesamten Hilfssteuersignals in Bezug auf das Hauptsteuersignal, d.h. eine Nullverstärkung stellt überhaupt kein Hilfssteuersignal dar, und eine Verstärkung von 1 stellt ein vollständiges Hilfssteuersignal mit einer Signalstärke dar, die im Wesentlichen identisch mit dem Hauptsteuersignal ist. Die Verstärkungskurve erbt die gleiche gemeinsame Zeitachse wie die Darstellungen P41-P43. Unter einem gesamten Hilfssteuersignal versteht man z.B. die Summe des Leerlauf-Hilfssteuersignals und des Übergangs-Hilfssteuersignals, z.B. das resultierende Steuersignal, wie es durch Messung des Steuersignals in einem Schwingspulen-Hilfsabschnitt gemessen würde. Wie in Darstellung P44 zu sehen ist, sinkt die Verstärkung des Hilfssteuersignals nie unter einen niedrigeren Wert, der die Verstärkung oder Amplitude des Leerlauf-Hilfssteuersignals ist. Dies bedeutet, dass unabhängig davon, wie sich das Audiosignal 30 entwickelt, immer ein Basissignal an Paare von Schwingspulen-Hilfsabschnitten angelegt wird und somit eine Gegen-EMK-Bremsung vermieden wird.
Daher wird in der Zeitspanne von 0 bis zur Hilfssteuersignal-Übergangszeit t1, d.h. der ersten Leerlauf-Hilfssteuersignalperiode 62, nur ein Leerlauf-Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten 22a-b gekoppelt, zusätzlich zu dem Hauptsteuersignal 41, das kontinuierlich an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt ist. In der Zeitspanne von der Zeit t1 bis zur zweiten Hilfssteuersignal-Übergangszeit t2, d.h. der ersten Übergangs-Hilfssteuersignalperiode 63, wird ein Übergangs-Hilfssteuersignal an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten gekoppelt. Wie ersichtlich, ändert sich das Übergangs-Hilfssteuersignal innerhalb dieser Zeitperiode allmählich, bevor es in der folgenden Zeitperiode von der Zeit t2 zur Zeit t3 entkoppelt oder auf Null heruntergedreht wird. Wie ersichtlich, ist in der Zeitspanne zwischen der Zeit t10 und t11, d.h. einer Hilfssteuersignalperiode 64, die Verstärkung des Hilfssteuersignals am vollständigsten.
Unter Bezugnahme auf die 14a-e sind verschiedene Konfigurationen zur Erzeugung eines oberen gleichgerichteten Steuersignals 46a für einen oberen Schwingspulenabschnitt 25a und eines unteren gleichgerichteten Steuersignals 46b für einen unteren Schwingspulenabschnitt 25b nach Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten 17 die Stromrichtungen eines Hilfssteuersignals 42 dämpfen oder bevorzugt blockieren, um ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal 46a für einen oberen Schwingspulenabschnitt 25a und ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal 46b für einen unteren Schwingspulenabschnitt 25b zu erzeugen. Folglich kann, wenn Strom eines Hilfssteuersignals in einer Stromrichtung fließt, dieser Strom im Wesentlichen zum unteren Schwingspulenabschnitt fließen, während sein Fluss zum oberen Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. In ähnlicher Weise kann, wenn Strom eines Hilfssteuersignals in einer entgegengesetzten Stromrichtung fließt, dieser Strom im Wesentlichen zum oberen Schwingspulenabschnitt fließen, während sein Fluss zum unteren Schwingspulenabschnitt gedämpft oder blockiert wird. Das obere gleichgerichtete Steuersignal und die unteren gleichgerichteten Steuersignale sind so angeordnet, dass sie einen Strom liefern, der in einer geeigneten Stromrichtung fließt, um eine elektromotorische Kraft an der Schwingspule zu erzeugen, so dass das Audiosignal korrekt wiedergegeben wird.
14a zeigt eine typische Ausführungsform umfassend Gleichrichtereinheiten. Ein Hilfssteuersignal 42a wird an eine Gleichrichtereinheit 16 geliefert, um ein oberes gleichgerichtetes Signal 46a zu erzeugen, das an einen oberen Schwingspulenabschnitt 25a geliefert wird, und ein Hilfssteuersignal 42b wird an eine Gleichrichtereinheit 16 geliefert, um ein unteres gleichgerichtetes Signal 46b zu erzeugen, das an einen unteren Schwingspulenabschnitt 25b geliefert wird. Das Hilfssteuersignal kann selektiv gekoppelt werden. Gleichzeitig wird ein Hauptsteuersignal 41 kontinuierlich an einen Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten mindestens eine Schalteinheit. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 14b dargestellt. Ein Hauptsteuersignal 41 wird dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 zugeführt, während ein Hilfssteuersignal 42 an eine Schalteinheit 10 angeschlossen ist, die von einem Steuersignal 32 gesteuert wird. Die Schalteinheit 10 kann entweder das Hilfssteuersignal 42 an einen oberen Schwingspulenabschnitt 25a oder einen unteren Schwingspulenabschnitt 25b weiterleiten. Das an die Schalteinheit 10 gelieferte Steuersignal 32 kann bevorzugt gewährleisten, dass eine Stromrichtung des Hilfssteuersignals 42 zum oberen Schwingspulenabschnitt 25a gelangen kann und die entgegengesetzte Stromrichtung des Hilfssteuersignals 42 zum unteren Schwingspulenabschnitt 25b gelangen kann.
In anderen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten mindestens eine Diode. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 14c gezeigt. Ein Hauptsteuersignal 41 wird dem Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 zugeführt, während ein Hilfssteuersignal 42 an zwei Dioden 17 angeschlossen ist. Die beiden Dioden sind mit entgegengesetzten Anschlüssen verbunden, so dass eine der Dioden 17 primär eine Stromrichtung des Hilfssteuersignals 42 durchlässt und die andere Diode 17 primär die entgegengesetzte Stromrichtung des Hilfssteuersignals durchlässt. Wenn eine Diode 17 eine Stromrichtung durchlässt, blockiert sie im Wesentlichen die entgegengesetzte Stromrichtung. Daher kann ein oberes gleichgerichtetes Signal 46a nach einer Diode 17 erzeugt und an einen oberen Schwingspulenabschnitt 25a weitergeleitet werden, und ein unteres gleichgerichtetes Signal 46b kann nach einer anderen Diode 17 erzeugt und an einen unteren Schwingspulenabschnitt 25b weitergeleitet werden.
In einigen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten mindestens einen MOSFET, d.h. einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Basierend auf einem Steuersignal kann ein MOSFET 18 so gesteuert werden, dass er als Schalter fungiert. Eine beispielhafte Ausführungsform, bei der mindestens ein MOSFET gemäß der Erfindung eingesetzt wird, ist in 14d dargestellt. Ein Hauptsteuersignal 41 wird an den Schwingspulen-Hauptabschnitt 21 geliefert, während ein Hilfssteuersignal 42a-42b an zwei MOSFETs 18 geliefert wird, wobei jeder MOSFET zusätzlich mit einem Steuersignal 32 verbunden ist. Auf der Basis des Steuersignals 32 kann ein MOSFET 18 Strom durchlassen. Bevorzugt wird ein MOSFET 18 eine Stromrichtung des Hilfssteuersignals durchlassen, um ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal 46a zu erzeugen, das dem oberen Schwingspulenabschnitt 25a zugeführt wird, während der andere MOSFET 18 die entgegengesetzte Stromrichtung des Hilfssteuersignals durchlässt, um ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal 46b zu erzeugen, das dem unteren Schwingspulenabschnitt 25b zugeführt wird.
In einigen anderen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Gleichrichtereinheiten mindestens einen Verstärker. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 14e dargestellt, bei der zwei Verstärker 12 durch Steuersignale 32 aktiv gesteuert werden, um das obere gleichgerichtete Steuersignal 46a und das untere gleichgerichtete Steuersignal 46b zu erzeugen. Ein Steuersignal 32 kann die Amplitude des Stroms bestimmen, den ein Verstärker an seinem Ausgang erzeugen kann. Daher kann ein Verstärker 12 so gesteuert werden, dass er nur dann einen substantiellen Ausgangsstrom liefert, wenn der Strom des Hilfssteuersignals 42 eine Stromrichtung aufweist, um ein oberes gleichgerichtetes Steuersignal 46a zu erzeugen, während ein anderer Verstärker 12 so gesteuert werden kann, dass er nur dann einen substantiellen Ausgangsstrom liefert, wenn der Strom des Hilfssteuersignals 42 eine entgegengesetzte Stromrichtung hat, um ein unteres gleichgerichtetes Steuersignal 46b zu erzeugen. Die oberen und unteren gleichgerichteten Steuersignale 46a-46b können dann den oberen und unteren Schwingspulenabschnitten 25a-25b zugeführt werden.
Gemäß der Erfindung sind Verfahren zur Erzeugung eines oberen gleichgerichteten Steuersignals 46a und eines unteren gleichgerichteten Steuersignals 46b nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) eines Lautsprechers (50), umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Magnetkreises (2) mit einem Luftspalt (3) und einer Schwingspule (1), die in dem Luftspalt (3) aufgehängt ist; Anlegen eines Audiosignals (30) an die Schwingspule (1), die in dem Luftspalt (3) aufgehängt ist, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die die Schwingspule (1) entlang einer Bewegungsachse (4) bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingspule (1) eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten umfasst, wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten einen Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst, die entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet sind, wobei die Schwingspulenabschnitte des Paars von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) angeordnet sind; und wobei der Schritt des Anlegens eines Audiosignals (30) ein kontinuierliches Koppeln eines Hauptsteuersignals (41), das auf dem Audiosignal (30) basiert, an den Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) und selektives Koppeln eines Hilfssteuersignals (42a; 42b), das auf dem Audiosignal (30) basiert, an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 1, wobei die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) auf der Basis einer Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 2, wobei die selektive Kopplung des Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) auf der Basis eines Vergleichs der Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) mit einer Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a; 65b) durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des selektiven Koppelns eines Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) durch eine Schwingspulen-Steuervorrichtung (53), die einen Signalprozessor umfasst, durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 4, wobei der Signalprozessor der Schwingspulen-Steuervorrichtung (53) ein digitaler Signalprozessor ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) ist und das Hilfssteuersignal ein erstes Hilfssteuersignal ist; wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten ferner ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) aufweist, die entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet sind, wobei Schwingspulenabschnitte des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) jeweils auf beiden Seiten des ersten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) angeordnet sind; und wobei der Schritt des Anlegens eines Audiosignals (30) das selektive Koppeln eines zweiten Hilfssteuersignals an das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) auf der Basis des Audiosignals (30) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 6, wobei die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels eine erste Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a) ist und wobei die selektive Kopplung des zweiten Hilfssteuersignals mit dem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) auf der Basis eines Vergleichs der Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) mit einer zweiten Darstellung des vorbestimmten Auslenkungspegels (65b) durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 7, wobei die zweite Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65b) größer ist als die erste Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a).
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet ist und symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) angeordnet ist, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) auf jeder Seite des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) angeordnet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 6-9, wobei das erste Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet ist und symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) herum angeordnet ist, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des ersten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) auf jeder Seite des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) angeordnet ist und das zweite Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet ist und symmetrisch um den Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) herum angeordnet ist, wobei ein Schwingspulen-Hilfsabschnitt des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) auf jeder Seite des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) angeordnet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) das Steuern mindestens eines Verstärkers (12) zum Koppeln des Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 11, wobei das Steuern mindestens eines Verstärkers (12) das Erzeugen des Hilfssteuersignals (42a; 42b) oder eines Leerlauf-Hilfssteuersignals und/oder eines Übergangs-Hilfssteuersignals auf der Basis des Vergleichs der Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) mit einer Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a; 65b) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das kontinuierliche Koppeln eines Hauptsteuersignals (41) mit dem Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) das Koppeln des Hauptsteuersignals (41) unter Verwendung eines Verstärkers (41) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hilfssteuersignal (42a; 42b) dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Verstärkung aufweist, die sich von einer Verstärkung des Hauptsteuersignals (41) unterscheidet.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 1-13, wobei das Hilfssteuersignal (42a; 42b) dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Verstärkung aufweist, die die gleiche ist wie eine Verstärkung des Hauptsteuersignals (41).
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) das Steuern mindestens eines Schalters (10) zum Koppeln des Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Leerlauf-Hilfssteuersignal mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) gekoppelt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 17, wobei das Leerlauf-Hilfssteuersignal auf dem Audiosignal (30) basiert.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Leerlauf-Hilfssteuersignal ein erstes Leerlauf-Hilfssteuersignal ist und das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) ist und wobei ein zweites Leerlauf-Hilfssteuersignal mit einem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) gekoppelt ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 19, wobei das erste Leerlauf-Hilfssteuersignal und das zweite Leerlauf-Hilfssteuersignal unterschiedliche Steuersignale sind.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 17-20, wobei die Amplitude des Leerlauf-Hilfssteuersignals im Intervall von 1% bis 99% des Hauptsteuersignals (41) liegt, wie z.B. von 2% bis 50% des Hauptsteuersignals (41), wie z.B. von 5% bis 15% des Hauptsteuersignals (41), z.B. 10% des Hauptsteuersignals (41).
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 17-20, wobei das Hauptsteuersignal (41) dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Verstärkung aufweist, und wobei das Leerlauf-Hilfssteuersignal dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Verstärkung im Intervall von 1% bis 99% der Verstärkung des Hauptsteuersignals (41) aufweist, wie z.B. von 2% bis 50% der Verstärkung des Hauptsteuersignals (41), wie z.B. von 5% bis 15% der Verstärkung des Hauptsteuersignals (41), z.B. 10% der Verstärkung des Hauptsteuersignals (41).
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach den Ansprüchen 17-22, wobei das selektive Koppeln des Hilfssteuersignals (42a; 42b) an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) das selektive Koppeln eines Übergangs-Hilfssteuersignals auf der Basis des Audiosignals (30) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 23, wobei das selektive Koppeln eines Übergangs-Hilfssteuersignals das Steuern einer Verstärkung des Übergangs-Hilfssteuersignals umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 24, wobei die Verstärkung des Übergangs-Hilfssteuersignals auf der Basis einer Analyse des Audiosignals (30) eingestellt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Verstärkung des Übergangs-Hilfssteuersignals auf der Basis der Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) eingestellt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 24-26, wobei die Verstärkungseinstellung des Übergangs-Hilfssteuersignals in der Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 23-27, wobei das selektive Koppeln des Übergangs-Hilfssteuersignals die Steuerung eines oder mehrerer Verstärker (12) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 23-28, wobei das selektive Koppeln des Übergangs-Hilfssteuersignals die Steuerung eines oder mehrerer Schalter umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptsteuersignal (41) und das Hilfssteuersignal (42a; 42b) Strom umfasst, der in der gleichen azimutalen Richtung (60; 61) um die Bewegungsachse (4) der Schwingspule (1) fließt.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetkreis (2) durch einen Magneten bereitgestellt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 31, wobei der Magnet ein Permanentmagnet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 31, wobei der Magnet ein Elektromagnet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse (4) gemessene Höhe aufweist, die größer ist als eine Höhe des Luftspalts (3), die in der Richtung entlang der Bewegungsachse (4) gemessen wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Schwingspulenabschnitt des Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse (4) gemessene Höhe aufweist, die kleiner als die Höhe des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Schwingspulenabschnitt des zweiten Paares von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) eine in einer Richtung entlang der Bewegungsachse (4) gemessene Höhe aufweist, die kleiner als die Höhe des Schwingspulen-Hauptabschnitts (23) ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals (42a; 42b) auf der Basis des Audiosignals (30) das Aufrechterhalten der Kopplung für eine Zeitdauer (66a; 66b) umfasst, die mindestens zwei Nulldurchgänge (68) des Audiosignals (30) umfasst, wie z.B. mindestens zehn Nulldurchgänge (68) des Audiosignals (30), wie z.B. mindestens hundert Nulldurchgänge (68) des Audiosignals (30), wie z.B. mindestens tausend Nulldurchgänge (68) des Audiosignals (30).
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 37, wobei die Zeitdauer (66a; 66b) eine vorbestimmte Zeitdauer ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 37 oder 38, wobei die vorbestimmte Zeitdauer im Bereich von 50 Millisekunden bis 10 Sekunden liegt.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 37-39, wobei die vorbestimmte Zeitdauer auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals (30) festgelegt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptsteuersignal (41) und das Hilfssteuersignal (42a; 42b) um eine Zeitverzögerung in Bezug auf das Audiosignal (30) verzögert werden.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalanalyse in einem Zeitabschnitt des Audiosignals (30) durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 42, wobei der Zeitabschnitt identisch mit der Zeitverzögerung ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 40-43, wobei die Signalanalyse des Audiosignals (30) eine Peak-Analyse des Audiosignals (30) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 40-44, wobei die Signalanalyse an dem Audiosignal (30) wiederholt durchgeführt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) auf der Basis einer Signalanalyse des Audiosignals (30) erstellt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) eine Eigenschaft des Audiosignals (30) umfasst und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a; 65b) ein Schwellenwert ist, der mit der Eigenschaft des Audiosignals (30) in Beziehung steht.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 47, wobei sich die Eigenschaft des Audiosignals auf eine Amplitude des Audiosignals bezieht.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplung des Hilfssteuersignals (42a; 42b) auf einer benutzerdefinierten Eingabeauswahl basiert.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) auf der Messung der Schwingspulenauslenkung unter Verwendung mindestens eines Positionssensors (15) basiert und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a; 65b) ein Schwellenwert ist, der mit der Auslenkung der Schwingspule (1) in Beziehung steht.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) auf Strom und/oder Spannung in den Schwingspulenabschnitten (21; 22a; 22b) basiert und die Darstellung eines vorbestimmten Auslenkungspegels (65a; 65b) ein Schwellenwert ist, der sich auf Strom und/oder Spannung in den Schwingspulenabschnitten (21; 22a; 22b) bezieht.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) einen oberen Schwingspulenabschnitt (25a) und einen unteren Schwingspulenabschnitt (25b) aufweist, wobei der obere Schwingspulenabschnitt (25) und der untere Schwingspulenabschnitt (25b) jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) entlang der Bewegungsachse (4) angeordnet sind.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 52, wobei das Bereitstellen eines Hilfssteuersignals (42a; 42b) das Bereitstellen eines oberen gleichgerichteten Steuersignals (46a) an dem oberen Schwingspulenabschnitt (25a) und das Bereitstellen eines unteren gleichgerichteten Steuersignals (46b) an dem unteren Schwingspulenabschnitt (25b) umfasst; wobei das obere gleichgerichtete Steuersignal (46a) durch Dämpfung, wie z.B. Blockieren, einer ersten Stromrichtung des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) bereitgestellt wird; wobei das untere gleichgerichtete Steuersignal (46b) durch Dämpfung, wie z.B. Blockierung, einer zweiten Stromrichtung des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) bereitgestellt wird; und wobei die erste und die zweite Stromrichtung des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) entgegengesetzte Stromrichtungen sind.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 53, wobei das Bereitstellen des oberen gleichgerichteten Steuersignals (46a) das Verarbeiten des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) unter Verwendung einer oberen Gleichrichtereinheit (16) umfasst und das Bereitstellen des unteren gleichgerichteten Steuersignals (46b) das Verarbeiten des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) unter Verwendung einer unteren Gleichrichtereinheit (16) umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 53 oder 54, wobei das obere gleichgerichtete Steuersignal (46a) durch Gleichrichten des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) in der ersten Stromrichtung bereitgestellt wird und wobei das untere gleichgerichtete Steuersignal (46b) durch Gleichrichten des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) in der zweiten Stromrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 55, wobei die Gleichrichtung eine passive Gleichrichtung umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach Anspruch 55 oder 56, wobei das Gleichrichten des Hilfssteuersignals (42; 42a; 42b) eine Halbwellengleichrichtung ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 54-57, wobei die obere Gleichrichtereinheit (16) einen Gleichrichterschaltkreis aufweist, und/oder wobei die untere Gleichrichtereinheit (16) einen Gleichrichterschaltkreis aufweist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 54-58, wobei die obere Gleichrichtereinheit (16) eine Diode umfasst und wobei die untere Gleichrichtereinheit (16) eine Diode umfasst.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 54-59, wobei die obere Gleichrichtereinheit (16) einen Schalter aufweist und wobei die untere Gleichrichtereinheit (16) einen Schalter aufweist.
Verfahren zum Ansteuern einer Schwingspule (1) nach einem der Ansprüche 54-60, wobei die obere Gleichrichtereinheit (16) einen Verstärker (12; 11) aufweist und wobei die untere Gleichrichtereinheit (16) einen Verstärker (12; 11) aufweist.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) eines Lautsprechers (50), umfassend: einen Magnetkreis (2) mit einem Luftspalt (3); eine Schwingspule (1), die in dem Luftspalt (3) aufgehängt ist, wobei die Schwingspule (1) eine Vielzahl von Schwingspulenabschnitten umfasst, wobei die Vielzahl von Schwingspulenabschnitten einen Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) und ein Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst, die entlang einer Bewegungsachse (4) angeordnet sind, wobei Schwingspulenabschnitte des Paars von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) jeweils auf beiden Seiten des Schwingspulen-Hauptabschnitts (21) angeordnet sind; und eine Schwingspulen-Steuervorrichtung (53), die angeordnet ist, um ein Audiosignal (30) an die in dem Luftspalt (3) aufgehängte Schwingspule (1) anzulegen, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die die Schwingspule (1) entlang der Bewegungsachse (4) bewegt, wobei das Anlegen eines Audiosignals (30) das kontinuierliche Koppeln eines Hauptsteuersignals (41), das auf dem Audiosignal (30) basiert, an den Schwingspulen-Hauptabschnitt (21) und das selektive Koppeln eines Hilfssteuersignals (42a; 42b), das auf dem Audiosignal (30) basiert, an das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) umfasst.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach Anspruch 62, wobei die Schwingspulen-Steuervorrichtung (53) angeordnet ist, um das Hilfssteuersignal (42a; 42b) selektiv mit dem Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) auf der Basis einer Darstellung der Auslenkungsanforderung (70) zu koppeln.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach Anspruch 62 oder 63, wobei das Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (22a; 22b) ein erstes Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (23a; 23b) ist und das Hilfssteuersignal (42a; 42b) ein erstes Hilfssteuersignal ist, und wobei die Schwingspule (1) ferner ein zweites Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) umfasst und die Schwingspulen-Steuervorrichtung (53) so angeordnet ist, um selektiv ein zweites Hilfssteuersignal mit dem zweiten Paar von Schwingspulen-Hilfsabschnitten (24a; 24b) zu koppeln.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach einem der Ansprüche 62-64, wobei die Schwingspulen-Steuervorrichtung (53) einen Signalprozessor umfasst.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach einem der Ansprüche 62-65, wobei das Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) einen oder mehrere Verstärker (12) umfasst.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach einem der Ansprüche 62-66, wobei das Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) eine Schalteinheit (10) umfasst.
Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach einem der Ansprüche 62-67, wobei die Schwingspulen-Steuervorrichtung (53) angeordnet ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-61 auszuführen.
Lautsprecher, umfassend: eine Membran (7); eine Schnittstelle (52), die konfiguriert ist, um ein Audiosignal (30) zu empfangen; und ein Schwingspulen-Ansteuerungssystem (51) nach einem der Ansprüche 62-68.