DE2217523A1 - Protection circuit for loudspeakers - Google Patents
Protection circuit for loudspeakersInfo
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Schutzschaltung für LautsprecherProtection circuit for loudspeakers
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für akustische Lautsprecher, insbesondere für elektrostatische Lautsprecher.The invention relates to a protective circuit for acoustic Loudspeakers, in particular for electrostatic loudspeakers.
Hochleistungsaudioverstärker mit einem Ausgang niedriger Impetanz bilden eine ausgezeichnete Eingangsquelle für elektrostatische Hochleistungs-Lautsprecher und -Kopfhörer mit breitem Frequenzbereich. Da elektrostatische Wandler eine Eingangsspannungsgrenze haben, nach welcher ein Überschlag und ein dielektrischer Durchschlag stattfindet, müssen sie mit wirksamen Mitteln versehen werden, um ihre Eingangsspannung zu begrenzen und sie davor zu schützen, daß sie in einen nichtlinearen Betriebsbereich kommen. Außerdem kann eine Überlastung jedes akustischen Lautsprechers eine dauernde Schädigung des Lautsprechers und bei Kopfhörern unfcetf Umständen auch eine Schädigung der Ohren des Hörers hervorrufen.High performance audio amplifier with a low impedance output make an excellent input source for high performance electrostatic speakers and headphones wide frequency range. Since electrostatic converters have an input voltage limit, after which a flashover and dielectric breakdown takes place, they must be provided with effective means to reduce their input voltage to limit and protect them from coming into a non-linear operating range. In addition, a Overloading of every acoustic loudspeaker permanent damage to the loudspeaker and, in the case of headphones, uncetf circumstances also cause damage to the listener's ears.
Es wurden bereits verschiedene Maßnahmen zur Verhinderung einer Überlastung von Lautsprechern vorgeschlagen. Sicherungen oder Unterbrecher, die beide verhältnismäßig langsam ansprechende Einrichtungen sind, wurden dazu verwendet, den Lautsprecher von dem Verstärker zu trennen, wenn die Stärke des Signals einen bestimmten Wert übersteigt. Bei beidenVarious measures have been proposed to prevent loudspeakers from being overloaded. Fuses or breakers, both of which are relatively slow responding devices, have been used to break the Disconnect loudspeakers from the amplifier when the strength of the signal exceeds a certain value. By both
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genannten Einrichtungen wird ein Fühler erwärmt und sie sprechen daher mit einer bestimmten Zeitverzögerung an, die durch die benötigte Anwärmzeit bestimmt ist. Sicherungen sind daher zwar wirksam für verhältnismäßig langzeitige Oberlastungen, sie sind jedoch unbrauchbar bei nur kurzandauernden Spannungsanstiegen.named facilities a sensor is heated and they therefore respond with a certain time delay, which through the required warm-up time is determined. Fuses are therefore effective for relatively long-term overloads, however, they are useless if the voltage increases are only brief.
In der Fernmeldetechnik wird gelegentlich die Begrenzung der Eingangsspannung durch eine Einrichtung bewerkstelligt, die anstelle des öffnens eines Stromkreises einen Nebenschluß für den Strom schafft und die Anregungsspannung kurzschließt. Diese Einrichtungen enthalten vorgespannte Dioden und sie werden gelegentlich dazu benutzt, den Einschaltstoß in Kraftleitungen zu begrenzen. Die Verwendung von vorgespannten Dioden erzeugt jedoch sehr hohe Verzerrungspegel, insbesondere dann, wenn das Eingangssignal vorübergehende Oberspannungen von relativ kurzer Dauer hat. Für ein Fernmeldesystem, das nicht in erster Linie eine verzerrungsfreie Tonwiedergabe betrifft, ist die Verwendung derartiger Dioden wirtschaftlich und wirkungsvoll. Die Verwendung dieser Schutzvorrichtung bei einer Audiowiedergabe hoher Qualität ist jedoch bisher unbefriedigend.In telecommunications technology, the input voltage is sometimes limited by a device which instead of opening a circuit a shunt for creates the current and short-circuits the excitation voltage. These devices contain biased diodes and they will occasionally used to reduce the inrush in power lines to limit. However, the use of biased diodes creates very high levels of distortion, especially when the Input signal has transient high voltages of relatively short duration. For a telecommunications system that is not in the first place As far as distortion-free sound reproduction is concerned, the use of such diodes is economical and effective. However, the use of this protection device in high quality audio reproduction has so far been unsatisfactory.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für einen Hochleistungs-Audiolautsprecher zu βchaffen, der die Vorteile der bekannten Schutzvorrichtungen miteinander kombiniert, jedoch ihre Nachteile vermeidet.Accordingly, the invention is based on the object of providing a protection circuit for a high-performance audio loudspeaker Create the advantages of the well-known protective devices combined with each other, but avoids their disadvantages.
Die erfindungsgemäße Schutzschaltung für Lautsprecher zur Anordnung zwischen einem Verstärker und einem Lautsprecher-Wandlerelement, die die Übertragung von über einem bestimmten Pegel liegenden Signalen von dem Verstärker auf das Wandlerelement verhindert, ist gekennzeichnet durch eine Sicherung in Serie mit dem Verstärker, ein gesteuertes Silicium-Halbleiter-The protective circuit according to the invention for loudspeakers for arrangement between an amplifier and a loudspeaker transducer element, which prevents the transmission of signals lying above a certain level from the amplifier to the transducer element, is characterized by a fuse in Series with the amplifier, a controlled silicon semiconductor
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ventil parallel zu dem Wandlerelement, und zwei in Reihe geschaltete Widerstände, die zu dem Wandlerelement parallel geschaltet sind, wobei die Werte der Widerstände so gewählt sind, daß das Potential an der Verbindungsstelle der Widerstände ausreichend ist, das Halbleiterventil leitend zu machen, wenn das Ausgangssignal von dem Verstärker den vorbestimmten Pegel erreicht, sowie eine Verbindungsleitung zwischen der Steuerelektrode des Halbleiterventils und der Verbindungsstelle der beiden Widerstände.valve in parallel with the transducer element, and two in series Resistors which are connected in parallel to the transducer element, the values of the resistors being selected in this way are that the potential at the junction of the resistors is sufficient to make the semiconductor valve conductive, when the output signal from the amplifier exceeds the predetermined Level reached, as well as a connecting line between the control electrode of the semiconductor valve and the connection point of the two resistors.
Das Ausgangssignal des Verstärkers wird von dem Spannungsteiler, der von den beiden Widerständen gebildet wird, abgetastet. Wenn das Potential an der Verbindungsstelle der Widerstände einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, wird das Halbleiterventil leitend, wodurch der Lautsprecher im wesentlichen sofort kurzgeschlossen wird. Das Halbleiterventil bleibt solange leitend, wie das abgetastete Signal den Schwellenwert übersteigt, wodurch der Lautsprecher kurzgeschlossen bleibt. Wenn der Lautsprecher über eine ausreichend lange Zeit kurzgeschlossen ist, öffnet die Sicherung (Unterbrecher) den Stromkreis, wodurch der Lautsprecher permanent von dem Verstärker getrennt wird.The output signal of the amplifier is sampled by the voltage divider, which is formed by the two resistors. If the potential at the junction of the resistors exceeds a predetermined threshold, it will Semiconductor valve conductive, whereby the loudspeaker is essentially immediately short-circuited. The semiconductor valve remains conductive as long as the sampled signal exceeds the threshold value, short-circuiting the loudspeaker remain. If the loudspeaker is short-circuited for a sufficiently long time, the fuse (breaker) opens the Circuit whereby the loudspeaker is permanently separated from the amplifier.
Ein Kondensator kann parallel zu einem Zweig des Spannungsteilers, d.h. parallel zu einem der beiden Widerstände, angeordnet werden, um einen Teil des abgetasteten Signals über einen kurzen Zeitraum zu speichern, sodaß die Sicherung entweder bei einem relativ lang andauernden Spannungsanstieg oder auch bei einer kurz aufeinanderfolgenden Serie von momentanen Spannungsspitzen anspricht.A capacitor can be parallel to a branch of the voltage divider, i.e. in parallel with one of the two resistors, to pass over part of the sampled signal to save a short period of time, so that the fuse is either in the event of a relatively long-lasting increase in voltage or responds even to a series of instantaneous voltage peaks in quick succession.
Ein AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung ist in der Zeichnung dargestellt.An exemplary embodiment of the protective circuit according to the invention is shown in the drawing.
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Die Schutzschaltung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Ausgang eines Audioverstärkers 12 und einem Lautsprecher 14 angeordnet. Obgleich die Schutzschaltung sowohl bei dynamischen als auch bei elektrostatischen Lautsprechern verwendet werden kann, ist sie insbesondere geeignet fUr Verwendung bei elektrostatischen Lautsprechern, da solche Lautsprecher besonders leicht durch hohe Spannungsanstiege beschädigt werden können, die eine permanente Schädigung der Lautsprechermembran zur Folge haben können.The protection circuit 10 according to the present invention is between the output of an audio amplifier 12 and a Speakers 14 arranged. Although the protection circuit can be used with both dynamic and electrostatic speakers, it is particularly suitable For use with electrostatic loudspeakers, as such loudspeakers are particularly easy due to high voltage increases can be damaged, which can result in permanent damage to the loudspeaker membrane.
Der Verstärker 12 enthält eine Ausgangsklemme 16 und eine Rückleitungsklemme 18, die normalerweise geerdet ist. Der Lautsprecher 14 ist mit zwei Anschlüssen 20 und 22 versehen, die normalerweise direkt mit den Klemmen 16 und 18 des Verstärkers verbunden sind.The amplifier 12 includes an output terminal 16 and a return terminal 18 which is normally grounded. Of the Loudspeaker 14 is provided with two connections 20 and 22 which are normally connected directly to terminals 16 and 18 of the amplifier.
Wie vorher erwähnt ist die Schutzschaltung 10 zwischen dem Verstärker 12 und dem Lautsprecher 14 angeordnet. Die Schutzschaltung enthält eine Sicherung 24, die in Serie mit der Ausgangsklemme 16 des Verstärkers 12 liegt. Die Sicherung 24 kann von beliebiger Art sein und öffnet den Stromkreis, wenn der Strom einen bestimmten Wert übersteigt.Obgleich prinzipiell eine übliche Schmelzsicherung verwendet werden könnte, ist ein elektromagnetischer Unterbrecher vorzuziehen, da dieser wieder eingeschaltet werden kann, ohne daß irgendein Teil ausgewechselt werden muß. Der elektrische Widerstand der Sicherung 24 ist schematisch durch den Widerstand 26 dargestellt.As previously mentioned, the protection circuit 10 is arranged between the amplifier 12 and the loudspeaker 14. The protection circuit includes a fuse 24 which is in series with the output terminal 16 of the amplifier 12. The fuse 24 can be of any type and opens the circuit when the current exceeds a certain value. Although in principle a conventional fuse could be used, an electromagnetic breaker is preferable as it can be switched on again without any part must be replaced. The electrical resistance of the fuse 24 is shown schematically by the resistor 26.
Ein Spannungsteller, der aus zwei hlntereinandergeschalteten Widerständen 28 und 30 gebildet ist, erstreckt sich zwischen der Verbindungsstelle der Sicherung 24 mit dem Eingangsanschluß 20 des Lautsprechers 14 und der Rückführungsleitung Ein Kondensator 34, der parallel zum Widerstand 30 liegt, so-A voltage regulator consisting of two consecutively connected Resistors 28 and 30 is formed, extends between the junction of the fuse 24 with the input terminal 20 of the speaker 14 and the return line A capacitor 34, which is parallel to the resistor 30, so-
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wie ein gesteuertes Silicium-Halbleiterventil 36 vervollständigen die Schutzschaltung. Die Anode 33 des Halbleiterventils 36 ist mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 26 und dem Lautsprecheranschluß 20 verbunden und die Kathode 40 ist mit der Rückführungsleitung 32 verbunden. Die Steuerelektrode 42 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 30 und 34 verbunden. Eine Diode 44 ist in Serie mit dem Widerstand 28 angeordnet und gewährleistet die richtige Polarität der an den Kondensator 34 angelegten Spannung.like a controlled silicon semiconductor valve 36 complete the protection circuit. The anode 33 of the semiconductor valve 36 is connected to the junction between the resistor 26 and the speaker terminal 20 and the cathode 40 is connected to the return line 32. The control electrode 42 is connected to the junction of resistors 30 and 34. A diode 44 is in series with the resistor 28 and ensures the correct polarity of the voltage applied to the capacitor 34.
Im Betrieb wird das Auegangssignal des Verstärkers 12 mittels der Widerstände 28 und 30 abgetastet. Bin Teil des abgetasteten Signals wird gleichgerichtet und in dem Kondensator 34 gespeichert. Der Wert des gespeicherten Signals wird durch das Verhältnis der beiden Widerstände 28 und 30 bestimmt. Wenn der Kondensator 34 auf einen bestimmten Wert aufgeladen ist, wird das gesteuerte Halbleiterventil 36 leitend, wodurch der Lautsprecher 14 kurzgeschlossen ist. Der Strom durch die Sicherung 24 steigt dann plötzlich stark an, sodaß, wenn das Halbleiterventil 36 über eine ausreichend lange Zeit leitend bleibt, die Sicherung 24 ausgelöst wird, wodurch der Lautpsrecher 14 permanent vom Verstärker 12 getrennt wird. Die gleiche Wirkung tritt ein durch eine Anzahl von Spannungsspitzen, die ausreichend kurz aufeinander folgen, um den Kondensator 34 auf einen Wert aufgeladen zu halten, bei dem das Halbleiterventil 36 ausgelöst wird. Nach einer ausreichenden Anzahl solcher Spannungsspitzen öffnet die Sicherung 24 den Stromkreis ebenfalls. During operation, the output signal of the amplifier 12 is sampled by means of the resistors 28 and 30. Am part of the sampled Signal is rectified and stored in capacitor 34. The value of the stored signal is given by the ratio of the two resistors 28 and 30 is determined. When the capacitor 34 is charged to a certain value, the controlled semiconductor valve 36 is conductive, whereby the speaker 14 is short-circuited. The current through the fuse 24 then suddenly rises sharply, so that if that Semiconductor valve 36 remains conductive for a sufficiently long time, the fuse 24 is triggered, whereby the loudspeaker 14 is permanently separated from the amplifier 12. The same effect occurs through a number of voltage spikes that Follow each other sufficiently short to make the capacitor 34 on to hold a value charged at which the semiconductor valve 36 is triggered. After a sufficient number of such The fuse 24 also opens the circuit with voltage peaks.
Die Ansprechzeit der Sicherung 24 und der Signalpegel, bei welchen das Halbleiterventil 36 ausgelöst wird, sind bestimmt von den gewählten Schwellenwerten. In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Schutzschaltung so auszulegen,The response time of fuse 24 and the signal level at which the semiconductor valve 36 is triggered are determined of the selected thresholds. In practice, it has proven to be useful to design the protective circuit in such a way that
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daß das Halbleiterventil 36 bei einem Ausgangssignal von etwa 110 dB Schalldruck auslöst und die Sicherung eine Ansprechzeit von etwa 500 Millisekunden hat. Wie erwähnt, spricht das Halbleiterventil 36 praktisch sofort an, sodaß die Unterbrechung von Signalen oberhalb des Schwellenwertes so schnell erfolgt, daß das kurzgeschlossene Signal praktisch nicht bemerkbar ist.that the semiconductor valve 36 triggers at an output signal of about 110 dB sound pressure and the fuse has a response time of about 500 milliseconds. As mentioned, that speaks Semiconductor valve 36 on practically immediately, so that the interruption of signals above the threshold value so quickly occurs that the short-circuited signal is practically imperceptible.
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