DE2029841A1 - Schaltungsanordnung mit einem dynamischen Lautsprecher und Signalspannungsverstärker - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN -1?·

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

Th.W./B. Anmelder;
Hermann V/ilms, 24 Lübeck, Roeckstraße 1b 2Q29841

Schaltungsanordnung mit einem dynamischen Lautsprecher und Signalspannungsverstärker

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem dynamischen Lautsprecher und einem diesem vorgeschalteten Signalspannungsverstärker. An solche Schaltungsanordnungen wird allgtnaein die Forderung gestellt, daß eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen dem Schalldruck der erzeugten Schwingungen der Lautsprechermembran und dem Eingangssignal erzielt wird und daß der Lautsprecher zumindest über einen großen Hörfrequenzbereich eine im wesentlichen konstante Übertragungskennlinie zeigt.

Um im gesamten bzw. größten Teil des Hörfrequenzbereichs einen einigermaßen guten und gleichmäßigen Übertragungsfrequenzgang zu erreichen, arbeitet man bekanntlich meist mit zwei oder mehr Lautsprechern, wobei beispielsweise in Kombination Tiefton-, Mittelton- und HochtonlautSprecher in einem Lautsprechergehäuse vereinigt werden. Die LautSprecherspulen v/erden dabei in Reihe oder parallel zueinander bzw. gemischt geschaltet und mittels Übertrager oder mit anderen frequenzabhängigen Schaltgliedern an die Eingangsklemmen

— 2

10986-2/0112.'

■S Lobeck (0451) 7 58 88, Privat! Dr. H. Wildcen, Gurau (04505) 210 · Dipl.-fhg. Th. Wllcken, LObeck (0451) 2 51 59 Bank ι Commerzbank A. G., FiI. Lübeck, Kto.-Nr. 3V0187 Postscheck· Hamburg 138Π9

BAD

der lautsprecheranlage geschaltet. Die Übertrager sowie die Induktivitäten und Kapazitäten dienen ineist zur galvanischen Kopplung oder '.Trennung der lautsprecher und beeinflussen bei ungenauer ßimensionierung den Frequenzgang der Lautsprecher nachteilig ₀

Besser i t schon eine lösung, bei der die lautsprecher über Frequenzweichen in- Form von Hoch- oder Tiefpaßfiltern an die Kleiamen angeschlossen werden, wodurch allerdings der Nachteil eines aufwendigen Schaltungsaufbaus in Kauf genommen wird, abgesehen davon, daä man auch in diesem Fall mit mehreren kostspieligen Lautsprechern arbeiten muß. Hierdurch ist wie bei allen mit mehreren Lautsprechern arbeitenden Anlagen auch bedingt, ciaio der Schall be." verschiedenen Frequenzen nicht an der gleichen Steile im iLaum abgestrahlt wird und dadurch Auslöschungen hervorrufende Interferenzen an verschiedenen Orten im Schallfeld ermöglicht werden.

üs sine, auch Schaltungen zur Erzielung einer hohen Wiedergabetreue bekannt, bei denen der './analer eine der Beschleunigung der Lautsprechermembran entsprechende und im binne oins-r uegenkopolung sum Verstärkereingang zurückgeführte Gegenkoppiungsspannunr liefert. Dabei wird zwischen den Verstärkereingang und den Lautsprecher ein Netzwerk geschaltet, daß eine die Frequenzen unterhalb, der Lautsprecherresonanz begünstigende übertragungskermlinie aufweist. liin anderes Netzwerk wird in der: (Jegenkopplungszweig svji sehen dem V/andler und dem-Verstärker eingang vorgecenen, uru. dieses Netzwerk weist eine die hohen Frequenzen abschwächende

„₃_ 109852/0 912

BAD ORIGINAL

übertrag ^v skemilinie a,uf.

Derartige bekennte i.autspi^echeranlagen ermöglichen zwar eine relativ :sv:to ..iodci^ace und auch eine Dämpfung gegen unerwünschte ■uiv^;. den Klirrfaktor-bestimmende Schwingungen, jedoch ist der notwendlp:erwe.ise zu treibende 3c aal tun; s aufwand, beträchtlich, da e„n eigene hierfür zu bauender Verstärker und/ eine gesonderte Betriebrspannun^squelle für den Lautsprecher vorgesehen werden muß-r Außerdem ist auch nicht sicher, ob ein zwar erreichbarer guter Frequenzgang der Hembranbeschleunigung auch einen guten Schall-' druckfrecnienagang ergibt, zumal in der Praxis bei den höheren Frequenzen, wo etwa die "/ellenlange dem halben Lautspreclierumfang entspricht, Korrekturen vorgenommen v/erden müssen, die sich im allgemeinen nur einpierisch bestimmen lassen.

..•ic Aufgabe der :iri'inuun£ besteht aarin, mit geringstem £chaltungsaufwand den Frequenzgang eines über einen Verstärker gespeisten Lautsprechers möglichst gut im Sinne einer weitgehenden FrerucnzunablrAngigkeit zu linearisieren.

Zur . Lö'sujv diecer Aufgabe wird die eingangs erwähnte Schaltungsanorcjiung erfinaungsgexuäi so aufgebaut, daß in die Lautsprecherzuleitung· zwischen den Verstärker und den Lautsprecher bzw. die -^:JE.utspreclierspule mindestens ein Parallelschwingkreis geschaltet ist. :;urch diesen ,Schaltungsaufbau ist die Möglichkeit gegeben, ein.¹., cj.o ue^onamviJrequenz des Parallelscliwinj/kruises in einen zu

109852/0912

■ BAD ORIGINAL

dämpfenden Bereich des Lautsprecherfrequenzgangs gelegt werden kann, während die durch den Kondensator des Parallelschwingkreises und die Laut Sprecher spule "bestimmte Reihenresonanzfrequenz in einen anzuhebenden Bereich des Lautsprecherfrequenzgangs gelegt wird, so daß man bei Verwendung eines Parallelschwingkreises die Möglichkeit hat, an einer Stelle des Frequenzgangs eine Dämpfung und an einer anderen Stelle durch einfache Mittel eine Anhebung zu erzielen. Bei Verwendung mehrerer in Reihe geschalteter Parallelschwingkreise ergeben sich verständlicherweise mehrere Dämpfungs- und Anhebungspöle.

Zum besseren Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung wird ein in der anliegenden Zeichnung dargestelltes ÄLisführungsbeispiel der Schaltung näher beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung und

Fig. 2 einen als Frequenzadapter dienenden Parallelschwingkreis mit Dämpfungsgliedern.

Die Tonspannungsquelle ist zur Vereinfachung des Schaltbilds als .Wechselspannungsgenerator 1 dargestellt, der einen geringen und gegenüber den übrigen Impedanzen des Schaltkreises vernachlässigbaren Innenwiderstand hat. Die Signalspannung wird durch den Verstärker 2 verstärkt, der zweckmäßigerweise zumindest im Hörfrequenzbereich frequenzunabhängig arbeiten sollte, was allerdings nicht unbedingt notwendig ist. Da im allgemeinen der Innen-r widerstand des Verstärkers klein im Verhältnis zu der ihn belastenden Laut Sprecher impedariH ist, kann man also im wesentlichen

- 5 - 10 9 8 5 2/0912

BAD ORaGIfMAL

immer von einer frequenzunabhängigen und belastungsunabhängigen Verstärkung ausgehen, so daß gewährleistet ist, daß Änderungen des Arbeitswiderstandes den Verstärker wenig beeinflussen.

Zwischen den lautSprecher 3 und den Verstärker 2 ist ein als Adapter 4 bezeichneter Parallelresonanzkreis geschaltet, dessen Aufbau aus Fig. 2 im einzelnen hervorgeht. Die Schwingspule 5 liegt parallel zum Kondensator 6 und bildet mit diesem den Parallelschwingkreis, wobei die ohmschen Widerstände 7? 8 und 9, die regelbar ausgebildet sein können, einmal die reellen Anteile der Schwingkreiswiderstände darstellen und zum anderen zur Dämpfung und Abflachung der später erläuterten beiden Resonanzfrequenzbereiche dienen. Da der Adapter 4 in Reihe zum Lautsprecher 3 geschaltet ist, liegt somit auch die nicht weiter gezeigte Lautsprecherspule in Reihe zum Parallelschwingkreis, so daß bei höheren Frequenzen im wesentlichen nur die Schwingkreiskapazität 6 und die Lautsprecherspule als Reihenresonanzkreis wirken, falls die Induktivität des Schwingkreises sehr groß gegenüber der der Lautsprecherspule ist. Falls die Schwingkreisinduktivität nur etwas größer als die Induktivität der Lautsprecherspule wäre, so trifft die vorher gemachte Behaup-tung nur annähernd zu. Allerdings ist auch in diesem Fall die Bestimmung der Resonanzfrequenz ohne weiteres möglich. ·

Bei Verwendung eines Parallelschwingkreises in Reihe zur Laut- ι sprecherspule ergibt sich also einmal eine in einem bestimmten unteren Frequenzbereich den Schalldruck dämpfende Parallelresonanz und zum anderen eine Reihenresonanz bei höheren Frequenzen,,

die das Anheben des Schalldrucks in einem oberen Übertragungs-

— 6 —

109852/0912

frequenzbereich ermöglicht, wie noch erläutert wird. Diese Eigenschaften werden zur Glättung des Lautsprecherfrequenzgangs herangezogen.

Wenn man von niedrigen Frequenzen ausgeht, erfolgt der Stromfluß zunächst im wesentlichen über die Induktivität 5 zur lautsprecherspule, bis bei weiterer Steigerung der Signalfrequenz schließlich die Parallelresonanz des Adapters 54 bzw. des ParallelSchwingkreises erreicht ist, auf welche die Induktivität der Lautsprecherik spule kaum Einfluß hat und bei welcher der Verstärker mit einer hohen Impedanz belastet wist, was zur Schwächung des lautsprecherschalldrucks um einen Bereich der Paralelresonanzfrequenz führt, wobei die Breite des Schwächungsbereichs in bekannter Weise durch Dämpfungsglieder eingeregelt werden kann.

Bei weiter steigenden Frequenzen wird der dämpfende Parallelresonanzbereich verlassen, bis schließlich eine Reihenresonanz entsteht, deren Werte sich in erster Näherung aus dem Kondensator 6 und der hierzu in Reihe liegenden und zur Wirkung kommenden P Induktivität der Lautsprecherspule bestimmen, falls, wie schon erwähnt wurde, die Schwingspuleninduktivität groß gegenüber der Induktivität der Lautsprecherspule ist, was praktisch als gegebene Voraussetzung anzusehen ist. Falls beispielsweise die Schaltungsanordnung so ausgelegt wird, daß die Parallelresonanz bei 4 kHz und die Reihenresonanz bei 16 kHz liegt,"ergibt sich für das Verhältnis der Induktivitäten der Spule 5 zur Lautsprecherspule ein Wert von 15, woraus sich ergibt, daß die oben gemachte Voraussetzung erfüllt werden kann.

Wie gezeigt wurde, läßt sich also der Lautsprecherfrequenzgang

- ι

109852/0912

!υ«] ooreieb der Parallelresonanz, die durch den Kondensator 6 und. ': ■~:-c Spule 5 gegeben ist, dämpfen, während im Bereich der durch den Konaensator 6 und die Lautsprecherspule "bestimmten Keihenre.ionans der ßchalldruek sich anheften läiit, da im Idealfall bei der Reihenresonans nur mit- dein ohmschen Widerstandsanteil der LautSprecherspule zu.rechnen ist. Die Impedanz dieses Reihensehwingkreises wird also niedriger als die der JVaut Sprecher spule allein, so d°.ii tatsächlich eine -'.nhebung der bchalleistung gegenüber dem bisher -bekannten Fall vorliegt, in dein der Verstärker ηυ?¹ auf ciie .Laut Sprecher spule oline den vorgeschalteten Adapter arbeitet.

Im allgemeinen steigt .der-Frequenzgang-eines Lautsprechers, ausgehend von den unteren Frequenzen, zunächst steil an, verläuft dann weniger- steil una geht in einen mehr oder weniger frequenzunabhängigen mittleren Bereich über, dein sich wieder ein starker Abfall der Kennlinie bei höheren Frequenzen anschließt. Wenn nan von einem Lautsprechertvp ausgeht, der bei beispielsweise A YJ₁Iz eine au einer gedachten Bezugslinie verlaufende Erhöhung der Kennlinie zeigt, während die Kennlinie im Bereich von etwa Ii kHz schon stark abgefallen ist, so wird man z.B. die Parallelrcsonanzfrequenz auf den Wert von 4 kHz und die Reihenresonanzfrequenz auf 14 kHz liegen, wodurch eine Dämpfung des Schalldrucks im Bereich der Kennlinienerhöhung und eine Anhebung des ochalldrucks im sonst abfallenden Kennlinienteil' bei hohen Fre-'Uienzen .uil· damit eine Anglei ellung des Kennlinienverlaufs an die. ideale gerade BeKugslinie erreicht wird. Bei niedrigen Frequenzen

109 852/0912

BAD OPJGINAL

läßt sich der Kennlinienverlauf meist schon durch eine besondere Ausbildung des Lautsprechergehäuses beeinflussen.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, den gezeigten Adapter 4 durch zwei oder mehr in Reihe geschaltete Parallelschwingkreise zu ersetzen. Bei zwei Kreisen bekäme man auch zwei Dämpfungspole und zwei Frequenzbereiche, an denen die Schalleistun'g angehoben werden kann. Durch geeignete Dimensionierung äer Schaltelemente kann man die vier möglichen Resonanzen dann so lagen, daß an je zwei Stellen der Lautsprecherkennlinie eine Dämpfung und
Erhöhung des Schalldrucks gegeben ist«

Schließlich sei noch erwähnt, daß auch mit einem Lautsprecherübertrager gearbeitet werden kann, der die Impedanz proportional von der einen auf die andere Seite überträgt. Wenn diese Übertragung nicht im Verhältnis von 1:1 geschieht, werden
Korrekturen der Schaltungswerte-notwendig, wenn der-Übertrager
zwischen dem Parallelschwingkreis bzw. Adapter und dem Lautsprecher liegt. Wenn der Übertrager zwischen den Verstärker und den Adapter geschaltet ist, wird dagegenkeine Korrektur erforderlich sein.

.BAD

109852/0912

Claims (4)

1. PATENTANWÄLTE

   DR. HUGO WILCKEN · DIPL-ING. THOMAS WILCKEN _R .

   D- 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-S4 | 0» JlMI

   δ -Th.W./BV

   Anmelder:

   Hermann ¥iIms, 24 Lübeck, Roeckstraße 1t)

   Patentansprüche

   \\). Schaltungsanordnung mit einem dynamischen Lautsprecher und einem diesem vorgeschalteten Signalspannungsverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß in die Lautsprecherzuleitung zwischen den Verstärker { (2) und den Lautsprecher (5) bzw. die LautSprecherspule mindestens ein Parallelschwingkreis (4) geschaltet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Parallelschwingkreise in Reihe in die Lautsprecherzuleitung geschaltet sincL.
3. 3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelschwingkreis (4) mit vorzugsweise regelbaren ohmschen Dämpfungsgliedern (8) beschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises (4) in einen zu dämpfenden Bereich des Lautsprecherfrequenzgangs gelegt ist, während die durch den Kondensator (6) des Parallelschwingkreises und die Lautsprecherspule bestimmte Reihenresonanzfrequenz in einen anzuhebenden Bereich des Lautsprecherfrequenzgangs gelegt ist.

   109852/0912

   * Ub.dt (0451) 7 58 8·, Mvah Dr. H. Wllek.il, Curau (04505) 210 . Dlpl.-Ιηβ. Th. Wllck.n, LObeck (0451) 251 59 Bank ι Commtrzbonk A. G., FiI. U)b«k, Kto.-Nr. 39 0187 Poittditdci Hamburo 1381 19

   JO

   Leer seife