DE2231647C3 - Verstärkerschaltungsanordnung für Tonfrequenzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltungsanordnung für Tonfrequenzen mit einem Hauptkanal und mit einem oder mehreren abzweigenden Kanälen, welche jeweils einen einen Frequenzbereich der Tonfrequenzen durchlassenden Filter enthalten und die entweder vor dem Endverstärker in einem linearen Additionsglied mit dem Hauptkanal zusammengeführt oder über separate Endverstärker jeweils an eigene Lautsprecher geschlossen sind, wobei der Pegel in den abzweigenden Kanälen für die in der Gehörempfindlichkeit benachteiligten Gehörfrequenzbereiche, insbesondere der Tiefen, veränderlich anhebbar ist.

Eine solche Verstärkerschaltungsanordnung eignet sich besonders für hochwertige Musikwiedergabe in Wohnräumen. Für eine originalgetreue Wiedergabe von Musikereignissen durch elektroakustische Geräte in Wohnräumen ist die richtige Einstellung des zur eingestellten Lautstärke passenden Frequenzganges eine wesentliche Voraussetzung. Hierzu müssen wegen der frequenz- und lautstärkeabhängigen Gehörempfindlichkeit die tiefen, in geringerem Maße auch die hohen, Tonlagen gegenüber den mittleren mit angehobenem Pegel wiedergegeben werden, um so mehr, je leiser die Musik eingestellt ist.

Andererseits sind der Musikwiedergabe vor allem in Mietshäusern wegen der damit verbundenen Störung der Nachbarschaft meist enge Grenzen bezüglich der zulässigen Schallstärke gesetzt

Hierbei verursachen am häufigsten und am unangenehmsten die tiefen Klangspektren Störempfindungen bei den am Musikgeschehen unfreiwillig Beteiligten. Die tiefen Töne werden nicht nur wegen der notwendigen Anhebung mit größerer Energie abgestrahlt; für sie ist auch die Schalldämmung in Wohnbauten schlechter als für die übrigen Tonfrequenzen. In den gestörten Räumen sind daher von der Musik nur noch die tiefsten Tonlagen zu hören; sie erscheinen zusammenhanglos und willkürlich, reißen ebenso unerwartet wieder ab, so daß keine irgendwie vorstellbare Gewöhnung daran erfolgen kann. Meist entsteht ein durch Resonanzerscheinungen im Ursprungsraum verursachtes bumsendes Dröhnen, zu dem ein zusätzlicher, beliebiger Rhythmus hinzukommt, der eine weitere Störkomponente liefert

Abhilfe hiergegen mit bekannten Mitteln ist, wenn man vor der allgemeinen Reduzierung der Lautstärke, eventuell nur der Lautstärkespitzen mittels Dynamikkompression oder dem Aufsetzen von Kopfhörern absieht, nur dadurch möglich, indem man die Tiefen so viel schwächer einstellt, daß sie auch in den lautesten Passagen des Musikstückes nicht mehr stören können.

Hierdurch wird jedoch die Musikwiedergabe selbst unzumutbar beeinträchtigt. Die Reduzierung der tiefen Tonlagen ist zwar in den lauten Passagen durchaus noch hinzunehmen; hier bleiben sie noch hörbar, und man hat den Eindruck des Fortissimo durchaus. Geht jedoch die Lautstärke infolge der Dynamik des Musikstückes zurück, schwinden die Tieftonlagen wegen der in ihrem Bereich geringeren Ohrempfindlichkeit viel stärker; im piano und pianissimo ist dann kein tiefer Ton mehr hörbar — es verbleibt nur ein sehr flaches Klangbild.

Die Hi-Fi-Verstärker benötigen ja, wie bekannt, ihre großen Ausgangsleistungen gerade deshalb, um die für die Piano-Wiedergabe erforderliche Tiefenanhebung zuzulassen, ohne darauf von den Fortissimo-Tiefen übersteuert zu werden.

Es ist auch bekannt, zwecks Bedienungsvereinfachung in Rundfunkempfängern und Hi-Fi-Geräten den Lautstärke-Einsteller derart frequenzabhängig zu machen, daß die Tiefen- (in geringerem Maße auch die Höhen-) anhebung mit kleiner eingestellter Lautstärke zunimmt. Hiermit wird die automatische Anpassung an den Frequenzgang der Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit angestrebt — für die jeweils eingestellte Lautstärke.

Obwohl diese Maßnahme eine Verstärkung der Tiefen bei leiser und eine Abschwächung bei lauter Musik bewirkt, kann sie zum Problem der Störungen durch die tiefen Töne nichts beitragen (was auch nicht ihre Aufgabe ist), da sie nur auf Lautstärkeeinsteilungen, nicht aber auf die durch die Dynamik selbst bewirkten Schwankungen reagiert.

Sie hat ferner den Nachteil, an einen immer gleichen Signalpegel vor dem Lautstärkesteller gebunden zu sein, derart, daß zu gleicher Einstellung stets die gleiche Lautstärke gehört. Dient der Lautstärkesteller gleichzeitig zum Ausgleich der unterschiedlichen Pegel der Signalquellen wie Rundfunk, Tonband, Schallplatte — was stillschweigend geschieht, ohne dem Benutzer bewußt zu werden —, dann ist der so eingestellte Frequenzgang mit entsprechenden Fehlern behaftet.

Deshalb besitzen Hi-Fi-Geräte der Spitzenklasse zusätzliche Pegeleinsteller, mittels derer die Pegel der

Signalquellen auf den dem Frequenzgang zugehörigen Wert gebracht werden können. Hierdurch geht jedoch die Bedienungsvereinfachung zum Teil wieder verloren; auch ist es dem Hörer kaum möglich, ohne Meßgeräte die optimale Einstellung hierfür zu finden, da ein gültiger Maßstab fehlt Deshalb wird ein exaktes Funktionieren der gehörrichtigen Einstellung nur selten erreicht

Es wäre denkbar, dieses Problem mit einer Anordnung zu lösen, die die gehörrichtige Korrektur des Frequenzganges nicht von der Einstellung des Lauistärkestellers, sondern von der augenblicklichen Lautstärke, also der Tonfrequenzspannung selbst, abhängig macht. Eine derartige Anordnung hätte aber die Eigenschaft, über die Funktion einer stets richtig eingestellten gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung hinaus auch bei unveränderter Lautstärkeeinstellung innerhalb der Dynamik des Musikstückes selbst den Frequenzgang so zu ändern, daß bei leisem Grundpegel die Wiedergabe mit stark angehobenen Tiefen — und entsprechend Höhen —, bei höheren Musikpegeln mit geringerer, keiner oder negativer Anhebung wiedergegeben wird.

Dies kommt einer Einengung der Dynamik innerhalb der angehobenen Frequenzbereiche gleich, etwas weitergehend, als nach den Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit physiologisch exakt wäre.

Dieses ist jedoch genau die Wirkungsweise, die einen wünschenswerten Ausgleich zwischen uneingeschränkter Übertragung des Frequenzbandes der reproduzierten Signalfolge und der Einhaltung derjenigen Grenzen darstellt die von dem von der Klangerzeugung im beschriebenen Maße unfreiwillig betroffenen Perronenkreis billigerweise gezogen werden dürfen.

Die Schallamplituden im betreffenden Tonlagenbereich werden dort verringert, wo sie groß und somit störend sind, jedoch durch diese Reduzierung die Auswirkung für den Hörer nur gering ist; andererseits können die leisen Passagen mit vollem, physiologisch richtigem Tiefenanteil übertragen werden.

Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt (DE-PS 12 82 722), mit der in bezug auf den Frequenzgang eines Verstärkers eine ähnliche, jedoch quantitativ zu geringe, Wirkung erzielt wird mittels Korrekturnetzwerken, in denen frequenzgangbeeinflussende Widerstände pegelabhängig verändert werden.

Hierzu dienen Fotowiderstände, die von signalgesteuerten Lichtquellen beleuchtet werden. Solche Einrichtungen sind für Aufnahmestudios zur Dynamikkorrektur von Rundfunk- und Schallplattenaufnahmen bestimmt. Für den hier verfolgten Zweck sind sie wenig geeignet; die hier benötigten Frequenzgangänderungen sind — in dB — dreimal so groß, was mit solchen Netzwerken schwierig zu erreichen ist und bei schnellen Übergängen (plötzlicher Lautstärkeanstieg — Impulsübertragungsverhalten) zu Verzerrungen führen würde; die Anordnung mit Fotowiderständen ist aufwendig, andere steuerbare Widerstände (Transistoren, bipolare wie Feldeffekt-, Dioden) besitzen keine ausreichend lineare Kennlinie, um in hochwertigen Geräten einen genügend kleinen Klirrfaktor oder gerügend großen Fremdspannungsabstand dann zu erreichen, wenn kleinste Pegel verarbeitet werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur automatischen lautstärkeabhängigen Anpassung des Frequenzganges an die Kurven gleicher Gehörempfind-Iichkeit eine' geeignetere Schaltungsanordnung zu finden, d^!e die genannten Nachteile vermeidet und mit möglichst geringem (Anfangs-) Aufwand so ausführbar ist, daß sie in Heimgeräte eingebaut werden kana

Hierzu benutzt die Erfindung eine Anordnung, bei der eine Aufteilung in mehrere, einzelnen Frequenzbereichen zugeordnete Verstärker-Kanäle erfolgt ähnlich den bekannten Ausführungen von Tief-, Mittel- und Hochionlautsprechern, bei denen die Frequenzweichen nicht vor den Lautsprechersystemen angeordnet sind, sondern für jeden Frequenzbereich mit eigenem Lautsprecher ein eigener Endverstärker vorhanden ist, vor dessen Eingang das seinen Bereich durchlassende Filter geschaltet ist

Die Erfindung geht daher aus von einer Verstärkerschaltungsanordnung für Tonfreqenzen mit einem Hauptkanal und mit einem oder mehreren abzweigenden Kanälen, welche jeweils einen einen Frequenzbereich der Tonfrequenzen durchlassenden Filter enthalten und die entweder vor dem Endverstärker in einem linearen Additionsglied mit dem Hauptkanal zusammengeführt oder über separate Endverstärker jeweils an eigene Lautsprecher geschlossen sind, wobei der Pegel in den abzweigenden Kanälen für die in der Gehörempfindlichkeit benachteiligten Gehörfrequenzbereiche, insbesondere der Tiefen, veränderlich anhebbar ist

Erfindungsgemäß enthält mindestens einer der abzweigenden Kanäle eine eigene Dynamik-Kompressionsschaltung, derart, daß der Pegel des Frequenzbandes bei kleiner Lautstärke in Anpassung an die Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit angehoben ist und mit größer werdenden Tonstärken die Anhebung im Verhältnis zur Lautstärke nur in geringem Maß zunimmt

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung läßt sich durch die Verwendung von, vorzugsweise aktiven, Resonanzfiltern, zur Aussiebung des zu übertragenden Frequenzbandes in einem oder mehreren der abzweigenden Kanäle erreichen mit fest eingestellter oder zur Klangeinstellung und/oder Unterdrückung von Rumpelstörungen stufig oder stetig veränderlicher Resonanzfrequenz. Um in allen Lautstärkebereichen einen besonders vorteilhaften Frequenzgang zu erreichen, kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung als Stellglied für die Dynamik-Regelung zusätzlich zu einer steuerbaren Verstärkerstufe oder ausschließlich ein Resonanzfilter verwendet werden, dessen Filtergüte und damit Resonanzüberhöhung durch die Steilspannung verändert wird.

Mit der Erfindung ist eine Reihe von Vorteilen in mehrfacher Hinsicht zu erreichen:

Der Benutzer kann damit in erheblich weiteren Lautstärkegrenzen Musik hören, ohne mit durch ihn verursachten Störungen anderer und unliebsamen Reaktionen seitens der Betroffenen rechnen zu müssen; weiterhin wird ihm die Gerätebedienung erleichtert: der richtige Frequenzgang stellt sich von selbst ein; es sind weder separate Pegeleinsteller für die verschiedenen Signalquellen nötig, noch muß beim Lautstärkewechsel der Klang mit dem Tiefensteiler nachgestellt werden.

Die Bedienung eines erfindungsgemäß ausgestatteten Gerätes würde sich von der eines mit herkömmlichen Einrichtungen versehenen etwa folgendermaßen unterscheiden:

Zwecks Reproduzierbarkeit des optimalen Klangbildes wird man sich die Stellung des Tiefenstellers markieren, die bei der größten, der Umgebung nach Erfahrung oder Absprache noch zumutbaren Lautstärke die Betonung der Tiefenlagen auf ein ebenfalls für die Umgebung erträgliches Höchstmaß festsetzt. Da der

Dynamikregler des Tiefenkanals — richtig dimensioniert — dann bei jeder kleineren Lautstärke, auch der aus der Dynamik der Musik herrührenden, für die erforderliche stärkere Anhebung sorgt, kann somit der Tiefensteller in dieser einmal eingerichteten Stellung belassen werden.

Da bei den herkömmlichen Beschaltungen die entsprechende Lautstärke- und Tiefeneinstellung wegen der fehlenden dynamischen Nachregelung schon zu einer nicht mehr befriedigenden Gesamtwiedergabe führen muß, kann man die entsprechende Einstellungsmarkierung lediglich für diese Maximallautstärke anwenden. Für geringere Lautstärkeeinstellungen muß man — trotz gehörrichtiger Beschallung des Lautstärkestellers — den Tiefensteller zu größeren Werten hin verändern, um hierbei wieder ein ausgewogenes Klangbild zu erhalten.

Es wird weiterhin mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, in sehr leiser Umgebung (spätabends) Musik mit geringstem Pegel und dennoch hoher Klangfülle wiederzugeben, was mit bisherigen Einrichtungen wegen der dynamischen Lautstärkespitzen der Tiefen nicht möglich war. In diesem Lautstärkebereich ist erfahrungsgemäß die uneingeschränkte Tiefendynamik auch für den Zuhörenden selbst meist zu groß, so daß in diesem Falle die Erfindung die Wiedergabe sogar insgesamt verbessert Die Schaltungsanordnung bietet die Möglichkeit, den für den gesamten Lautstärkebereich erforderlichen Regelumfang, der für den Tiefenbereich etwa 30 Dezibel und somit sehr groß sein muß, entsprechend einer Spannungsverstärkungsänderung von mehr als 1 :30, zu erzielen, sowie durch eine vorgesehene Verstärkungsreserve in den abzweigenden Kanälen auch zusätzliche, iautstärkeunabhängige. Anhebungen zum Ausgleich schlechterer akustischer Verhältnisse für die Grenzbereiche zu bewältigen. Weiterhin bietet die gesonderte Behandlung der anzuhebenden Frequenzbänder den Vorteil, daß an die Verzerrungsfreiheit der regelbaren Verstärkerstufen nur geringere Anforderungen gestellt werden müssen, als dem sonstigen Qualitätsstand des Gerätes entspricht und auch für allgemeine Dynamikregelschaltungen notwendig ist Nichtlineare Verzerrungen im Tieftonkanal in dem Maße, wie sie in steuerbaren Verstärkeranordnungen oder Widerständen nur mit großem Aufwand zu vermeiden wären, haben kaum einen Einfluß auf die Gesamtqualität Tiefe Töne für sich allein können mit einem etwas höheren Klirrfaktor übertragen werden, ohne daß dieser merkbar wird; die übrigen Frequenzbänder werden hier über einen anderen Weg geleitet, auf dem sie diesen Verzerrungen nicht unterliegen. Auch findet keine Iniermouulaiiun oder Bildung von Kombinationstönen statt mit den Verzerrungsprodukten der Tiefen, da die Wiederzusammenführung in einem linearen Glied erfolgt Ebenso leiden die übrigen Tonbereiche nicht unter Einschwingverzerrungen; schnelle Regelvorgänge bei plötzlichem Spannungsanstieg (Paukenschlag aus der Stille heraus), die die erste Schwingung von zu großer Amplitude abfangen, also verformen müssen, betreffen nur diese; die höheren Frequenzanteile von Einschwingvorgängen bleiben unbeeinflußt Für einen die hohen Frequenzen abzweigenden Kanal würde dieser Vorteil zwar nicht zutreffen; jedoch sind hier wegen des geringen Regelumfanges, damit kleinen Amplituden im gesteuerten Verstärker und Beimischung eines entsprechend geringen Anteils zum unverzerrten Hauptkanal die Gesamtverzerrungen leichter in zulässigen Grenzen zu halten.

Von Vorteil ist auch, daß jedes der abzweigenden Frequenzbänder für sich in seiner Dynamik geregelt wird. Der Regler wird nur aus diesem Band angesteuert; eine Beeinflussung aus den anderen Bereichen, besonders dem der mittleren Frequenzen aus dem Hauptkanal, ist nicht möglich.

Anderenfalls könnte z. B. ein zu hoher Pegel mittlerer Frequenzen fälschlich eine zu starke Schwächung der

ίο Tiefen bewirken, wobei eine im Frequenzgang ungunstig ausgewogene Aufnahme noch weiter verschlechtert würde.

Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt hier ausgleichend: das zu schwach dargestellte Tiefenband wird vom Regler etwas mehr angehoben.

Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine erhebliche Verringerung an aufzubringender Verstärkerleistung verbunden. In dem Maße, in dem bei großen Lautstärken die Tiefenaussteuerung zurückgenommen wird, ist auch eine kleinere Ausgangsleistung erforderlich. Dieses fällt deshalb deutlich ist Gewicht, weil eine Reduzierung um z. B. 10 Dezibel der Tonspannung eine Verringerung der dann erforderlichen Leistung auf ein Zehntel ermöglicht, bei sonst gleicher Verzerrungsfreiheit. Hieraus folgt, daß ein solcher Verstärker, im Wohnraum betrieben, statt mit üblicherweise 50—100 Watt auf kaum mehr als 10 Watt ausgesteuert wird und naturgemäß auch nur hierfür bemessen zu werden braucht Dies führt zu kleinen, handlichen Geräten und deren leichte Integration in den Wohnraumbereich; der Mehraufwand für die erforderliche Regelschaltung kann durch die Verminderung des Materialaufwandes im Leistungsteil kompensiert werden.

Falls sich bei Übertragungsanlagen eine Begrenzungsnotwendigkeit der Maximalleistung aus Gründen der Lärmhygiene ergeben sollte, würde die erfindungsgemäße Anordnung ihre Fähigkeit zur optimalen Musikwiedergabe auch dann uneingeschränkt beibehalten.

Drei grundsätzliche Beispiele zur Ausführung der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung mit einem abzweigenden Kanal für die tiefen Frequenzen, mit Wiederzusammenführung der Kanäle vor einem gemeinsamen Endverstärker;

F i g. 2 die Anordnung mit einem abzweigenden Kanal wie F i g. 1, jedoch mit separaten Endverstärkern und Lautsprechern;

F i g. 3 eine Anordnung mit je einem abzweigenden Kar,»', für die tiefen und die hoher, Frequenzen, mit Wiederzusammenführung der Kanäle vor dem Endverstärker entsprechend F i g. 1.

Eine Anordnung mit zwei abzweigenden Kanälen wie F i g. 3, aber mit separaten, also drei Endverstärkern und Lautsprechern ist dann analog in Weiterentwicklung von F i g. 2 aufgebaut (nicht besonders dargestellt).

In der F i g. 1 ist 1 der Tonfrequenzeingang, der direkt oder über einen Vorverstärker an die Signalquelle angeschlossen wird (z. B. Tonbandgerät Schallplatten-Tonabnehmer, Rundfunk-Tuner), wobei mit dem Potentiometer 15 sowohl die gewünschte Lautstärke eingestellt als auch damit die unterschiedlichen Pegel der Signalquellen ausgeglichen werden können.

2 ist der Zwischenverstärker des Hauptkanals, der erforderlichenfalls mit einem Hochpaß versehen werden kann, der den Frequenzbereich der tiefen Töne, der

über den abzweigenden Kanal geleitet werden soll, hier zurückhält. Dieser Hochpaß kann meistens entfallen, da im allgemeinen wegen des abfallenden akustischen Wirkungsgrades von Lautsprecher und Wiedergaberaum bei tiefen Frequenzen der Tieftonkanal seinen Frequenzbereich immer mit höherem Pegel übertragen muß (Baßanhebung), so daß der über den Hauptkanal noch übertragene Spannungsanteil dieser Frequenz unbedeutend wird. Sonderfall: Der Spannungspegel ist so eingerichtet, daß die Spannungsverstärkung im Zwischenverstärker eins betragen kann. Dann vereinfacht sich der Zwischenverstärker zu einer einfachen Leitungsverbindung. 3 ist ein lineares Additionsglied, in dem die Anteile der Kanäle wieder zusammengeführt werden; hierzu kann beispielsweise die bekannte (invertierende) Additionsschaltung mit einem Operationsverstärker oder eine äquivalente Schaltung verwendet werden. 4 ist der Endverstärker, der nach erfolgter Addition wieder den gesamten Frequenzbereich verstärkt und dem Lautsprecher oder einer Lautsprechergruppe 5 zuführt.

Die Positionen 6 bis 10 bilden den abzweigenden Kanal für die tiefen Frequenzen. Darin ist 6 ein steuerbarer Verstärker, dessen Verstärkung mittels einer zugeführten Stellspannung verändert werden kann. Hierfür kann eine der als integrierte Schaltung (IS) erhältlichen steuerbaren Verstärker oder ein Spannungsteiler mit mindestens einem steuerbaren Widerstand, beispielsweise einem Feldeffekttransistor, mit vor- oder nachgeschaltetem, fest eingestelltem Verstärker verwendet werden. 7 ist das Filter, dessen Durchlaßbereich dem gewünschten Frequenzbereich der tiefen Töne entspricht. Es kann als passives Filter mit nachfolgender Verstärkung, wie in der Figur angedeutet, oder als aktives Filter, als Tiefpaß, als Bandpaß oder als Resonanzfilter für den durchzulassenden Frequenzbereich ausgeführt sein.

8 ist der Regelverstärker und 9 der Gleichrichter zur Erzeugung der Stellspannung für den steuerbaren Verstärker 6. Reglerverstärker 8, Gleichrichter 9 und steuerbarer Verstärker 6 sind so geschaltet, daß mit größer werdendem Signal am Eingang von 8 die Stellspannung im Sinne einer Herabsetzung der Verstärkung des steuerbaren Verstärkers 6 verändert wird. Das Potentiometer 10 ermöglicht die Einstellung des vom abzweigenden Kanal abgegebenen Tieftonpegels ; es kann fest eingestellt oder als Tiefensteiler verwendet werden. Die Anordnung wirkt wie folgt:

Von der bei 1 zugeführten Tonfrequenzspannung werden die mittleren und hohen Frequenzen über den Zwischenverstärker 2, das Additionsglied 3 und den Endverstärker 4 dem Lautsprecher 5 zugeführt. Die tiefen Frequenzanteile der Tonfrequenzspannung passieren über das Filter 7 den abzweigenden Kanal. Sie werden im Verstärker des Filters 7 und im steuerbaren Verstärker 6, wenn letzterer auf hohe Verstärkung gesteuert ist, so weit verstärkt, daß sie am Additionsglied 3 mit erheblich größerer Amplitude eintreffen als die über 2 gekommenen mittleren und hohen Frequenzanteile. Die dadurch erzielte Anhebung der tiefen Frequenzen ist durch passende Wahl der Verstärkung in 6 und 7 so eingestellt, daß bei leisester Musikwiedergabe die in diesem Frequenzbereich verringerte Ohrempfindlichkeit — nach den Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit — richtig ausgeglichen wird.

Steigt die Wiedergabelautstärke an, wobei es gleichgültig ist, ob dies durch Einstellen eines höheren Pegels am Potentiometer 15 geschieht oder durch die Signalquelle selbst — also auch durch die Dynamik der Musik —, so wird durch eine größere Amplitude in den tiefen Frequenzen auch der Reglerverstärker 8 stärker ausgesteuert Hierdurch wird im Gleichrichter 9 die Stellspannung erzeugt, welche die Verstärkung des steuerbaren Verstärkers 6 herabsetzt.

Hierdurch wird die erfindungsgemäße Wirkung erreicht, nämlich, daß die am Ausgang des Verstärkers abgegebene Leistung im Tieftonbereich nicht in gleichem Maß ansteigt wie die der übrigen Tonlagen, sondern — den Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit entsprechend — geringer.

Die F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß für den Tieftonbereich ein separater Endverstärker verwendet wird. Dann kann letzterer direkt aus dem abzweigenden Kanal gespeist werden, und die Zusammenführung mit dem Hauptkanal in der Additionsschallung (3 in F i g. 1) entfällt. Demgemäß sind in F i g. 2 11 der Endverstärker und 13 der Lautsprecher für die mittleren und hohen Töne, 12 der Endverstärker und 14 der Lautsprecher für die tiefen.

Die F i g. 3 zeigt eine weitere Vervollkommnung der Erfindung durch einen zweiten abzweigenden Kanal für die ebenfalls in der Gehörempfindlichkeit bei kleinen Lautstärken — wenn auch nicht in so hohem Maße wie die tiefen — benachteiligten hohen Frequenzen. Es sind hierin — zusätzlich zu den schon in F i g. 1 enthaltenen Teilen — 16 der steuerbare Verstärker des zweiten abzweigenden Kanals, 17 das Filter für den Bereich der hohen Frequenzen, analog dem Filter 7 für die tiefen, als Hochpaß, Bandpaß oder auch Resonanzfilter ausführbar, 18 der Reglerverstärker und 19 der Gleichrichter für die Stellspannung analog 8 und 9 im ersten abzweigenden Kanal. Das Potentiometer 20 kann, analog dem Potentiometer 10 für die Tiefen, zum Einstellen der Höhen dienen. Im Additionsglied 3a, entsprechend 3 in Fig. 1, werden die Spannungen aller drei Kanäle addiert und dem Endverstärker 4 zugeführt

Die Schaltung des Gleichrichters 9 soll so bemessen sein, daß die Anstiegszeitkonstante der Stellspannung etwas kürzer ist als die Impulsanstiegszeit des Filters 7, um bei plötzlich einsetzendem Signal ein Überschwingen der Tonspannung zu verhindern. Man wird den Gleichrichter in Doppelwegschaltung ausführen, damit er auf jede Halbwelle sofort reagieren kann.

Die Abklingzeitkonstante der Stellspannung soll erheblich länger sein, so wie es in bekannten Dynamik-Kompressionsschaltungen — z. B. automatischer Aussteuerung von Tonbandgeräten — üblich ist

F i g. 4 zeigt ein Beispiel für die Bemessung an Hand des Gesamt-Frequenzganges (hinter dem Additionsglied) mit der Lautstärke als Parameter.

Bei 50 Hz ist der Dynamikumfang auf die Hälfte dessen bei 1 kHz eingeengt, was als günstiger Wert in Anlehnung an die Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit vorgeschlagen werden kann.

Die Dezibel-Skala ist auf den Verstärker-Eingang bezogen, wobei Null dB bei 1000 Hz 80 Phon entsprechen, P ist die Verstärkerleistung für einen mittleren Lautsprecher-Wirkungsgrad.

Die eingezeichneten Kurvenstücke a—d zeigen die Unterschiede im Verhalten der erfindungsgemäßen Anordnung zu den herkömmlichen mit gehörrichtiger Lautstärkeeinstellung, für eine angenommene Dynamik der Musik von 30 dB, beispielsweise von 20 bis 50 Phon. Die erfindungsgemäße Anordnung gibt die Minima auf der Frequenzkurve für 20 Phon, die Maxima auf der für 50 Phon weder. Eine bekannte Schaltung, die mit der

gehörrichtigen Einstellung auf die 20-Phon-Kurve abgestimmt ist, würde die Lautstärkespitzen nach dem Kurvenstück a übertragen (parallel zur 20-Phon-K.urve). Eine mit der erfindungsgemäßen Schaltung noch einhaltbare Störgrenze (e) würde somit weit überschritten.

Um diese einzuhalten, müßte die bekannte Schaltung auf die 50-Phon-Frequenzkurve eingestellt werden, wobei jedoch die Lautstärkeminima nach Kurve b übertragen würden und bei tiefsten Frequenzen die Hörschwelle (c) nicht mehr erreichen.

Entsprechendes gilt für eine von 50—80 Phon eingestellte Lautstärke. Hier gibt Kurve d im Vergleich zur 80-Phon-Kurve an, wieviel der Endverstärker der bekannten Anordnung bei der tiefsten Frequenz mehr an Leistung abgeben muß als der für die erfindungsgemäße Einrichtung.

Als Beispiel für die Ausgestaltung des Filters 7 als Resonanzfilter zeigt die Fig.5. Es ist eine aktive ^Filterschaltung, da LC-Filter wegen der großen erforderliche Induktivitäten bei niedrigen Frequenzen Gewichtsaufwand erfordern und Abschirmprobleme aufwerfen.

Die Filtergüte wird für die gewünschte Flankensteilheit ausgelegt, die sich aus dem gewünschten Frequenzkurvenverlauf ergibt. Sie ist erheblich geringer (z. B. 1 ...2) als diejenige von Selektionsfiltern (50... 100), deren lange Einschwingzeiten deshalb hier nicht auftreten. Auch kann das Filter mit weniger Aufwand an engtolerierten Bauteilen gefertigt werden.

Mittels der umschaltbaren Kondensatoren läßt sich die Frequenz des Maximums, die etwa der tiefsten zu übertragenden Frequenz entspricht, passend wählen. Hier wäre an ein Höherlegen dann zu denken, wenn dadurch ein Abschwächen von Rumpelfrequenzen oder (Raum-) Resonanzen erreicht werden soll.

Einen noch günstigeren Verlauf der Frequenzkurven im gesamten Regelbereich kann man erzielen, wenn man die Filterschaltung so aufbaut, daß man mit einem variablen Widerstand bei unveränderter Resonanzfrequenz die Resonanzüberhöhung verstellen kann und hiermit, ansiall millels des steuerbaren Verstärkers 6 in F i g. 1 und 2, oder auch zusätzlich hierzu, die Verstärkung des Tiefenbereiches regelt Ein Schaltungsbeispiel hierzu zeigt Fig.6, die ebenfalls eine aktive Filterschaltung darstellt Mit dem Feldeffekttransistor 23 als variablem Widerstand, dem jetzt die Steiispannung aus dem Gleichrichter 9 zugeführt wird, verändert man das Teilerverhältnis des Spannungsteilers 21, 22, 23; hierdurch wird die Gegenkopplung der Anordnung — und als Folge hiervon die Filtergüte Q —, mithin die Resonanzüberhöhung, variiert.

Die erzielten Frequenzkurvenscharen des Tieftonkanals sind in Fig.7 dargestellt; hierin ist a auf die Schaltung Fig.5, b auf die Schaltung nach Fig. 6 bezogen. Parameter ist die Stellspannung bzw. der Wiedergabepegel; die obere Kurve gehört jeweils zur kleinsten, die untere zur größten Lautstärke. Man erkennt, daß mit dem Frequenzgang nach F i g. 7b eine noch genauere Anpassung an die Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit zu erreichen ist, während F i g. 7a bei größeren Lautstärken und exakter Wiedergabe der tiefsten Töne nahe der Resonanzfrequenz leicht ein Verlust — wenn auch geringen Ausmaßes — in den mittleren und höheren Baßlagen eintreten kann.

Es können unbedenklich beide Arten von Stellgliedern zur Verstärkungsregelung auch gleichzeitig eingesetzt werden; der Tieftonkanal enthält dann einen steuerbaren Verstärker wie 6 in F i g. 1 und 2 und ein Resonanzfilter mit einstellbarer Güte nach F i g. 6. Beide Stellglieder werden vom Reglerverstärker 8 und Gleichrichter 9 in gleichem Sinne beeinflußt.

Hierdurch können auch Frequenzgänge erreicht werden, die zwischen den typischen Kurvenformen von Fig. 7a und 7b verlaufen.

Es sind auch Kombinationen mit konventionellen Schaltungen möglich. Zweckentsprechend können folgende Anordnungen sein:
Für geringsten Aufwand:

Nur ein abzweigender Kanal für die Tiefen; zusätzlich die bekannte Schaltung am Lautstärkesteller für gehörrichtige Lautstärkeeinstellung, diese jedoch nur für die hohen Frequenzen. Da in diesem Bereich nur geringfügige Korrekturen notwendig sind, bleibt der Fehler durch die unterschiedlichen Pegel der Signalquellen entsprechend gering.

Für mehr Tiefendynamik auf Kosten von etwas höherem Einfluß auf die Umgebung, wenn die örtlichen Gegebenheiten das zulassen: Dynamik-Kompression des abzweigenden Kanals für die Tiefen geringer als es zum Ersatz der gehörrichtigen Einstellung am Potentiometer nötig wäre. Dafür zusätzlich die Schaltung zur gehörrichtigen Einstellung am Potentiometer auch für die Tiefen, jedoch mit so herabgesetzter Wirksamkeit, daß lediglich die zu geringe Dynamik-Kompression entsprechend ergänzt wird.

Auch hierbei wird wegen der Geringfügigkeit der Korrektur am Potentiometer der Fehler durch unterschiedliche Signalpegel entsprechend gering.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltungsanordnung für Tonfrequenzen mit einem Hauptkanal und mit einem oder mehreren abzweigenden Kanälen, welche jeweils einen einen Frequenzbereich der Tonfrequenzen durchlassenden Filter enthalten und die entweder vor dem Endverstärker in einem linearen Additionsglied mit dem Hauptkanal zusammengeführt oder über separate Endverstärker jeweils an eigene Lautsprecher geschlossen sind, wobei der Pegel in den abzweigenden Kanälen für die in der Gehörempfindlichkeit benachteiligten Gehörfrequenzbereiche, insbesondere der Tiefen, verändeiüch anhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der abzweigenden Kanäle eine eigene Dynamik-Kompressionsschaltung (6,8,9; 16, 18, 19) enthält, derart, daß der Pegel des Frequenzbandes bei kleiner Lautstärke in Anpassung an die Kurven gleicher Gehörempfindlichkeit angehoben ist und mit größer werdenden Tonstärken die Anhebung im Verhältnis zur Lautstärke nur in geringem Maß zunimmt

2. Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussiebung des zu übertragenden Frequenzbandes in einem oder mehreren abzweigenden Kanälen mit, vorzugsweise aktiven, Resonanzfiltern (24, 25) erfolgt, mit fest eingestellter oder zur Klangeinstellung und/oder Unterdrückung von Rumpelstörungen stufig oder stetig veränderbarer Resonanzfrequenz.

3. Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied für die Dynamik-Regelung zusätzlich zu einer steuerbaren Verstärkerstufe oder ausschließlich ein Resonanzfilter verwendet wird, dessen Filtergüte und damit Resonanzüberhöhung durch die Stellspannung verändert wird.

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