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Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen mit Hochton-, Breitband-
und Tieftonlautsprechern und LC-Frequenzweichen.
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Derartige Lautsprechersysteme sollen räumlich kompakt angeordnet sein
und die HiFi-DIN-Norm 45 500 vor allem hinsichtlich der Wiedergabe tiefer Frequenæn
eriüllen. Ublicherweise werden zur Vergrößerung der Membran fläche für den Baßwidergabebereich
extrem weich aufgehängte Membranen in Breitband- bzw. Tieftonlautsprechern verwendet,
die über Frequenzweichen betrieben werden. Hierdurch werden die Membranflächen addiert
und eine der Norm entsprechende Baßabstrahlung erreicht. Durch Verwendung relativ
kleiner Tieftonsysteme ist auch bei kleinem Gehäusevolumen der Resonanzanstieg nicht
unzulässig hoch.
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Bei mehreren gleichen Lautsprechersystemen tritt bekanntlich der sogenannte
Gruppenstrahleffekt auf, welcher bei HiFi-Lautsprecherboxen nicht erwünscht ist.
Im Interesse eines natürlichen Klangbildes soll hier eine möglichst breite und insbesondere
gleichförmige Richtcharakteristik erzielt werden. Bei den bekannten
Systemen
wächst jedoch mit steigender Frequenz die Gefahr von Interferenzbildungen, die im
Extremfall tiefe Einbrüche oder Anhebungen des Schalldruckverlaufes verursachen.
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Ferner treten in der Richtcharakteristik störende Einbrüche und Einzipfelungen
auf, die bei Abstrahlung des betreffenden Frequenzbereiches (vorzugsweise 400 -
1.500 Hz) durch nur einen Lautsprecher nicht vorhanden sind.
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/Breitband- bzw. Tieftonlautsprecher Der Einsatz mehrerer kleiner
(bis max. 130 mm bzw. 160 mm Korbdurchmesser) wird aber bevorzugt, da große Lautsprecher
aufgrund des Gewichtes der Schwingeinheit und der großen Membranfläche nicht mehr
in der Lage sind, die elektrischen Signale in phasenreine mechanische Membranschwingungen
umzusetzen.
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Außerdem kann ein Lautsprecher nur bis zur Frequenz t/2 = Membrandurchmesser
kolbenartige Schwingungen ausführen. Daran schließt meist nach einem Einbruch des
Schalldruckverlaufes der Bereich der Partialschwingungen an, der einen mit Resonanzen
überhäuften Schalldruckverlauf ergibt, der mehr oder weniger entsprechend der Form
und Ausführung der Membran ausgeprägt ist.
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Zur Erreichung hochwertiger Wiedergabequalität werden daher meist
mehrere Lautsprecher entsprechender Frequenzbereichszuordnung eingesetzt. Durch
entsprechend dimensionierte Hoch- und Tiefpässe wird jeweils nur der Bereich der
Kolbenschwlntungen tibertragen und die Resonanzbereiche abgetrennt.
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Zur Vermeidung von Interferenzeinbrüchen ist es bekannt, die Lautsprechersysteme
über verschiedene LC-Tieipässe parallel zu betreiben (DT-PS 2 202 364).
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Nachteilig ist hierbei jedoch, daß für jeden Lautsprecher ein LC-Glied
benötigt wird, wodurch ein erheblicher Material- und Schaltungsaufwand entsteht.
Ferner können aufgrund der erforderlichen exakten Abstimmung der einzelnen Schwingkreise
nur sehr hochwertige Bauelemente mit geringen Toleranzen verwendet werden, wie z.B.
hochwertigste Ausführungen bipolarer oder Tonfrequenz-Elektrolytkondensatoren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der Material-und Schaltungsaufwand wesentlich verringert
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lautsprecher
in einer frequenzabhängigen partiellen Reihenschaltung an die Tonfrequenzspannung
eines Verstärkers angeschlossen sind, wobei über eine LC-Frequenzweiche mehrere
Lautsprecher betrieben werden.
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Dies hat den Vorteil, daß eine wesentliche Vereinfachung der Schaltung
und eine Materialersparnis erreicht wird. Ferner ergibt sich durch die partielle
frequenzabhängige Reihenschaltung ein mit steigender Frequenz fallender Impedanzverlauf.
Dieser Abiall entspricht etwa dem Verlauf der spektralen Energiedichte in der Amplitudenstatistik
von Musik- oder SBrachinformationen, Dies bedeutet, daß einmal der Leistungsbedarf
für einen geradlinigen Schalldruckverlaui geringer als bei Lautsprecherkombinationen
in konventioneller Schaltung ist, so daß auch die Belastungsfähigkeit der gesamten
Lautsprecherkombination um den gleichen Faktor steigt, und daß sich außerdem in
der Reihenschaltung
auch die Kühl fläche für die Schwingspulen
der beiden Lautsprecher im Bereich der größten Energiedichte (100 - 400 Hz) addiert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Reihenschaltung
aus einem ersten Breitbandlautsprecher, einem zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher
und einer Induktivität an die Tonfrequenzspannung des Verstärkers angeschlossen
und eine Kapazität dem zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher und der Induktivität
parallel geschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß bis zur Resonanz der Induktivität
und der Kapazität beide Lautsprecher in Phase arbeiten. In dem Maße, in dem der
Pegel des zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprechers abfällt, übernimmt der erste
Breitbandlautsprecher mit fallendem Impedanzverlauf (steigendem Wirkungsgrad) den
übrigen Frequenzbereich. Hierdurch können die Membranflächen beider Lautsprecher
im Tieftonbereich bei entsprechender Dimensionierung der Induktivität und der Kapazität
genutzt werden, wodurch sich ein linearer Schalldruckverlauf ergibt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Reihenschaltung
aus einem ersten Breitbandlautsprecher, einer Induktivität und einem zweiten Breitband-
oder Tieftonlautsprecher an die Tonfrequenzspannung des Verstärkers angeschlossen
und eine erste Kapazität parallel zur Induktivität und eine zweite Kapazität parallel
zum zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher angeordnet.
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Durch verschiedene Dimensionierung der ersten und zweiten Kapazität
ist eine Absenkung störender Schalldrucküberhöhungen
im ersten Breitbandlautsprecher
möglich. Gleichzeitig wird über die zweite Kapazität der erste Breitbandlautsprecher
in Reihe mit der ersten Kapazität gekoppelt, um den restlichen Frequenzbereich übertragen
zu können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
in Reihe zur ersten Kapazität ein Hochtonlautsprecher parallel zur Induktivität
angeordnet und eine dritte Kapazität dem ersten Breitbandlautsprecher parallel geschaltet.
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Bei entsprechender Dimensionierung der zweiten Kapazität und der dritten
Kapazität ergibt sich parallel zur Induktivität ein Hochpaß, der die phasenreine
Ankoppelung des Hochtonlautsprechers ermöglicht. Die erste Kapazität kann in diesem
Falle unter Umständen zur Korrektur des Schalldruckverlaufs des Hochtonlautsprechers
erforderlich sein, jedoch nur dann, wenn der Impedanzverlauf der beiden anderen
Lautsprecher im oberen Frequenzbereich Mängel aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann eine zweite
Induktivität mit dem ersten Breitbandlautsprecher in Reihe geschaltet werden, und
ein Hochtonlautsprecher kann in Reihe mit einer Kapazität parallel zum ersten Breitbandlautsprecher
und der zweiten Induktivität angeordnet werden.
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Bei dieser Schaltungsanordnung ergibt sich die Absenkung des ersten
Breitbandlautsprechers durch die Dimensionierung der zweiten Induktivität im Verhältnis
zur ersten Kapazität. Die Absenkung des zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprechers
wird durch entsprechende Dimensionierung der ersten Kapazität
im
Verhältnis zur ersten Induktivität erreicht. Die zweite Kapazität und die zweite
Induktivität bilden einen Schwingkreis, der im Resonanzbereich die etwa über der
zweiten Kapazität aufgebaute Spannung am Hochtonlautsprecher absenkt.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Breitbandlautsprecher in Verbindung mit einem
weiteren Breitband- oder Tieftonlautsprecher in einer Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung, Fig. 2 einen Breitbandlautsprecher in Verbindung mit einem weiteren
Breitband- oder Tieftonlautsprecher in einer weiteren Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung, Fig. 3 einen Breitbandlautsprecher in Verbindung mit einem weiteren
Breitband- oder Tieftonlautsprecher und einem Hochtonlautsprecher in einer weiteren
Schaltung anordnung gemäß der Erfindung, und Fig. 4 einen Breitbandlautsprecher
in Verbindung mit einem weiteren Breitband- oder Tieftonlautsprecher in einer Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem weiteren Hochtonlautsprecher.
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In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 gemäß der Erfindung dargestellt,
bei welcher eine Reihenschaltung aus einem ersten Breitbandlautsprecher 11, einem
zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher
12 und einer Induktivität
13 an Klemmen 15, 16 angeschlossen ist, an denen die Tonfrequenzspannung z.B.
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eines Verstärkers anliegt. Parallel zu dem zweiten Breitband-oder
Tieftonlautsprecher 12 und der Induktivität 13 ist eine Kapazität 14 angeordnet.
Bis zur Resonanz der Induktivität 13 und der Kapazität 14 arbeiten die Lautsprecher
11, 12 in Phase. Im gleichen Maße, in dem der Lautsprecher 12 im Pegel abfällt,
übernimmt der Lautsprecher 11 mit fallendem Impedanzverlauf (steigendem Wirkungsgrad)
den übrigen Frequenzbereich.
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Eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 allgemein
mit 20 bezeichnet. Hier ist eine Reihenschaltung aus einem ersten Breitbandlautsprecher
21, einer Induktivität 23 und einem zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher
22 an die Klemmen 15, 16 angeschlossen, an denen die Tonfrequenzspannung liegt.
Eine erste Kapazität 24 ist parallel zur Induktivität 23 und eine zweite Kapazität
25 ist parallel zu dem zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher 22 angeordnet.
Diese Ausführungsform ermöglicht durch verschiedene Dimensionierung der Kapazität
24 die Absenkung störender Schalldrucküberhöhungen des Breitbandlautsprechers 21.
Gleichzeitig wird über die Kapazität 24 der Breitbandlautsprecher 21 in Reihe mit
der Kapazität 25 gekoppelt, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, um den restlichen
Frequenzbereich übertragen zu können.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, allgemein
mit 30 bezeichnet. Hierbei liegen wiederum ein erster Breitbandlautsprecher 21,
eine Induktivität 23 und ein zweiter Breitband- oder Tieftonlautsprecher 22 in Reihe
an den Anschlüssen
15 und 16. Parallel zu dem zweiten Breitband-
oder Tieftonlautsprecher 22 ist die zweite Kapazität 25, und parallel zu der Induktivität
23 ist in Reihe zur ersten Kapazität 24 ein Hochtonlautsprecher 31 angeordnet. Außerdem
ist eine dritte Kapazität 32 dem ersten Breitbandlautsprecher 21 parallel geschaltet.
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Die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung ergibt sich aus der Reihenschaltung
der beiden Lautsprecher 21 und 22 über die Induktivität 23. Im Resonanzpunkt der
Induktivität 23 und der Kapazität 25 fällt der Breitband- oder Tieftonlautsprecher
22 mit einer Flankensteilheit von ca. 12 dB per Oktave ab. Der Breitbandlautsprecher
21 wirkt hier als rein ohm'scher Vorwiderstand. Bei entsprechender Dimensionierung
der Kapazität 32 ergeben sich die gleichen Verhältnisse, wobei der Breitbandlautsprecher
21 vom Resonanzpunkt der Induktivität 23 und der Kapazität 32 ab ebenfalls mit 12
dB per Oktave abfällt. Durch entsprechende Dimensionierung der Kapazitaten 25 und
32 können die Resonanzfrequenzen beliebig gewählt werden. Impedanzeinbrüche durch
eventuell erforderliche Fehlanpassungen der Breitband- bzw. Tieftonlautsprecher,
die eventuell aus Dimensionierungsgründen und aus Forderungen des Schalldrucverlaufes
erforderlich sind, unterschreiten durch die Reihenschaltung nicht die nach DIN-45500
zulässige untere Grenze von 3,2 Ohm. 3ei entsprechender Dimensionierung der Kapazität
25 oder 32 ergibt sich parallel mit der induktivität 23 ein Hochpaß, der die phasenfeine
Ankoppelung des Hochtonlautsprechers 31 ermöglicht. Die Kapazität 24 kann unter
Umständen zur Korrektur des Schalldruckverlaufes des Hochtonlautsprechers 31
erforderlich
sein, jedoch nur dann, wenn der Impedanzverlauf der Lautsprecher 21 und 22 Mängel
in Bezug auf den oberen Frequenzbereich aufweist. Dies ist jedoch vom Prinzip her
sekundär.
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Die in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, allgemein
mit 40 bezeichnet, weist eine an den Anschlossen 15 und 16 liegende Reihenschaltung
aus einer Induktivität 43, dem Breitbandlautsprecher 11, dem Breitband-oder Tieftonlautsprecher
12 und der Induktivität 13 auf.
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Parallel zu dem Breitband- oder Tieftonlautsprecher 12 und der Induktivität
13 liegt die Kapazität 14 und parallel zu dem Breitbandlautsprecher 11 und der Induktivität
43 liegt eine Reihenschaltung eines Hochtonlautsprechers 41 und einer Kapazität
42. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die Absenkung des Breitbandlautsprechers
11 aus der Dimensionierung der Induktivität 43 im Verhältnis zur Kapazität 14. Die
Absenkung des Breitband- oder Tieftonlautsprechers 12 ergibt sich aus der Dimensionierung
der Kapazität 14 im Verhältnis zur Induktivität 13. Der aus der Kapazität 42 und
der Induktivität 43 gebildete Schwingkreis ist auf den Resonanzbereich des Hochtonlautsprechers
41 abgestimmt und senkt die über der Kapazität 42 aufgebaute Spannung am Hochtonlautsprecher
41 ab.
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Durch die beschriebenen, frequenzabhängigen partiellen Reihenschaltungen
von Lautsprechersystemen können die zur 3eschaltung der Lautsprecher verwendeten
Bauelemente doppelt genutzt werden, was sich in erheblicher Materialersparnis und
einer wesentlichen Schaltungsvereinfachung niederschlägt.
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Es sind natürlich auch weitere umfangreichere Schaltungskombinationen
dieser Art denkbar; sie lassen sich jedoch in ihrer Wirkung und Leistung immer auf
die beschriebenen Grundschaltungen zurückführen.