DE2507436C3 - Vorrichtung zur Gegenkopplung der Bewegung von Lautsprechermembranen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gegenkopplung der Bewegung von Lautsprechermembranen.

Hochwertige Lautsprecher besitzen in der Regel einen gleichmäßigen Frequenzgang und einen großen Frequenzumfang. Der Frequenzumfang erstreckt sich dabei von ca. 40 Hz bis zu 20 Hz und wird nicht von einem Einzellautsprecher, sondern von Hoch-, Mittel- und Tieftonlautsprechern wiedergegeben.

Die Erweiterung des Frequenzgangs eines Lautsprechers nach unten kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß das Steuersignal im unteren Frequenzbereich mit elektronischen Mitteln angehoben wird. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Steuerungen in der Eigenresonanz oder Dämpfung einzelner Lautsprecher nicht berücksichtigt werden.

Den vorgenannten Nachteil vermeidet das Verfahren der Bewegungsgegenkopplung (Motional Feedback = MFB), bei dem eine Vorrichtung zum Registrieren der Bewegung der Lautsprecher-Membran verwendet wird. Ein solches Verfahren ist bereits in der Zeitschrift »Philips Technische Rundschau«, 29. Jahrgang, Seite 178 ff., beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Beschleunigungsaufnehmer benutzt, dessen Hauptbestandteil eine Scheibe piezoelektrischen Materials ist, das auf der einen Seite am Körper der Lautsprecherspule befestigt ist. Wird diese Scheibe in Schwingungen versetzt, so werden darin Trägheitskräfte wirksam, wodurch zwischen den beiden Flächen der Scheibe eine Spannung entsteht, die ein Maß für die Beschleunigung des Spulenkörpers ist. Allerdings ist es bei piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern schwierig, die Masse klein zu halten, die Impedanz nicht zu groß werden zu lassen bzw. die Induktion von Störspannungen zu vermeiden.

Es ist ferner eine Gegenkopplung für elektroakustische Wandler als Schallsender bekannt, bei der ein Doppelintegral der Membrangeschwindigkeit über der Membranfläche auf den schallsenderbeireibenden Verstärker gegengekoppelt wird (DE-OS 21 17 847). Dabei ist ein kapazitiver Distanz- oder Amplitudenaufnehmer vorgesehen, der mindestens eine unbewegliche Elektrode hat. |ede Lage, die von einer bestimmten Ruhelage abweicht, wird von diesem Aufnehmer als Spannungswert registriert, und zwar auch dann, wenn keine Bewegung der Membran erfolgt

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

einerseits die Nachteile der piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer zu vermeiden und andererseits im Gegensatz zu den kapazitiven Amplitudenaufnehmern erst dann ein Nutzsignal zu erzeugen, wenn sich die Membrangeschwindigkeit ändert.

Diese Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch

ίο gelöst, daß zum Registrieren der Membranbewegung ein kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen ist

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird als kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer ein Zylinderkondensator verwendet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Zylinderkcndensator zwei zylindrische, radial und axial gegeneinander verschiebbare Elektroden aufweist, die in axialer Richtung mittels eines zusammendrückbaren und dehnbaren Körpers verbunden sind.

Mit der vorliegenden Erfindung läßt sich der Klirrfaktor wesentlich — etwa zwischen 6 und 1OdB — vermindern. Außerdem werden auch Übertragungsfehier, wie dis Verfälschung der Wiedergabe von Impulsen oder Einschwingvorgängen, stark herabgesetzt. Schließlich ist die Verwendung eines Zylinderkondensators deshalb besonders vorteilhaft, weil beim Zylinderkondensator eine Abweichung von der zentrischen Anordnung der Elektroden die Kapazität nur geringfügig beeinflußt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Prinzipschaltung eines rückgekoppelten Lautsprechers,

F i g. 2 einen Gegenkopplungsverstärker mit einem Beschleunigungsaufnehmer,
Fig.3 einen Lautsprecher mit einem kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer,

F i g. 4 einen kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer. In der F i g. 1 ist ein Lautsprecher 1 gezeigt, der von einem Endverstärker 2 gespeist wird. Dieser Endverstärker 2 verstärkt ein Signal, das aus einer Steuerquelle 3 kommt. Im Rückführungszweig des Verstärkers 2 ist ein Gegenkopplungsverstärker 4 eingefügt, der die in elektrische Signale umgewandelten Schwingungen der Membran des Lautsprechers 1 verstärkt und auf den Eingang des Endverstärkers 2 gibt.

Die F i g. 2 gibt eine genauere Darstellung des Rückkopplungszweiges, angefangen von dem Beschleunigungsaufnehmer im Lautsprecher t bis zum Eingang des Endverstärkers 2.

Der Beschleunigungsaufnehmer 5 besteht im wesentliehen aus einem variablen Kondensator 6, einem Feldeffekttransistor 7 und zwei Widerständen 8, 9. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 7 ist hierbei einerseits mit der ersten Potentialfläche des Kondensators 6 und andererseits mit dem Widerstand 8 verbunden, der mit seinem anderen Ende an Masse liegt. Der Abfluß des Feldeffekttransistors 7 ist sowohl an die zweite Potentialfläche des Kondensators 6 als auch an den Gegenkopplungsverstärker 4 angeschlossen, während die Quelle des Feldeffekttransistors 7 mit dem Widerstand 9 verbunden is:, dessen anderes Ende an Masse liegt.

Der Gegenkopplungsverstärker 4 enthält einen Transistor 10, dessen Emitter an die Widerstände 11,12

angeschlossen ist, von denen der Widerstand 11 mittelbar über einen weiteren Widerstand 13 mit der basis des Transistors 10 und unmittelbar mit dem Pluspotential 14 einer Spannungsquelle verbunden ist Der Kollektor des Transistors 10 ist an einen an Masse s liegenden Widerstand 15 und einem Widerstand 16 angeschlossen, der über einem weiteren Widerstand 17 zum Endverstärker 2 führt. An die Verbindungsleitung zwischen den beiden Widerständen ist noch ein Kondensator 18 angeschlossen, der ebenso wit ein mit dem Widerstand 12 verbundener Kondensator 19 an Masse liegt. Die bereits in F i g. 1 gezeigte Steuerquelle 3 führt über einen Widerstand 20 ebenfalls zum Endverstärker 2.

Das Kernstück des Beschleunigungsaufnehmers 5 ist der variable Kondensator 6, der einen hohen Ausgangswiderstand aufweist Deshalb ist als Ausgangsstufe der Feldeffekttransistor 7 erforderlich. Dieser Feldeffekttransistor 7 muß zur Vermeidung von Bruminspannungen und von Teilungen der Nutzspannung durch die Kapazität einer längeren Leitung direkt neben dem Kondensator 6 angeordnet sein, denn die vom Kondensator 6 abgegebene Leistung ist relativ klein, so daß lange Zuleitungen störend wären. Da der Beschleunigungsaufnehmer selbst nur etwa 5 pF hat, wäre bei einer Lastkapazität von 5 pF am Eingang des Feldeffekttransistors bereits nur noch die ^albe Spannung vorhanden. Um mit zwei Zuleitungen auszukommen, ist der Kondensator 6 nicht mit dem vollen Pluspotential 14, sondern nur mit an dem Abfluß des Transistors 7 liegender Spannung polarisiert. Dadurch wird die Spannungsabgabe des Kondensators 6 verringert. Sie ist jedoch groß genug, um den nachfolgenden Gegenkopplungsverstärker mit einem genügenden Störabstand ansteuern zu können.

Die F i g. 3 zeigt einen Lautsprecher von der Seite im Schnitt, wobei die Lage des Kondensators 6 erkennbar ist. Der Lautsprecher weist einen Magneten auf, der aus dauermagnetischen Ringmaterial 21, der vorderen und der hinteren Polplatte 37, 36 sowie einem Polkern 38 besteht. Außerdem hat der Lautsprecher einen Lautsprecherkorb 22, an dem sich eine Membran 23 über bogenförmige Einspannsicken 24 abstützt. Über den inneren Teil des Eisenkerns 21 ist die Schwingspule 39 gestülpt, die einen kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer 5 bewegt und die sich zwischen Polkern 38 und Polplatte 37 frei bewegen kann. Die Schwingspule ist auf einen Papierzylinder 40 gewickelt, der hier nach außen etwas verlängert ausgeführt ist. Der schmale Rand der Membran 23 ist flexibel unterstützt durch eine Zentriermembran 25, wie sie beispielsweise in der US-PS 18 93 049 beschrieben ist. Über dem Beschleunigungsaufnehmer 5 befindet sich eine kartenförmige Abdeckung 26, die auch Staubschutzkalotte genannt wird.

Der Kondensator 6, der den Beschleunigungsaufnehmer 5 im engeren Sinne darstellt, weist zwei zylindrische Ziehteile 27, 28 aus dünnem Blech auf, die ineinander verschiebbar sind. Diese Ziehteile 27, 28, bei denen es sich um die Elektroden des Kondensators 6 handelt, sind mechanisch über einen Ring 29 miteinander gekoppelt

Dieser Ring 29 besteht aus einem elastischen Material, das auf Zug und Druck beansprucht werden kann und zu dem als Dämpfungsmittel wirkt Bisher bekannte Schaumstoffe erfüllen diese Aufgabe noch nicht hinreichend, so daß zweckmäßigerweise eine Silikonpaste verwendet wird. Der Ring kann einen rechteckförmigen Querschnitt haben, der auf beiden Seiten an drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen mit der inneren bzw. der äußeren Elektrode verbunden ist. Dabei sind — was in der Zeichnung nicht dargestellt ist — die Befestigungsstellen der beiden Seiten gegeneinander versetzt. Dies ermöglicht die Biegung der drei Teilstücke in beiden Richtungen. In diesem Fall bedingt der erforderliche Bewegungsspielraum eine Erhöhung der Befestigungspunkte auf der Fläche des Rings. Die Erhöhungen können sich aber auch an den Befestigungsstellen der beiden Elektroden im Ziehteil befinden. Dann kann der Ring ebene Flächen haben, d. h. durchgehend gleich dick sein. Die elektrischen Anschlüsse 30, 31 des Beschleunigungsaufnehmers 5 sind durch Bohrungen in der Membran 23 und dem Arm 22 nach außen geführt, so daß sie leicht den elektronischen Verstärkerelementen zugeführt werden können.

In der F i g. 4 ist der Zylinderkondensator 6 der F i g. 3 noch einmal näher dargestellt, und zwar diesmal von vorn. Man erkennt in dieser Darstellung wieder die beiden Ziehteile 27, 28 sowie die Anschlüsse 30, 31. Das Ziehteil 28 weist einige Aussparungen 32 auf, die dazu dienen, die durch die Silikonpaste bewirkte Dämpfung zu definieren. Bei einer vollständigen Füllung dieser Aussparungen 32 mit Silikonpaste sollte der richtige Dämpfungsfaktor vorhanden sein.

Was die Anschlüsse 30,31 angeht, so ist der Anschluß 31 mit dem äußeren Mantel des Zylinderkondensators — also mit dem Ziehteil 27 — verbunden, während der Anschluß 30 mit dem inneren Mantel über einen Widerstand 33 verbunden ist.

Selbst bei einer ausreichenden Dämpfung sollte indessen der Resonanzbereich des Beschleunigungsaufnehmers 5 in einem ausreichendem Abstand vom Arbeitsbereich der MFB gehalten werden, um die Gegenkopplung gegenüber Streuungen der Resonanzfrequenz oder des Dämpfungsfaktors stabil zu halten. Das System muß hochabgestimmt sein, d. h., die Resonanz muß über dem für die MFB nutzbaren Frequenzbereich liegen. Bei Tiefabstimmung arbeitet es nicht mehr als Beschleunigungsaufnehmer, sondern geht oberhalb der Resonanzfrequenz in die Funktion eines Amplitudenaufriehmers über. Da aber beim Amplitudenaufnehmer die Spannung bis zur tiefsten Frequenz proportional zur Amplitude ist, kann am tieffrequenten Bereichsende Mitkopplung auftreten, was zu vermeiden ist. Andererseits setzt eine Abstimmung auf eine zu hohe Resonanzfrequenz die Spannungsabgabe unnötig herab. Als brauchbarer Kompromiß ist deshalb eine Resonanzfrequenz von 1 bis 1,5 kHz anzusehen. Hierdurch bleibt das Gewicht der gegenüber der Membran beweglichen Elektrode relativ gering.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Gegenkopplung der Bewegung von Lautsprechermembranen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Registrieren der Membranbewegung ein kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer ein Zylinderkondensator vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkondensator zwei zylindrische, radial und axial gegeneinander verschiebbare Elektroden aufweist, die in axialer Richtung mittels eines zusammendrückbaren und dehnbaren Körpers verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Elektroden Aussparungen aufweist, die so bemessen sind, daß bei einer vollständigen Füllung mit Dämpfungspaste der richtige Dämpfungsfaktor vorhanden ist.