DE2538073A1

DE2538073A1 - Drive circuit for loudspeaker - has feedback dependent on difference between membrane movement and input signal

Info

Publication number: DE2538073A1
Application number: DE19752538073
Authority: DE
Inventors: Gert Ing Grad Puetz
Original assignee: ELEKTROAKUSTISCHE GERAETE H HI
Current assignee: ELEKTROAKUSTISCHE GERAETE H HI
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1977-03-10

Abstract

The drive circuit, for a loudspeaker, has a sensor detecting the actual acceleration experienced by the membrane and passing a signal proportional to this acceleration to a comparator (8). The comparator compares it with the loudspeaker (2) input signal to produce a difference signal. The difference signal is applied to the input of a PID regulator (10) whose output is coupled back into the loudspeaker input circuit. The advantage of the circuit lies in its not just using a feeback signal dependent on membrane acceleration but one that compensates for the difference between membrane movement and input signal.

Description

Anordnung zum Betrieb von Schall sendern, insbesondere elektrodynamischen Lautsprechern. Arrangement for the operation of sound transmitters, in particular electrodynamic Speakers.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb von Schallsendern, insbesondere elektrodynamischen Lautsprechern, bei der ein aus der Bewegung der Membran gewonnenes Signal in den Eingangskreis rückgekoppelt wird.The invention relates to an arrangement for operating sound transmitters, in particular electrodynamic loudspeakers, in which one from the movement of the Membrane obtained signal is fed back into the input circuit.

Die Übertragungseigenschaften elektrodynamischer Lautsprecher werden schon seit langer Zeit als unbefriedigend empfunden und es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Übertragungseigen schaften zu verbessern. Insbesondere wurde versucht, die Übertragungseigenschaften durch eine elektrische Gegenkopplung zu verbessern, wobei die Gegenkopplung von der Amplitude' der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung der Membran abhängig war. Diese Versuche führten jedoch nicht zu einem befriedigenden Ergebnis. Zur Verbesserung einer solchen Gegenkopplungsanordnung ist es bekannt, den Ist-Wert-Fühler so auszubilden, daß die mit seiner Hilfe abgeleitete elektrische Spannung proportional zum Flächenintegral der Membranauslenkung über die gesamte Membranfläche ist. Auch damit wurde noch kein befriedigendes Ergebnis erzielt.The transmission properties of electrodynamic loudspeakers are Has been considered unsatisfactory for a long time and it has not tried there is a lack of improvement in the transmission properties. In particular, it was attempted to improve the transmission properties by means of an electrical negative feedback, where the negative feedback from the amplitude 'of the speed or the acceleration the membrane was dependent. However, these attempts have not resulted in a satisfactory one Result. To improve such a negative feedback arrangement, it is known to train the actual value sensor so that the electrical Voltage proportional to the area integral of the membrane deflection over the entire Membrane area is. Even with this, no satisfactory result has yet been achieved.

Die Erfindung geht davon aus, daß das in den Eingangskreis des Schall senders einzubringende zusätzliche Signal nicht nur, wie an sich bekannt, von der Beschleunigung der Membran abhängig sein muß, sondern darüber hinaus ein Differenzsignal sein soll, das den Unterschied zwischen der tatsächlichen Bewegung der Lautsprechermembran und dem Eingangswert des Schall senders ausgleicht. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung durch einen Ist-Wert-Fühler, der am Schall sender angeordnet ist, ein der Beschleunigung der Membran proportionaX les Signal erzeugt. Dieses Signal wird an einer Vergleichsstelle mit dem Eingangswert des Schallsenders verglichen und ein Differenzsignal gebildet. Dieses Differenzsignal wird dem Eingang eines PID-Reglers zugeführt und das aufbereitete Signal in den Eingangskreis des Schall senders rückgekoppelt.The invention assumes that this is in the input circuit of the sound Additional signal to be introduced not only from the transmitter, as is known per se Acceleration of the membrane must be dependent, but also a difference signal is supposed to be the difference between the actual movement of the speaker cone and the input value of the sound transmitter. For this purpose, according to the Invention by an actual value sensor, which is arranged on the sound transmitter, a the acceleration of the membrane generates a proportional signal. This signal will compared at a reference junction with the input value of the sound transmitter and a difference signal is formed. This difference signal is sent to the input of a PID controller and the processed signal is fed back into the input circuit of the sound transmitter.

Der Ist-Wert-Fühler kann eine Vorrichtung sein, die direkt ein der Beschleunigung der Membran proportionales Signal erzeugt. Es kann aber als Ist-Wert-Fühler auch eine Vorrichtung verwendet werden, die ein Signal erzeugt, das der Abweichung der Lage der Membran von der Null-Lage entspricht und dieses Signal wird,um das/Beschleunigung der derMembran proportionale Signal zu gewinnen, einem Doppeldifferenzierer zugeleitet.The actual value sensor can be a device that is directly connected to the Acceleration of the diaphragm generates proportional signal. But it can be used as an actual value sensor a device can also be used which generates a signal indicative of the deviation the position of the diaphragm corresponds to the zero position and this signal is used to control the / acceleration To obtain the signal proportional to the membrane, fed to a double differentiator.

Das am Ausgang des Doppeldifferenzierers erhaltene zweimal differenzierte Signal, das somit der Beschleunigung der Membran propotional ist, wird dann mit dem Eingangswert des Schallsenders verglichen und das Differenzsignal gebildet.The twice differentiated obtained at the output of the double differentiator Signal, which is proportional to the acceleration of the membrane, is then with compared to the input value of the sound transmitter and formed the difference signal.

Als Ist-Wert-Fühler kann auch eine Vorrichtung verwendet werden die ein der Geschwindigkeit der Membran entsprechendes Signal erzeugt und dieses Signal wird einem Differenzierer zugeleitet. Das am Ausgang erhaltene einmal differenzierte Signal ist wieder der Beschleunigung der Membran proportional und wird mit dem Eingangswert des Schallsenders verglichen.A device can also be used as the actual value sensor a signal corresponding to the speed of the membrane is generated and this signal is sent to a differentiator. The one received at the exit differentiated Signal is again proportional to the acceleration of the membrane and is based on the input value of the sound transmitter compared.

Als Ist-Wert-Fühler, der ein der Abweichung der Lage der Membran von der Null-Läge entspreches Signal erzeugt, kann in an sich bekannter Weise eine in geringem Abstand von der elektrisch leitend gemachten Membran angeordnete Kondensatorplatte dienen. Wird an dem durch diese Platte und die Membran gebildeten Kondensator über einen hochohmigen Widerstand eine Spannung angelegt, so bleibt bei der durch die Bewegungen der Membran bewirkten Kapazitätsänderung des Kondensators' dessen Ladung konstant und die Spannungsänderung ist der Auslenkung bzw. der Amplitude der Membranschwingungen proportional,i Damit die Empfindlichkeit unabhängig von der Frequenz ist, muß der Widerstand, über den der Kondensator aufgeladen wird, so groß sein, daß die Zeitkonstante für alle vorkommenden Frequenzen groß istX im Vergleich zur Periodendauer. Der Kond sator kann in an sich bekannter Weise auch durch ein der Membran gegenüberstehendes Gitter gebildet werden. In diesem Fall ist das erhaltene Signal proportional dem Flächenintegral der Membranauslenkung über die Membranfläche. Es genügt aber, als Kondensatorbelegung nur einen Teil der Membranfläche zu verwenden, insbesondere wenn nach der Konstruktion des Schallsenders davon ausgegangen werden kann, daß die Membran kolbenartig als Ganzes schwingt und nicht in sich Schwingungen ausführt.As an actual value sensor, which shows the deviation of the position of the membrane from generates a signal corresponding to the zero position in itself known Way one arranged at a short distance from the membrane made electrically conductive Serve capacitor plate. Is attached to the one formed by this plate and the membrane A voltage is applied to the capacitor through a high-resistance resistor, so it remains with the change in capacitance of the capacitor caused by the movements of the membrane whose charge is constant and the change in voltage is the deflection or the amplitude the membrane vibrations proportional, i So that the sensitivity is independent of the frequency, the resistor through which the capacitor is charged must be so large that the time constant for all frequencies occurring is large X im Comparison to the period. The condenser can also be used in a manner known per se be formed by a grid opposite the membrane. In this case the signal obtained is proportional to the area integral of the membrane deflection across the membrane surface. It is sufficient, however, to occupy only part of the capacitors Membrane surface to be used, especially if after the construction of the sound transmitter It can be assumed that the membrane oscillates and piston-like as a whole does not carry out vibrations in itself.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die ein von der Geschwindig-j keit bzw. der Schnelle der Membran abhängiges Signal liefern.There are also devices known that a speed-j speed or the speed of the membrane deliver a dependent signal.

Solche Vorrichtungen, die beispielsweise auf der Induktion einer Spannung in einer Spule beruhen, sind bekannt. In diesem Fall ist, um ein der Beschleunigung der Membran proportionales Signal zu erhalten, nur eine einmalige Differenzierung erforderlich und das Ausgangssignal der Differenziervorrichtung kann wieder mit dem Eingangswert des Schallsenders verglichen werden.Such devices, for example, based on the induction of a voltage based in a coil are known. In this case it is in order to speed up one to obtain a signal proportional to the membrane, only a one-time differentiation required and the output signal of the differentiating device can again with compared to the input value of the sound transmitter.

Das so gewonnene Differenzsignal ist jedoch noch nicht ohne weiteres zur Rückkopplung in den Schallsender geeignet. Gemäß der Erfindung wird das erhaltene Differenzsignal in einem PID-tegler (proportional integral wirkender Regler mit Vorhalt) aufbereitet. Durch die Zwischengschaltung des PID-Reglers wird im Gegensatz zu der bekannten starren Rückkopplung erreicht, daß die auftretende Regelabweichung schneller ausgeregelt wird.However, the difference signal obtained in this way is not yet straightforward suitable for feedback into the sound transmitter. According to the invention this is obtained Difference signal in a PID controller (proportional, integral controller with Lead) processed. Through the interconnection of the PID controller in the In contrast to the known rigid feedback, that achieves the system deviation that occurs is settled faster.

Dabei bewirkt der Integralanteil ein Aufsummieren der AuEgangsgroßen spannung bei/Regel abweichungen und damit eine Verkürzung der Einstellzeit des Regelkreises. Mit dem Differenzialanteil des PID-Reglers wird eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Regelstrecke bewirkt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Regelstrecke, d.h. hier der elektrodynamische Schall sender, mit Verzögerung auf die Eingangsgröße anspricht.The integral component adds up the output variables voltage in the event of / control deviations and thus a reduction in the response time of the control circuit. The differential component of the PID controller improves the dynamic Behavior of the controlled system. This is due to the fact that the controlled system, i.e. here the electrodynamic sound transmitter, with a delay to the input variable appeals to.

Bei einem PID-Regler wird die Stellgröße zugunsten eines raschen Eingreifens und damit einer Verringerung der Ansprechzeit zu Beginn stark überhöht, fällt aber dann entsprechend der Auslegung des D-Anteils auf den Proportionalanteil des Reglers zurück.In the case of a PID controller, the manipulated variable is in favor of rapid intervention and thus a reduction in the response time at the beginning greatly exaggerated, but falls then according to the design of the D component on the proportional component of the controller return.

Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung.Fig. 1 shows an embodiment of the subject in a block diagram the invention.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ebenfalls im Blockschaltbild Ausführungsbeispiele für den PID-Regler.FIGS. 2 and 3 also show exemplary embodiments in a block diagram for the PID controller.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird das Eingangssignal Z über einen Leistungsverstärker 1 dem elektrodynamischen Lautsprecher 2 zugeführt und dadurch dessen Membran in entsprechende Schwingungen versetzt. Die Lautsprechermembran bildet zusammen mit einer Kondensatorplatte 3 einen Kondensator, wobei die Platte 3 entweder wie dargestellt nur einem Teil der Membran gegenübersteht und mit diesem einen Kondensator bildet, oder insbesondere um eine größere Kondensatorkapazität zu erreichen, auch als Netz der gesamten Membran gegenüberstehen kann. Dieser Kondensator wird von einer konstanten Gleichspannungsquelle 4 über einen hochohmigen Widerstand 5 auf eine bestimmte Ladungsstärke aufgeladen. Durch die Schwingungen der Membran des Lautsprechers 2 ändert sich die Kapazität des Kondensators und es entstehen Spannungsschwankungen, deren Frequenz und Amplitude den Bewegungen der Lautsprechermembran entspricht, d.h. diese Spannungsschwankungen sind ein Signal, das den Lageänderungen der Membran entspricht. Dieses Signal X wird über einen Umformer und Meßverstärker 6 dem Doppeldifferenzierer 7 zugeführt, so daß am Ausgang dieses Differen-.@ zierers ein Signal t zur Verfügung steht, das der zweiten Ableitung des Signals X entspricht und somit der Beschleunigung der Membran proportional ist. Dieses Signal X wird bei 8 mit einem Signal Z' verglichen, das von dem Eingangs signal Z beispielsweise über ein Potentiometer 9 abgeleitet und somit dem Signal Z proportional ist. Auf diese Weise wird ein Differenzsignal Xw gebildet, und dieses Signal X wird in w w dem PID-Regler 10 aufbereitet zu einem Signal Y, das bei 11 in den Eingang des Verstärkers 1 rückgekoppelt wird. Auf diese Weise wird dem Signal Z zusätzlich elektrische Energie zugeführt, die im Lautsprecher 2 wieder in Bewegungsenergie der Membran und damit in als Schall abgestrahlte Leistung verwandelt wird und diese zusätzliche Leistung entsnricht dem Eneraie Differ'nzbetrag um den sich die tatsächliche der Schanlwzllen der Membran ohne diese Rückkopplung von der in den Schall sender eingebrachten elektrischen Energie unterscheidet.In the arrangement according to FIG. 1, the input signal Z is fed to the electrodynamic loudspeaker 2 via a power amplifier 1 and its membrane is thereby caused to vibrate accordingly. The loudspeaker diaphragm together with a capacitor plate 3 forms a capacitor, the plate 3 either facing only part of the diaphragm as shown and forming a capacitor with it, or, in particular, in order to achieve a greater capacitor capacity, it can also face the entire diaphragm as a network. This capacitor is charged by a constant DC voltage source 4 via a high-ohmic resistor 5 to a specific charge level. The vibrations of the diaphragm of the loudspeaker 2 change the capacitance of the capacitor and voltage fluctuations occur, the frequency and amplitude of which correspond to the movements of the loudspeaker diaphragm, ie these voltage fluctuations are a signal that corresponds to the changes in position of the diaphragm. This signal X is fed to the double differentiator 7 via a converter and measuring amplifier 6, so that at the output of this differentiator a signal t is available which corresponds to the second derivative of the signal X and is therefore proportional to the acceleration of the membrane. This signal X is compared at 8 with a signal Z 'which is derived from the input signal Z, for example via a potentiometer 9, and is thus proportional to the signal Z. In this way, a difference signal Xw is formed, and this signal X is processed in w w in the PID controller 10 to form a signal Y which is fed back to the input of the amplifier 1 at 11. In this way, the signal Z is additionally supplied with electrical energy, which is converted again in the loudspeaker 2 into kinetic energy of the membrane and thus into power emitted as sound, and this additional power corresponds to the difference in energy by which the actual one the Schanlwzllen of the membrane without this feedback differs from the electrical energy introduced into the sound transmitter.

Abbildung 2 zeigt im Blockschaltbild einen Regler mit PID-Verhalten mit verzögerter und nachgebender Rückführung.Figure 2 shows a block diagram of a controller with PID behavior with delayed and yielding return.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reglers mit PID-Verhalten mit zwei Verzögerungsgliedern mit unterschiedlicher Charakteristik als Rückführung. Grundsätzlich kann jeder bekannte PID-Regler verwendet werden. Bei diesen bekannten PID-Reglern sind in der Regel die drei Opferationen einzeln regelbar, so daß der PID-Regler sich auf die günstigste Wirkung einstellen läßt.3 shows a further exemplary embodiment of a controller with PID behavior with two delay elements with different characteristics as feedback. In principle, any known PID controller can be used. With these well-known PID controllers are usually the three sacrificial stations individually adjustable, so that the PID controller can be adjusted to the most favorable effect.

PatentansprücheClaims

Claims

Claims 1. An arrangement for operating sound transmitters, in particular electro dynamic loudspeakers in which a Signal is fed back into the input circuit, characterized in that a Actual value sensor an FJ signal proportional to the acceleration of the membrane (X) generated, this signal at a comparison point (8) with the input signal (Z) the sound transmitter (2) is compared and a difference signal (Xw) is formed, this Difference signal fed to the input of a PID controller (10) and the processed Signal (Y) is fed back in the input circuit of the sound transmitter.

2. Arrangement for the operation of sound transmitters according to claim 1, characterized characterized in that the actual value sensor generates a signal that the deviation of the Position of the membrane from the zero position corresponds to this signal a double differentiator (7) and the twice differentiated signal (x) with the input signal (Z) of the sound transmitter is compared.

3. Arrangement for the operation of sound transmitters according to claim 1, characterized characterized in that the actual value sensor generates a signal that corresponds to the speed corresponds to the membrane, this signal is fed to a differentiator and that once differential signal (X) compared with the input signal (Z) of the sound transmitter will.