DE2637414C3 - AmplitudenmeBvorrichtung für die Servo-Regelung eines Lautsprechers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Amplitudenmeßvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Aus dem Stand der Technik ist es schon seit langer Zeit bekannt, die Charakteristik eines Lautsprechers durch eine von der Bewegung der Lautsprechermembran abhängige Gegenkopplung zu liniarisieren. Ziel dieser Maßnahmen ist es, eine möglichst naturgetreue Übersetzung des elektrischen Signals in das vom Lautsprecher abzugebende akustische Signal zu erreichen. Eine Wesentliche Rolle im Zusammenhang mit diesen Maßnahmen spielt die Eigenresonanzfrequenz des Lautsprechers.

Für die Durchführung der vorgenannten Maßnahme hat man als physikalische Größen die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit oder die Amplitude der Membranbewegung der Lautsprechermembran herangezogen, und unter Verwendung einer Regelschleife hat man dafür gesorgt, daß diese jeweilige physikalische Größe dem jeweiligen elektrischen Eingangssignal linear proportional ist.

Aus der US-Patentschrift 28 60 183, insbesondere aus Fig.3, ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer Siervo-Regelung eines Lautsprechers bekannt, wobei diese Vorrichtung im wesentlichen aus einem piezoelektrischen Biegewandler-Element besteht Mit dem einen Ende ist dieses Element ortsfest eingeklemmt Das andere Ende des Elements ist mechanisch im Zentrum

!5 dt - Lautsprechermembran an diese angekoppelt, so daß dieses Ende Bewegungen ausführt, die der Bewegung der Lautsprechermembran entsprechen. Das Biegevt-andler-EIement gibt aufgrund seiner piezoelekti ischen Eigenschaft ein elektrisches Signal ab, das der Servo-Regelung zugeführt wird. Wie ersichtlich, spricht dieses Biegewandler-Element mechanisch auf die Amplitude der Lautsprechermembran an. Wie weiter erkennbar, geht von dem Biegewandler-Element eine negative Beeinflussung der Schallabstrahlung der Lautsprechermembran aus. Ein weiteres Problem tritt bei der bekannten Anordnung auf, wenn die Lautsprechermembran groJe Amplituden ausführt. Andere entsprechende Einrichtungen sind aus der US-Patentschrift 30 09 991 bekannt, die dort (Spalte 3, Zeilen 30 bis

34) bereits als unzulänglich bezeichnet sind.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei noch auf die deutschen Offenlegungsschriften 24 00 584 und 21 41 141 hingewiesen, in der erstgenannten Druckschrift ist ein kapazitives Gegenkopplungsverfahren für Membranlautsprecher beschrieben, bei dem als Meßvorrichtung für die Aufnahme der betreffenden Meßgröße des Lautsprechers eine solche kapazitiv arbeitende Vorrichtung verwendet wird, deren Kapazitätsänderung proportional der Amplitude der Lautsprechermembran ist. Ausgewertet wird jedoch bei diesem Verfahren die Geschwindigkeitsgröße der Membran. Unabhängig davon hat die hier verwendete Vorrichtung den Nachteil, daß sie eine Veränderung am Lautsprecherchassis erforderlich macht. Nicht unerwähnt bleiben sollte noch, daß die Amplitudenabhängigkeit der kapazitiven Meßvorrichtung reziprok ist, was insbesondere bei tiefen Frequenzen, d. h. bei großer Amplitudenaussteuerung dazu führt, daß ein großer Bereich dieser nicht linearen Abhängigkeit zwangsläufig erfaßt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 41 141 und aus der US-Patentschrift 3009 991 (Fig. 1) geht eine Schaltungsanordnung zur Gegenkopplung eines Lautsprechers hervor, bei der ein Mikrofon verwendet wird, das in Abstrahlrichtung des Lautsprechers vor diesem angeordnet ist und das eine Messung des akustischen Schalldruckes durchführt. Abgesehen davon, daß eine solche Ausführung konstruktiv Schwierigkeiten bereitem kann und von ihr außerdem auch der Störschall aus dem Raum aufgenommen wird, ist zu bemerken, daß diese Anordnung nicht die Amplitude der Membran, sondern über den Schalldruck nur deren Beschleunigung mißt Aus dem Beschleunigungswert auf den Amplitudcnwert zu schließen, ist aber insoweit problematisch,

als die Integrationskonstanten nicht Vorliegen. Das in dor US-Patentschrift angegebene Mikrofon ist gegen Körperschallübertragung isoliert angebracht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

Amplitudenmeßvorrichtung für die Siirvo-Regelung eines Lautsprechers mit an sich bekanntem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse anzugeben, die besonders geeignet ist, auch große Amplituden der Lautsprechermembran linear auszuwerten und die keine konstruktiven Abänderungen am Lautsprecherchassis erforderlich macht. Insbesondere soll diese Amplitudenmeßvorrichtung auch für nachträglichen Anbau an einem vorhandenen Lautsprecher geeignet sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Amplitudenmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß so gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist insbesondere bd Hochleistungslautsprechern anzuwenden. Sie ist besonders geeignet, den ganzen Amplitudenspielraum und dabei insbesondere die Bereiche tiefer und unterhalb der Lautsprechereigenresonanz liegender Frequenzen zu erfassen, ohne daß wesentliche Phasendrehup.gen zu berücksichtigen wären.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil hasiert darauf, daß die Amplitude eint r Lautsprechermembran, die auf einer Seite von einem abgeschlossenen Volumen begrenzt ist, unmittelbar auf den im abgeschlossenen, aber veränderlichen Volumen herrschenden Druck einwirkt.

Für eine mit der Erfindung zu benutzende Elektronik für die Servo-Regelung eignen sich an sich bekannte Schaltungen, wie sie z. B. in der schon genannten US-Patentschrift 28 60 183 in Fig. 1 dargestellt und beschrieben sind. Auch die als Druckwandler verwendbaren Druckmeßdosen sind an sich bekannt

Nachfolgend wird ein Bemessungsbeispiel für die Erfindung angegeben. Für einen Lautsprecher mit einem Korbdurchmesser von 130 mm und einem Gehäuse mit einem Nettovolumen von 2,5 I eignet sich eine Druckmeßdose, die eine Biegeplatte mit 30 mm Durchmesser ..nd 0,2 mm Dicke 0,5— lmal der sich eine an diese angeklebte piezokeramische Platte mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Dicke von 0,15 mm befindet. Für das von dieser Biegeplatte und dem Gehäuse der Druckdose abgeschlossene Eigenvolumen ist ein solches mit wenigstens einem Kubikzentimeter ausreichend. Die gleich groß bemessene Druckdose läßt sich aber auch für einen Lautsprecher mit größeren Abmessungen verwenden, wobei jedoch das im Betrieb auftretende Kompressionsverhältnis gleich groß wie dasjenige sein soll, das bei dem voranstehend bemessenen Lautsprecher auftritt. Dieses Kompressionsmaß beträgt größi/nordnungsmäßig bis 1 pond/cm² und ist eine in der Praxis gängige Größe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Amplituderrneßs orrichtung.

F i g. 2 zeigt eine in der Meßvorrichtung zu verwendende Druckmeßdose.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Amplitudenmeßvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Lautsprecherbox bezeichnet, die ein Gehäuse 5 hat, in dessen Wand der Lautsprecher 3 eingebaut ist. Dieser mit 3 bezeichnete Lautsprecher wird in der Praxis auch als Lautsprecherchassis bezeichnet. Dieser Lautsprecher bzw, das Lautsprecherchassis 3 hat eine LautLf/iechermembran 31, die in bekannter Weise zu Membranbewegungen elektrisch

angeregt wird. Die Wand des Gehäuses und die Lautsprechermembran 31 schließen das innere des Gehäuses 5 gegen den Außenraum luftdicht ab, so daß bei Bewegungen der Lautsprechermembran 31 Kompressionen im Luftvolumen innerhalb des Gehäuses 5 auftreten. Wenigstens im Regelfall weist das Lautsprecherchassis 3 derartige öffnungen auf, daß der Luftraum unmittelbar hinter der Lautsprechermembran 31 direkt mit dem übrigen Gehäuseinnenvolumen pneumatisch in Verbindung ist.

Mit 7 ist ein Druckwandler bezeichnet, der u. a. ein piezoelektrisch wirksames Biegewandler-Element 9 hat Mit 91 sind elektrische Anschlußleitungen bezeichnet, mit denen ein elektrisches Signal von den Elektroden des Biegewandler-Elements 9 abgenommen werden kann. Mit ί5 sind Federn bezeichnet, mit denen der Druckwandler 7 derart im Innern ües Gehäuses 5 mechanisch gehalten ist, daß auf diesen Druckwandler nach Möglichkeit kein Körperschall, ausgehend vom Gehäuse 5, übertragen wird. Mit der .in Pfeilspitzen versehenen Linie U soil die wichtigi. pneumatische Kopplung zwischen der Lautsprechermembran 31 und dem Biegewandler-Element 9 des Druckwandlers 7 kenntlich gemacht sein.

Mit 113 sind elektrische Eingangsanschlüsse für den Lautsprecher bezeichnet. Zwischen diese Anschlüsse 113 und die Anschlußleitungen 91 des Druckwandlers ist eine elektronische Schaltung (hier nicht dargestellt) einzufügen.

In F i g. 2 ist in vergrößerter Darstellung eine als Druckwandler 7 verwendete Druckdose 21 dargestellt Diese hat eine piezoelektrisch wirksame Wandlermembran 22, die hier z. B. aus einer nich! piezoelektrisch wirksamen Platte 221. insbesondere einer Aluniiniumplatte, und einer piezokeramischen Platte 222 besteht Mit 223 und 224 ist jeweils eine Elektrode bezeichnet, an die die elektrischen Anschlußleitungen 91 angeschlossen sind. Die piezokeramische Platte 222 hat Recht xkform mit einer Diagonalabmessung. die 03— lmal so groß wie der Durchmesser der runden, nicht piezoelektrisch wirksamen Biegeplatte 221 ist.

Mit 23 ist das Gehäuse der Druckdose 21 bezeichnet. Die Biegeplatte 221 kann auch ein Anteil dieses Gehäuses sein. Die randseitige Verbindung dei Biege platte 221 mit der Gehäusewand 23 der Druckdose 21 muß mechanisch fest sein, jedoch Beigebewegungen ausführen können, d. h. gelenkig sein.

Bei der in Fig 3 dargestellten anderen Ausführungsform ist die Druckmeßdose 21 außerhalb des Innenraumes des Gehäuses 5 angeordnet Pneumatisch ist sie jedoch über eine Verbindungslei lung 32, die insbesondere ein Schlauch ist, mit dem Innenvolumen des Gehäuses 5 verbunden, so daß Luftdruckänderungen, die im Innern des Gehäuses 5 auftreten, durch die Verbindungsleitung 32 hindurch auf das Biegewandler-Element bzw. auf die Wandlermembran 22 einwirken können. Dabei ist insbesondere zu beachten, daß der Luftweg von der Lautsprechermembran bis zum Druckwandler wesentlich kleiner ; Is der Wert A/4 ist, wobei λ die Luftwellenlänge der höchsten akustischen Frequenz ist, die berücksichtigt werden soll.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß diese Größe λ auch in bezug auf die größte Gehäuseabmessung eine Rolle spielt, nämlich in der Weise, daß im Frequenzbereich der Regelung keine Luftdruck-Gehäuseresonanz vorliegt, was jedoch im praktischen Falle erfüllt ist. In der Praxis liegt nämlich die tiefste Gehäuseresonanz bereits oberhalb der

bereits obenerwähnten Grundresonanzfrequenz des Lautsprechers.

Mit den vorangehend beschriebenen Figuren übereinstimmende Einzelheiten der Fig.3 haben dieselben Bezugszeichen. Die Verbindungsleitung 32 ist in ein Loch luftdicht eingesetzt, das sich in der Wand des Gehäuses 5 befindet. Dieses Loch kann z. B. auch nachträglich an einer bereits Vorhandenen Lautsprecherbox angebracht sein, um diese nachträglich nachzurüsten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 Amplitudenmeßvorrichtung für die Servo-Regelung eines Lautsprechers durch Gegenkopplung der Membranbewegung, mit einem pneumatisch über vom Lautsprecher hervorgerufene Luftdruckschwankungen gekoppelten, vom Lautsprecher räumlich getrennten Druckwandler im Gegenkopplungsweg, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (3) in der Wandung eines insgesamt luftdicht abgeschlossenen Gehäuses (5) angebracht ist und daß der Druckwandler (7) so angeordnet ist, daß er pneumatisch mit dem Innenvolumen des Gehäuses (5) zur Messung der dort von der Lautsprechermembran (31) erzeugten Luftdruckänderungen gekoppelt (11) ist

   Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (7) im Innenvolumen des Gehäuses (5) angeordnet ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn-

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   Innenvolumens des Gehäuses (5) angeordnet ist, daß er jedoch derart über eine pneumatische Verbindungsleitung (32) mit dem Innenvolumen des Gehäuses (5) verbunden ist, daß nur die Luftdruckänderungen im Innenvolumen des Gehäuses auf ihn einwirken

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler eine Druckmeßdose (21) mit piezoelektrisch wirksamer Wandlerr »inbran ist und daß die Wandlermembran (22) und das Dosengehäuse (23) ein Volumen (24) abschließen.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermembran (22) aus einer Biegeplatte (221) als nicht piezoelektrisch wirksamer Anteil derselben und aus einer piezokeramischen Platte (222) besteht und daß beide Anteile zu einem Biegewandler-Element verbunden sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht piezoelektrisch wirksame Biegeplatte (221) rund ist, daß die piezokeramische Platte (222) Rechteckform hat und daß die Diagonalabmessung der piezokeramischen Platte 0,5-lmal so groß wie der Durchmesser der nicht piezoelektrisch wirksamen Biegeplatte (221) ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (7) gegen Körperschallübertragung, ausgehend vom Gehäuse (5). isoliert (15) angebracht ist.