DE2235664A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR COMPENSATING THE VOLTAGE DROP ON A SPEAKER - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR COMPENSATING THE VOLTAGE DROP ON A SPEAKERInfo
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Description
Schaltungsanordnung zur Kompensation des Spannungsabfalls an einem Lautsprecher Die Erfindung betriff.t-eine Schaltungsanordnung zur Kompensation eines Spannungsabfalls am ohmschen Widerstand eines an einem Verstärker angeschlossenen Lautsprechers. Circuit arrangement for compensating the voltage drop on a Loudspeaker The invention relates to a circuit arrangement for compensating a Voltage drop across the ohmic resistance of a connected to an amplifier Loudspeaker.
Dynamische Lautsprecher bestehen aus einer Membrane und einer damit verbundenen antriebsspule, die sich in einem homogenen Magnetfeld befindet. Eine an die Antriebsspule 9ngelegte ;Wechselspannung bewirkt eine Bewegung-der Antriebsspule. Der Verlauf. dieser Bewegung ist so, daß eine in der Antriebsspule induzierte Gegen-EMK gleich de anliegenden - Wechselspannung abzüglich eines Spannungsabfalles an einem ohmschen Widerstand RL der Antriebsspule ist. Dieser Spannungsabfall ist dem durch die Antriebsspule fließenden Strom proportional, und damit wird die Bewegung der Antriebsspule auch von dem durch die Antriebssrule fließenden Strom abhängig. Es ist so, als würde eine der angelegen Spannung genau folgen über einen Vorwiderstand betrieben. An dieser Vorstellung wird im folgenden festgehalten, wobei mit La die Antriebsspule bezeichnet wird. Der Vorwiderstand ist gleich dem ohmschen Widerstand RL der Antriebsspule. Der Widerstand der Zuleitung und der Innenwiderstand eines Verstärkers liegen in Reihe zum Widerstand RL und werden im folgenden der Einfachheit halber zum Widerstand RL zugeschlagen.Dynamic loudspeakers consist of a membrane and one with it connected drive coil, which is located in a homogeneous magnetic field. One AC voltage applied to the drive coil 9 causes the drive coil to move. The history. this movement is such that a back EMF induced in the drive coil equal to the applied - AC voltage minus a voltage drop at one ohmic resistance RL of the drive coil. This voltage drop is through The current flowing to the drive coil is proportional, and thus the movement of the Drive coil also depends on the current flowing through the drive coil. It it is as if one of the applied voltage would follow exactly via a series resistor operated. At this notion will recorded below, where La denotes the drive coil. The series resistance is the same ohmic resistance RL of the drive coil. The resistance of the lead and the internal resistance of an amplifier are in series with the resistor RL and are hereinafter referred to as the For the sake of simplicity, added to the resistor RL.
Der Strom durch die Antriebsspule ist proportional der Kraft, die von der Spule bei der Bewegung aufgebracht werden muß.The current through the drive coil is proportional to the force exerted must be applied by the coil in motion.
Bei einer geschlossenen Lautsprecherbox wird bei gleich bleibender Amplitude einer Eingangs spannung die Amplitude eines Innendrucks mit sinkender Frequenz erhöht. Damit wirkt bei tiefen Frequenzen auf die Membran ein erhöhter Gegendruck, der einen erhöhten Strom durch die Antriebsspule La erfordert.If the loudspeaker box is closed, the Amplitude of an input voltage the amplitude of an internal pressure as it falls Frequency increased. This means that at low frequencies the diaphragm is affected by an increased frequency Back pressure, which requires an increased current through the drive coil La.
Am Widerstand RL entsteht dadurch ein erhöhter Spannungsabfall, der die Amplitude der Spulen- und Membranschwingung verkleinert. Bür die Ubertragung tiefer Frequenzen sind deshalb Lautsprecherboxen mit sehr. grnßem Volumen erforderlich, bei denen der entgegenwirkende Innendruck und damit die zusätzliche Stromaufnahme klein bleiben.This creates an increased voltage drop across the resistor RL, the the amplitude of the coil and membrane oscillation is reduced. For the transfer Loudspeaker boxes with very low frequencies are therefore. larger volume required, where the counteracting internal pressure and thus the additional power consumption stay small.
Weitere Belastungsschwankungen ergeben sich durch Resonanzen: Eigenresonanz des schwingenden Systems, schwache Resonanzen (der Luftsäule) im Innern der Lautsprecherbox trotz der Därapfung und Resonanz des beschallten Raumes. Diese Belastungsschwankungen bewirken ebenfalls Strom- und damit Amplitudenschwankungen.Further fluctuations in load result from resonances: Natural resonance of the vibrating system, weak resonances (of the air column) inside the loudspeaker box despite the steaming and resonance of the sound-filled room. These load fluctuations also cause current and thus amplitude fluctuations.
Der Widerstand RL bringt noch einen weiteren Nachteil. Bei Impulsbetrieb sind eine Zeitkonstante des Anstiegs und des Abfalls und ein Uberschwingen abhängig vom Widerstand RL, da die Beschleunigungs- und Bremskräfte wieder Ströme durch den Vorwiderstand RL bedingen Die Form der Bewegung der Antriebsspule L weicht von der Form eines angelegten Spannungsimpulses um so mehr ab, Je größer der Widerstand RL ist.The resistor RL brings another disadvantage. With impulse operation a time constant of the rise and fall and an overshoot are dependent from the resistance RL, since the acceleration and braking forces again flow through the Condition series resistor RL The form of the movement of the drive coil L differs from the In the form of an applied voltage pulse, the greater the resistance RL is.
Die aufgeführten nachteiligen Auswirkungen des Widerstaiis RL können durch ein bekanntes, in die Praxis bereits eingeführtes Servo-System auf eine kleinen Teil ihres ursprünglichen Wertes reduziert werden. Beim Servo-System ist mit der Antriebsspule La des Lautsprechers eine Meßspule mechanisch verbunden, die ebenfalls in einem homogenen Magnetfeld angeordnet ist. Die in der Meßspule induzierte EMK entspricht damit genau der Bewegung der Antriebs- und der Meßspulen und der Membran des Lautsprechers. Diese EMK wird dem Verstärker als Cegenkopplung zugefiErt. Das ganze System kann als Regelkreis aufgefaßt werden. Eine in der Meßspule induzierte Spannung entspricht einem Istwert, eine Verstärker-Eingangsspannung einer Führungsgröße. Die Meßspule besitzt ein gewisses Gewicht und die nechanische Kopplung zur Antriebsspule La ist nicht beliebig starr. Eine dadurch bei höheren Frequenzen bedingte Phasenverschiebung und weitere Laufzeiten im gesamten Regelkreis erlauben keine zu hohe Kreisverstärkung, damit keine selbsterregte Schwingung erzeugt wird. Es passen sich deshalb die störenden Wirkungen des Widerstandes RL'nur, teilweise kompensieren.The listed adverse effects of the resistance RL can by a well-known servo system that has already been introduced in practice to a small one Part of their original value will be reduced. With the servo system, the Drive coil La of the loudspeaker is mechanically connected to a measuring coil, which is also is arranged in a homogeneous magnetic field. The EMF induced in the measuring coil thus corresponds exactly to the movement of the drive and measuring coils and the membrane of the speaker. This EMF is fed to the amplifier as a counter coupling. That whole system can be viewed as a control loop. One induced in the measuring coil Voltage corresponds to an actual value, an amplifier input voltage corresponds to a reference variable. The measuring coil has a certain weight and the mechanical coupling to the drive coil La is not arbitrarily rigid. A phase shift caused by this at higher frequencies and further runtimes in the entire control loop do not allow the loop gain to be too high, so that no self-excited oscillation is generated. The disturbing ones are therefore adapted Only partially compensate for the effects of the resistance RL '.
Der Lautsprecher eines Servo-Systems ist wegen/der Zusatzteile verhältnismäßig teuer und das zusätzliche Gewicht des schwingenden Systems erfordc-rt bei höheren Frequenzen zusätzliche Leistung.The loudspeaker of a servo system is proportionate because of / the additional parts expensive and the additional weight of the vibrating system required for higher Frequencies additional power.
Die Erfindung hat die Aufgabe, den Spannungsabfall am ohmaschen Widerstand des Lautsprechers, zu kompensieren, ohne, zusätzliche Kompensationsbauelemente am Lautsprecher anbringen zu müssen.The invention has the task of reducing the voltage drop across the ohmic resistor of the loudspeaker, without additional compensation components on the Having to attach speakers.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zwischen dem Verstärker und dem Lautsprecher ein Serienwiderstand geschaltet ist und daß eine Rückführschaltung wenigstens einen Teil einer Spannung am Serienwiderstand einem Eingang des Verstärkers zuführt und hierdurch eine Eingangs spannung des Lautsprechers um den Spannungsabfall am ohmschen Widerstand erhöht.The invention solves this problem in that between the amplifier and a series resistor is connected to the loudspeaker and that a feedback circuit at least part of a voltage across the series resistor one Input of the amplifier feeds and thereby an input voltage of the speaker increased by the voltage drop across the ohmic resistor.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, handelsübliche Lautsprecher ohnc teure's Servosystem vervellden zu könnc?n. Da ein zusätzliches Gewicht am schwingenden System bewegt worden muß, ist bei herein Frequenzen auch keine zus-tzlicr-c Leistung erforderlich. Die Erfindung läßt sich durch rein schaltungstechnische Maßnahmen am Verstärker verwirklichen.A circuit arrangement according to the invention has the advantage of being commercially available Loudspeakers without the expensive servo system to be able to adjust. Because an additional Weight on the vibrating system must be moved at in frequencies too no additional service required. The invention can be achieved by purely circuitry Implement measures on the amplifier.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt: Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung, Fig. 2 eine Ausführungsform der Kompensationsschaltung uld Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Kompensationsschaltung.The invention is explained in more detail below with reference to drawings will. 1 shows a basic block diagram of an inventive Compensation circuit, FIG. 2 shows an embodiment of the compensation circuit 3 shows a further embodiment of the compensation circuit.
Das Prinzip einer Kompensationsschaltung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Umsetzer U liefert an einem Ausgang eine Spannung, die einem von einem Verstärker V zu einem Lautsprecher L fließenden Strom proportional ist. Diese Spannung wird einem zweiten Eingang des Verstärkers V zugeführt und bewirkt dadurch eine Erhöhung der am Lautsprecher L anliegenden Spannung.The principle of a compensation circuit is shown in FIG. A Converter U delivers a voltage at one output, which is supplied by an amplifier V is proportional to a loudspeaker L current flowing. This tension will fed to a second input of the amplifier V and thereby causes an increase the voltage applied to the loudspeaker L.
Der Umsetzer U und der Verstärker V sind so dimensioniert, daß diese Erhöhung der Spannung einem Spannungsabfall an einem ohmschen Widerstand RL des Lautsprechers L einschließlich einer Zuleitung entspricht.The converter U and the amplifier V are dimensioned so that this Increase in voltage a voltage drop across an ohmic resistor RL des Loudspeaker L including a lead corresponds.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform dieser Kompensations-Schaltung. Ein Operationsverstärker OP 1 nimmt mit einem invertierenden Eingang über einen Widerstand R1 die zu verstärkende Spannung u1 auf. Er ist mit seinem Ausgang über einen Serienwiderstand R5 mit einem ohmschen Widerstand RI und dem Lautsprecher L verbundene Der ohmsche Widerstand RL umfaßt einon Innenwiderstand des Lautsprechers L, die Verlustwiderstände der Zuleitrn'Igen und einen Innenwiderstand des gesamten Verstärkers. Ein Gegenkopplungswid-erstand R2 verbindet den invertierenden Eingang mit einem nicht an den Ausgang des Operationsverstärkers OP 1 angeschlossenen Anschluß des Serienwi-derstandes R , Ein invertierender Eingang + des Operationsverstärkers OP 1 ist über einen Widerstand R4 mit Masse verbunden. Ein weiterer Operationsverstärker OP 2 ist in einer Rückführschaltung mit einem invertierenden Eingang über einen Widerstand R6 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP 1 und über einen Gegenkopplungswiderstand R7 mit seinem Ausgang verbunden. Der nicht invertierender Eingang des weiteren Operationsverstärkers OP 2 ist über cinen Widerstand R8 mit dem nicht an den Ausgang des Operationsverstärkers OP 1 angeschlossenen Anschluß des Serienwiderstandes und über einen Widerstand R9 mit Masse verbunden. Der Ausgang des weiteren Operationsverstärkers OP 2 ist über einen Widerstand R3 an den invertierenten Eingang des Operationsverstärkers OP 1 angeschlossen. Eine Spannung uL am Lautsprecher L soll einer Eingangsspannung ül proportional sein, unabhängig von der Größe eines durch den Widerstand RL und den Lautsprecher L fließenden Stromes. Wenn sich die Größe der Widerstände R6, R7, R8 und R9 wie Verhält und ein Strom durch den Widerstand R5 gleich dem Strom durch den Widerstand RL gesetzt wird (die Abweichung ist sehr gering, da der Widerstand R2 und der Widerstand R8 um einige Größenordnungen größer sind als der Widerstand R5 und der Widerstand RL), erhält man die gewünschte Kompensation, wenn der Widerstand R5 entsprechend gewählt wird, dabei ist die Verstärkung Bei der Schaltung nach Fig. 3 erfordert die Rückführschaltung keinen zusätzlichen Operationsverstärker. In dieser Schaltungsanordnung nimmt ein Operationsverstärker OP 3 mit einem nicht invertierenden Eingang + die zu verstärkende Spannung u1 über einen Widerstand R10 auf. Ein Widerstand R11 verbindet den nicht invertierenden Eingang + mit einem Ausgang des Operationsverstärkers OP 3. Der Serienwiderstand R verbindet wieder den Ausgang des Operationsverstärkers OP 3 mit der gedachten Serienschaltung aus dem ohmschen Widerstand RL und dem Laut-.Fig. 2 shows an embodiment of this compensation circuit. An operational amplifier OP 1 receives the voltage to be amplified u1 with an inverting input via a resistor R1. Its output is connected to an ohmic resistor RI and the loudspeaker L via a series resistor R5. The ohmic resistor RL comprises an internal resistance of the loudspeaker L, the loss resistances of the supply lines and an internal resistance of the entire amplifier. A negative feedback resistor R2 connects the inverting input to a terminal of the series resistor R that is not connected to the output of the operational amplifier OP 1. An inverting input + of the operational amplifier OP 1 is connected to ground via a resistor R4. Another operational amplifier OP 2 is connected in a feedback circuit with an inverting input via a resistor R6 to the output of the operational amplifier OP 1 and via a negative feedback resistor R7 to its output. The non-inverting input of the further operational amplifier OP 2 is connected via a resistor R8 to the terminal of the series resistor not connected to the output of the operational amplifier OP 1 and to ground via a resistor R9. The output of the further operational amplifier OP 2 is connected to the inverted input of the operational amplifier OP 1 via a resistor R3. A voltage uL at the loudspeaker L should be proportional to an input voltage ul, regardless of the size of a current flowing through the resistor RL and the loudspeaker L. If the size of resistors R6, R7, R8 and R9 are like Ratio and a current through resistor R5 is set equal to the current through resistor RL (the deviation is very small, since resistor R2 and resistor R8 are several orders of magnitude larger than resistor R5 and resistor RL), one obtains the desired compensation if the resistor R5 accordingly is chosen, where is the gain In the circuit of FIG. 3, the feedback circuit does not require an additional operational amplifier. In this circuit arrangement, an operational amplifier OP 3 with a non-inverting input + receives the voltage u1 to be amplified via a resistor R10. A resistor R11 connects the non-inverting input + to an output of the operational amplifier OP 3. The series resistor R again connects the output of the operational amplifier OP 3 with the imaginary series circuit of the ohmic resistor RL and the loud-.
sprecher L. Ein invertierender Eingang des Operationsverstärkeres OP 3 ist in einer Gegenkopplungsschaltung über einen Widerstand R13 mit dem nicht an den Ausgang des Operatior.sverstärkers OP 3 angeschlossenen Anschluß des Serienwiderstandes R5 und über einen Widerstand R12 mit Masse verbunden.Sprecher L. An inverting input of the operational amplifier OP 3 is in a negative feedback circuit via a resistor R13 with the not Connection of the series resistor connected to the output of the operational amplifier OP 3 R5 and connected to ground via a resistor R12.
Diese Cegenkopplungssch'ltung verkleinert die Gleichtakt-Spannung an den Eingängen des Operationsverstärkers OP 3.This counter coupling circuit reduces the common mode voltage at the inputs of the operational amplifier OP 3.
Wenn der Strom durch den Widerstand R5 wie im vorigen Beispiel gleich dem Strom durch den Widerstand RL gesetzt wird, erhält man Kompensation, wenn R5 = RL. If the current through resistor R5 is set equal to the current through resistor RL, as in the previous example, compensation is obtained when R5 = RL.
ist.is.
Hierbei und Die Verstärkung ist dann gleich In den Kompensationsschaltungen nach Fig. 2 und 3 ist der Widerstand KL zum gröEten Teil der aus Kupfer bestehende ohmsche Widerstand der Schwingspule. 5 gen des positiven Temperaturkoeffizienten von Kupfer vergrößert sich bei einer Temperaturerhöhung der Wert des Widerstandes RL. Diese Vergrößerung wird bei konstanten Widerstand R5 nicht kompensiert. Wird fiir den Widerstand R5 ein Widerstand mit gleichem Temperaturkoeffizienten wie für den Widerstand RL gewählt, dann bleibt eine auf die Widerstände RL und R5 gemeinsam wirkende Schwankung der Umgebungstemperatur ohne Einfluß auf die Kompensation.Here and the gain is then the same In the compensation circuits according to FIGS. 2 and 3, the resistance KL is for the most part the ohmic resistance of the voice coil, which is made of copper. Due to the positive temperature coefficient of copper, the value of the resistor RL increases when the temperature rises. This increase is not compensated for with a constant resistance R5. If a resistor with the same temperature coefficient as for the resistor RL is selected for the resistor R5, then a fluctuation in the ambient temperature acting jointly on the resistors RL and R5 has no influence on the compensation.
Eine durch Verlustwärme in RL entstehende zusätzliche Widerstandserhöhung kann nur dann kompensiert werden, wenn die Widerstände R5 und RL thermisch verkoppelt sind, z.B. durch 3 R und RL Anbringen des Widerstandes R5 als Bifilarwicklung auf einem Körper der Antriebsspule.An additional increase in resistance caused by heat loss in RL can only be compensated if the resistors R5 and RL are thermally coupled e.g. by attaching the resistor R5 as a bifilar winding by 3 R and RL a body of the drive coil.
Für die Verstärker in Fig. 2 und Fig. 3 wurden zum Zwecke einer besseren Verständlich1eit Operationsverstärker vorgesehen. Hierdurch wird auch die formale Beschreibung der Kompensationsbedingungen einfacher als bei Verwendung von Verstärkern mit geringer Verstärkung im unbeschalteten Zustand. Die Kompensation kann auch mit solchen Verstärkern erreicht werden, die im unDeschalteten Zustand nur eine so geringe Verstärkung aufweisen, daß sie nicht als Operationsverstärker bezeichnet werden können. In diesem Fall müßte bei der formalen Beschreibung der Kompensationsbedingungen auch die Verstärkung im unbeschalteten Zustand angegeben werden. Bei dem heutigen Stand der Technik ist es vertretbar, integrierte Operationsverstärker zu verwenden und dadurch eine bessere Übersichtlichkeit zu erzielen. In diesem Fall sind der Verstärker OP 1 in Fig. 2 und der Verstärker OP 3 iri Fig. 3 Operationsverstärker mit nacllgeschaltetem I.eistung3verstärker.For the amplifier in Fig. 2 and Fig. 3, for the purpose of better Understandably, operational amplifiers are provided. This also makes the formal Description of the compensation conditions easier than when using amplifiers with low gain in the unconnected state. The compensation can also be done with such amplifiers can be achieved which in the unswitched state are only so low Have gain that they are not referred to as operational amplifiers can. In this case, the formal description of the compensation conditions the gain in the unconnected state can also be specified. With today's According to the state of the art, it is justifiable to use integrated operational amplifiers and thereby a to achieve better clarity. In this In this case, the amplifier OP 1 in FIG. 2 and the amplifier OP 3 in FIG. 3 are operational amplifiers with connected power amplifier.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 geht der Innenwiderstand einer vorausgehenden Stufe in die Kompensationsbedingungen mit ein.In the circuit of Fig. 3, the internal resistance is a previous one Step into the compensation conditions.
Es ist deshalb zweckmäßig, für die vorausgehende Stufe einen als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärker zu verwenden.It is therefore advisable to use one as a voltage follower for the previous stage switched operational amplifier to use.
Bei Mehrkanal-Lautspechen ist es sinnvoll, für jeden Kanal einen getrennten Verstärker vorzusehen und die Frequenztrennung mit aktiven Filtern vor der Kompensation in jeweiligen Endstufen durchzuführen.With multi-channel speakers it makes sense to have a separate one for each channel Provide amplifiers and frequency separation with active filters before compensation to be carried out in the respective output stages.
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| DE19722235664 DE2235664A1 (en) | 1972-07-20 | 1972-07-20 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR COMPENSATING THE VOLTAGE DROP ON A SPEAKER |
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| DE2235664A1 true DE2235664A1 (en) | 1974-01-31 |
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| DE (1) | DE2235664A1 (en) |
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