DE2431554C3 - Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Lautsprechersysteme sollen räumlich kompakt angeordnet sein und die HiFi-DIN-Norm 45 500 vor allem hinsichtlich der Wiedergabe tiefer Frequenzen erfüllen. Üblicherweise werden zur Vergrößerung der Membranfläche für den Baßwiedergabebereich extrem weich aufgehängte Membranen in Breitbandbzw. Tieftonlautsprechern verwendet, die über Frequenzweichen betrieben werden. Hie· Jurch werden die Membranflächen addiert und eine der Norm entsprechende Baßabstrahlung erreicht Durch Verwendung relativ kleiner Tieftonsysteme ist auch bei kleinern Gehäusevolumen der Resonanzanstieg nicht unzulässig hoch.

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.

Ferner treten in der Richtcharakteristik störende Einbrüche und Einzipfelungen auf, die bei Abstrahlung des betreffenden Frequenzbereiches (vorzugsweise 400— 1500Hz) durch nur einen Lautsprecher nicht vorhanden sind.

Der Einsatz mehrerer kleiner Breitband· bzw. Tieftonlautsprecher (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. Außerdem kann ein Lautsprecher nur bis zur Frequenz Λ/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

Zur Erreichung hochwertiger Wiedergabequalität werden daher meist mehrere Lautsprecher entsprechender Frequenzbereichszuordnung eingesetzt Durch entsprechend dimensionierte Hoch- und Tiefpässe wird jeweils nur der Bereich der Kolbenschwingungen übertragen und die Resonanzbereiche abgetrennt

Zur Vermeidung von Interferenzeinbrüchen ist es dabei bekannt, die Lautsprechersysteme über verschiedene LC-Tiefpässe parallel zu betreiben (DE-PS 22 02 364).

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß für jeden Lautspreis eher 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.

Es ist auch bekannt. Lautsprecher verschiedener Tonfrequenzbereiche in Reihe zu schalten und über den Bereich zugeordneter Frequenzweichen zu betreiben (DE-PS 7 48 718, US-PS 22 59 907; Spandöck »Technische Akustik«, Karlsruhe, 1958, Seite 110). Im besonderen zeigt die vorgenannte DE-PS 7 48 718 eine Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen, bestehend aus einer Serienschaltung aus zwei Lautsprechern verschiedenen Tonfrequenzbereichs, wobei zum Lautsprecher mit niedrigerem Frequenzbereich eine Induktivität in Serie liegt und über diese Serienschaltung aus Lautsprecher und Induktivität, deren freies Ende mit dem einen Pol des Verstärkerausgangs verbunden ist eine Kapazität parallel geschaltet ist

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung sind Frequenzweichen aus Kapazitäten und Induktivitäten vorgesehen, um die Lautsprechersysteme entsprechend der vorerwähnten Parallelschaltung zur Vermeidung von Interferenzeinbrüchen parallel zu betreiben. Hierbei ist jedoch gleichfalls ein erheblicher Material- und Schaltungsaufwand notwendig. Insbesondere können aufgrund der erforderlichen exakten Abstimmung der einzelnen Schwingkreise nur sehr hochwertige Bauelemente mit geringen Toleranzen verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Material- und Schaltungsaufwand wesentlich verringert werden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gelöst, daß der andere Pol des Verstärkerausganges direkt und ausschließlich mil dem freien Ende des Lautsprechers mit höherem Frequenzbereich verbunden ist.

Durch diese Maßnahme wird der Vorteil einer wesentlichen Vereinfachung der Schaltung und einer Materialersparnis erreicht Zusätzlich zu der Vereinfachung der Schaltung durch die partielle frequenzabhängige Reihenschaltung von mehreren Lautsprechersystemen werden in überraschender Weise weitere Vorteile erzielt. Bei dieser Reihenschaltung addieren sich bis zu einem durch das LC-Glied eingestellten Frequenzbereich die beiden Membranflächen der in einem Gehäuse eingebauten Lautsprechersysteme (Baßwiedergabe). In diesem Frequenzbereich ist zwar die Schallfläche verhältnismäßig groß, jedoch ist auch die die Tonfre-

quenzquelle belastende Impedanz entsprechend hoch.

Oberhalb des durch das LC-GIied bestimmten Frequenzbereichs stellt sich mit steigender Frequenz ein fallender Gesamtimpedanzverlauf der Anordnung ein, der etwa dein Verlauf der spektralen Energiedichte in der Amplitudenstatistik von Musik- und Sprachinformationen entspricht; gleichzeitig wird der übrige Tonfrequenzbereich von nur einem der Lautsprechersysteme übernommen, d. h. der Schallanick des anderen Systems wird abgesenkt (Im.erferenzbildung). Durch die fallende Impedanz in diesem Frequenzbereich steigt jedoch das Leistungsbedürfnis der Anordnung an dem Tonverstärker an, d. h. die der Anordnung zugeführte und auch abgestrahlte Schalleistung wächst entsprechend an. Auf diese Weise wird ein Absinken des Schalldruckes vermieden und eine besonders gleichmäßige, lineare Schalldruckverteilung über der Frequenz erreicht. Es wird dadurch einmal eine ausreichende kräftige Baßwiedergabe erzeugt und zum anderen eine Interferenzbildung durch Abstrahlung gleicher Frequenzen von beiden Systemen ausgeschaltet

Bei einer Parallelschaltung von Lautsprechern ist es jedoch nicht möglich, den Gesamtimpedanzver'.iuf der Anordnung im Bereich der Obergangsfrequenz, in dem die Schallabstrahlung von dem einen Lautsprecher auf den anderen übergeht, entsprechend dem vorstehenden zu ändern.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren besteht, deren Verbindungspunkt mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung aus Lautsprecher und Induktivität verbunden ist

Durch verschiedene Dimensionierung der beiden Kapazitäten ist eine Absenkung störender Schalldrucküberhöhungen im ersten Breitbandlautsprecher möglich. Gleichzeitig wird über die eine Kapazität der erste Breitbandlautsprecher in Reihe mit der anderen Kapazität gekoppelt, um den restlichen Frequenzbereich übertragen zu können.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 einen Breitbandlautsprecher in Verbindung mit einem weiteren Breitband- oder Tieftonlautsprecher in einer Schaltungsanordnung gemäß ώ'.τ Erfindung,

Fig.2 einen Breitbandlautsprecher in Verbindung mit einem weiteren Breitband- oder Tieftonlautsprecher in einer weiteren Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

In F i g. I ist eine Schaltungsanordnung 10 gemäß der Erfindung dsrgestellt, bei welcher eine Reihenschaltung aus einem erten Breitbandlautsprecher 11, einem zweiten Breitband- oder Tieftonlautsprecher 12 und einer Induktivität 13 an Klemmen 15,16 angeschlossen ist, an denen die Tonfrequenzspannung ζ. Β. eines Verstärkers anliegt. Parallel zu dem zweiten Breitbandoder 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.

Im Tieftonbereich ergibt sich somit entsprechend der DE-OS 22 02 364 eine Addition der Membranflächen, die aber mit zunehmender Frequenz und abnehmendem

ίο Hub der Systeme nicht mehr erforderlich und ebenfalls nicht mehr wünschenswert ist Durch die abnehmende Wellenlänge der abgestrahlten Frequenz ergeben sich unerwünschte Kopplungen und Interferenzen, die in der Richtcharakteristik der Anordnung mehr oder weniger starke Schalldruckeinbrüche verursachen. Wie erwähnt, arbeiten kleine Lautsprechersysteme in höherem Frequenzbereich, bedingt durch die geringe Masse der Schwingeinheit impulsgetreuer, so daß sich damit ein insgesamt durchsichtigeres Klangbild, das von dem Frequenzbereich zwischen 400—2000 Hz bestimmt wird, ergibt

Wie erwähnt wird bei der Reihenschaltung nach der Erfindung das Absinken des Gesamtschaildruckes durch Absenken eines Systems, bestimmt durch die Werte des sich ergebenden Tiefpasses, durch das Absinken des Anschlußwertes bzw. der Impedanz der gesamten Kombination, infolge des höheren Leistungsbedarfes, wieder ausgeglichen. Dies ist z. B. bei dem Gegenstand der DE-OS 22 02 364 nicht der Fall.

Der von niedrigen zu höheren Frequenzen hin fallende Impedanzverlauf der Anordnung hat den Vorteil, daß für einen bestimmten Schalldruck erforderliche Leistung in Abhängigkeit der spektralen Energiedichte nach d«r Norm DIN 45 000 geringer ist als bei konventionellen Schaltungsanordnungen. Die größte Energiedichte liegt bei 160Hz und nimmt zu höheren Frequenzen je nach Informationsgehalt ab. Das heißt, daß die Belastungsfähigkeit bezogen auf die Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung, in Abhängigkeit vom Impedanzverlauf zunimmt. Abgesehen davon ergeben sich die beschriebenen bekannten Vorteile.

Eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in F i g. 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 Aasführungsform ermöglicht durch verschiedene Dimensionierung der Kapazität 24 die Absenkung störender Schalldrucküberhöhungen des Br.-iibunülautsprechers 21. Gleichzeitig wird über die Kapazität 24 der Breitbandlautsprecher 21 in Reihe mit der Kapazität 25 gekoppelt, wie in Ausführungsbeispiel I beschrieben, um den restlichen Frequenzbereich übertragen zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Lautsprecherkombinationen, bestehend aus einer Serienschaltung aus zwei Lautsprechern verschiedenen Tonfrequenzbereichs, wobei zum Lautsprecher mit niedrigerem Frequenzbereich eine Induktivität in Serie liegt und über diese Serienschaltung aus Lautsprecher und Induktivität, deren Freies Ende mit dem einen Pol des Verstärkerausgangs verbunden ist, eine Kapazität parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Pol (15) des Verstärkerausganges direkt und ausschließlich mit dem freien Ende des Lautsprechers (11,21) mit höherem Frequenzbereich verbunden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (14) aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren (24, 25) besteht, deren Verbindungspunkt mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung aus Lautsprecher (22) uird Induktivität (£S) verbunden ist