Die
Erfindung betrifft ein Grundkonzept des Antriebs eines aktiven Subwoofers
mit zwei identischen Tieftonchassis. Anstatt eines Tieftonchassis sollten
zum Betreiben zwei Tieftonchassis so angesteuert werden, dass eine
möglichst
präzise
und im Bassbereich erweiterte Wiedergabe erreicht und die Schallausstrahlung
von den beiden Tieftonchassis direkt zum Außenraum ermöglicht wird. Diese Erfindung
findet ihre Anwendung bei den Subwoofern, denn gerade begrenztes
Innenvolumen bei kleinen Gehäusen
stellt einen limitierenden Faktor bei der Wiedergabe der Bässe dar.
Herkömmliche
Vorrichtungen zur Verbesserung der Wiedergabe im Bassbereich sind
ausführlich
in der Literatur beschrieben worden, z.B.: „Lautsprecherbau", Vance Dickason, Elektor-Verlag.
In den Druckschriften (i) US 5,815,589
A und (ii) US
5,147,986 A sind zwei Tieftonchassis in einer gemeinsamen
Kammer untergebracht und akustisch gegenphasig betrieben.The invention relates to a basic concept of driving an active subwoofer with two identical woofer chassis. Instead of a woofer, two woofers should be controlled in such a way that a reproduction that is as precise as possible in the bass range is achieved and that the sound is radiated from the two woofers directly to the exterior. This invention finds application in subwoofers, since just limited internal volume in small cases is a limiting factor in bass reproduction. Conventional bass enhancement devices have been extensively described in the literature, eg, "Speaker Construction," Vance Dickason, Elektor-Verlag In the publications (i) US 5,815,589 A and (ii) US 5,147,986 A are two woofer chassis housed in a common chamber and acoustically operated in anti-phase.
Nach
dem Designkonzept (i) bzw. (ii) ist ein Transsmision-Line- bzw.
ein Dreikamme-Bandpaß-Gehäuse dargestellt.
In diesen Systemen aber muss aufgrund eines akustisch gegenphasigen
Antriebs der akustische Kurzschluss zwischen den beiden Tieftonchassis
verhindert werden. Eine mögliche Lösung dieses
Problems ist im nachstehenden gegeben.To
the design concept (i) or (ii) is a Transsmision line or
a Dreikamme bandpass housing shown.
In these systems, however, due to an acoustically antiphase
Drive the acoustic short between the two woofer chassis
be prevented. A possible solution to this
Problems is given below.
Das
Problem der Nachgiebigkeit der Luft in einer geschlossenen Box,
speziell bei der Tieftonwiedergabe, lässt sich anhand der Darstellung
in 1 näher erklären. Bei
hohen Pegeln ist aufgrund der relativ großen Membranauslenkung und deren
Fläche das
Luftvolumen, das vom Chassis C1 bewegt wird, besonders groß und das
Luftvolumen in der Box, das sich der Membranbauslenkung entgegensetzt,
relativ klein. So entsteht im Innenraum ein Gegendruck, abhängig davon,
in welcher Richtung die Membran sich bewegt (Kommpression oder Extension
der Luft). Diese Kräfte
wirken einer linearen Membranauslenkung in Abhängigkeit von der Antriebssteuerung
entgegen.The problem of the flexibility of the air in a closed box, especially in the bass reproduction, can be seen from the illustration in 1 explain in detail. At high levels is due to the relatively large diaphragm deflection and the area, the volume of air that is moved from the chassis C1, particularly large and the volume of air in the box, which opposes the diaphragm assembly, relatively small. This creates a back pressure in the interior, depending on the direction in which the membrane is moving (compression or extension of the air). These forces counteract a linear diaphragm deflection as a function of the drive control.
Der
maximale Gegendruck in einem geschlossenen, Gehäuse entspricht dem Peak der Membranauslenkung.
Aus diesem Grund hat bei hohen Pegeln die Verwendung bestimmter
Aktivfilter zur Bassanhebung mehr nichtlineare Verzerrungen als
Folge. Bei einem Bass-Reflex-System gewährleistet ein Rohr (Helmholzresonator)
oder eine passive Membran eine gewisse „Atmungsaktivität" im Innenraum, womit
diese bremsende Wirkung auf die Membran bei hohen Pegeln etwas geschwächt wird, was
in einem erweiterten Bewegungsumfang der Membran bei gleichen Verzerrungen
resultiert. Herkömmliche
Subwoofer-Systeme der eingangs genannten Art basieren meistens auf
einem einzelnen „Hauptchassis"-C1, das aber auch
als zwei oder mehrere identische Tieftonchassis entweder in einer Parallel-
oder Serienschaltung oder als Push/Pull- oder Compound-Anordnung
realisiert ist.Of the
maximum back pressure in a closed housing corresponds to the peak of the diaphragm deflection.
For this reason, at high levels, the use of certain
Active filter for bass boost more nonlinear distortions than
Episode. In a bass reflex system ensures a tube (Helmholzresonator)
or a passive membrane a certain "breathability" in the interior, which
this braking effect on the membrane at high levels is somewhat weakened, which
in an extended range of motion of the membrane at the same distortion
results. conventional
Subwoofer systems of the type mentioned above are usually based on
a single "main chassis" -C1, but so too
as two or more identical woofers either in a parallel
or series connection or as a push / pull or compound arrangement
is realized.
Aufgabe
der Erfindung ist es, durch den Einsatz eines „Rückkopplung"-Chassis, nämlich C2, eine verbesserte
Dynamik des Subwoofer-Systems zu
erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des
Patentanspruchs angegebenen gegenständlichen Merkmale gelöst.task
The invention is improved by the use of a "feedback" chassis, namely C2
Dynamics of the subwoofer system too
to reach. This object is achieved by the in the characterizing part of
Claim specified objective features solved.
Durch
den 2-Phasen-Antrieb ist es möglich, den
Spitzenwert des Gegendrucks im Gehäuse zu reduzieren. Außerdem entsteht
im Innenraum der Box eine maximale Kompression, bevor die Auslenkung
der Membran ihr Maximum erreicht hat. So bleibt dem Verstärker eine
gewisse Kraftreserve, um die Membran bis zum Peak weiter dagegen
zu zwingen. Da sich die beiden Membranen in Gegenrichtungen bewegen
und deren Auslenkung gleich ist, wenn der Gegendruck im Gehäuse gerade
seinen Spitzenwert erreicht, entsteht ein „Beschleunigungseffekt", welcher dynamische
Eigenschaften bei der Sprunganregung verbessert. Um diese verbesserte
Dynamik zu erreichen, müssen
beide Chassis akustisch gekoppelt sein und mit zwei Verstärkern gegenphasig
angesteuert werden, wobei erfindungsgemäß am Eingang des einen von
beiden Verstäkern
das Originaltonsignal Ug(t), und am Eingang des anderen der beiden
Verstärker
sein differenzierter Wert, mathematisch d/dt[Ug(t)], mittels einer
Differenzierschaltung als Vorstufe, eingespeist ist.By
The 2-phase drive makes it possible to use the
To reduce peak value of the back pressure in the housing. In addition, arises
inside the box maximum compression before the deflection
the membrane has reached its maximum. So the amplifier stays one
certain power reserve to continue the membrane to the peak
to force. Since the two membranes move in opposite directions
and whose deflection is the same when the back pressure in the housing straight
reaches its peak, creates an "acceleration effect", which dynamic
Improved jump excitation properties. To this improved
To achieve dynamics
both chassis be acoustically coupled and out of phase with two amplifiers
be driven, according to the invention at the entrance of one of
both amplifiers
the original sound signal Ug (t), and at the input of the other of the two
amplifier
its differentiated value, mathematically d / dt [Ug (t)], by means of a
Differentiating circuit as a precursor, is fed.
Gemäß der Erfindung
wird ein akustischer Kurzschluss zwischen C1 und C2 verhindert,
wobei viele unten aufgezählten
Vorteile eines reinen Pushpull-Antriebs ein verbessertes dynamisches
Verhalten der Box bewirken.According to the invention
an acoustic short circuit between C1 and C2 is prevented
with many listed below
Advantages of a pure push-pull drive an improved dynamic
Behavior of the box effect.
Die
Funktionsweise eines dynamischen Pushpull-Antriebs (kurz DPP-Antrieb)
wird gemäß seinem
Blockschaltbild in 2 erklärt. Bei einem Pushpullantrieb
sind zwei Tieftonchassis, nämlich
C1 und C2, ungeachtet deren Anordnung in eine einzelne Kammer untergebracht
und mit 2 Verstärkern akustisch
gegenphasig betrieben, wie dies in 2 dargestellt
ist. Gegenphasige Membranbewegung von C1 und C2 bewirkt es, dass
der Luftdruck sich im Innenraum der Box gar nicht verändern lässt. Dieses System
ist in der Literatur bereits als isobares System bekannt. Die Bewegung
der beiden Membranen wird durch die akustische Kopplung gegenseitig „dynamisch
unterstützt", indem eine Membran
die andere wechselhaft drückt
bzw. zieht. Dadurch wäre
das Problem des Gegendrucks gelöst.
Außerdem
wird das Ausschwingverhalten der beiden Membranen bei einer Impulsanregung
gegenseitig beeinflusst. Frontal wird jedoch kein Tieftonschall
ausgestrahlt, da der gegenphasige Antrieb einen akustischen Kurzschluss
zwischen C1 und C2 bewirkt. Um aufgezählte Vorteile des Pushpull-Antriebs
noch auszunutzen, und um den Schall doch frontal ausstrahlen zu
können,
wird das System erfindungsgemäß so modifiziert,
wie dies in 2 dargestellt ist, dass nämlich am
Eingang des einen von beiden Verstärkern das Originaltonsignal
Ug(t), und am Eingang des anderen der beiden Verstärker sein
differenzierter Wert, mathematisch d/dt[Ug(t)], mittels einer Differenzierschaltung
als Vorstufe, eingespeist ist.The mode of operation of a dynamic push-pull drive (DPP drive for short) is determined according to its block diagram in FIG 2 explained. In a push-pull drive, two woofers, namely C1 and C2, are housed in a single chamber regardless of their arrangement and are acoustically out of phase with two amplifiers, as shown in FIG 2 is shown. Antiphase membrane movement of C1 and C2 causes the air pressure in the interior of the box can not be changed. This system is already known in the literature as an isobaric system. The movement of the two membranes is mutually "dynamically supported" by the acoustic coupling, with one membrane touching the other re changeable pushes or pulls. This would solve the problem of backpressure. In addition, the decay behavior of the two membranes is mutually influenced in a pulse excitation. However, no bass sound is emitted frontally since the antiphase drive causes an acoustic short circuit between C1 and C2. In order to exploit enumerated advantages of the push-pull drive, and in order to be able to radiate the sound from the front, the system is modified according to the invention as described in US Pat 2 is shown that at the input of one of the two amplifiers, the original sound signal Ug (t), and at the input of the other of the two amplifiers its differentiated value, mathematically d / dt [Ug (t)], by means of a differentiating circuit as a precursor, is fed ,
Im
folgenden wird ein Anwendungsbeispiel der Erfindung anhand von 3 näher erläutert. Es ist
ein Subwoofer-System mit DPP-Antrieb dargestellt. Ein Subwoofer
wird im Interesse maximaler Klangpräzision als eine geschlossene
Box realisiert. Geschlossene Bauweisen klirren bei hohen Pegeln zwar
deutlich, zeigen aber ein wesentlich besseres Ausschwingverhalten
im Vergleich mit allen resonanten Systemen wie etwa beim Bass-Reflex-Konzept. Zwei
identische Bass-Chassis werden mit zwei Verstärkern akustisch gegenphasig
betrieben. Um DPP-Antrieb zu realisieren, ein sinusformiges Eingangssignal
vorausgesetzt, wird nun eine Vorstufe als Phasenfilter benutzt,
die eine konstante Phasenverschiebung des Signals Ug(t) von 90 Grad
im ganzen Übertragungsbereich
des Subwoofers zu gewährleisten
hat.In the following, an application example of the invention with reference to 3 explained in more detail. It is a subwoofer system with DPP drive shown. A subwoofer is realized in the interest of maximum sound precision as a closed box. Although closed constructions clink at high levels clearly, but show a much better decay behavior compared to all resonant systems such as the bass reflex concept. Two identical bass chassis are operated acoustically in opposite phase with two amplifiers. In order to realize DPP drive, assuming a sinusoidal input signal, a pre-stage is now used as a phase filter, which has to ensure a constant phase shift of the signal Ug (t) of 90 degrees in the entire transmission range of the subwoofer.
