DE2938938A1

DE2938938A1 - Tonwiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE2938938A1
Application number: DE19792938938
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Kawamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2938938C2; JPS5545210A

Description

Tonwiedergabevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Tonwiedergabevorrichtung zum Umsetzen eines auf einer Schallplatte, einem Magnetband od. dgl. aufgezeichneten Signales in ein Schallsignal.
In Tonwiedergabevorrichtungen wird zum Umsetzen eines elektrischen Signales in ein Schallsignal ein NF- oder Tonfrequenzband in mehrere Bänder geteilt, um ein Signal in einem der Bänder durch einen lediglich in dem Band verwendeten Lautsprecher wiederzugeben, und alle wiedergegebenen Signale werden in den gleichen Schalldruckpegel gebracht.
Z. B. wird ein NF- oder Tonfrequenzband von 50 Hz bis 15 kHz in zwei Bänder geteilt, ein Signal innerhalb eines Niederfrequenzbandes wird durch einen Tieftonlautsprecher mit einer großen Membran wiedergegeben, und ein Signal innerhalb eines Hochfrequenzbandes wird durch einen Hochtonlautsprecher mit einer kleinen Membran wiedergegeben. Weiterhin werden in den obigen Vorrichtungen das Signal im Niederfrequenzband und das Signal im Hochfrequenzband durch ein Tiefpaßfilter bzw. ein Hochpaßfilter entnommen, um in die entsprechenden Lautsprecher gespeist zu werden. Wenn das NF- oder Tonfrequenzband in drei Bänder geteilt wird, wird ein Signal innerhalb eines mittleren Frequenzbandes durch ein Bandpaßfilter entnommen, um zu einem Lautsprecher für eine ausschließliche Wiedergabe von Signalen innerhalb des mittleren Frequenzbandes gespeist zu werden.
Der Tieftonlautsprecher zur Wiedergabe eines Signales innerhalb eines Niederfrequenzbandes und der Hochtonlautsprecher zur Wiedergabe eines Signales innerhalb eines Hochfrequenzbandes sollten jeweils Signale über einem weiten Frequenzbereich wiedergeben können. Wenn jeder Lautsprecher ein weites Tonwiedergabe-Frequenzband hat, kann das NF- oder Tonfrequenzband in eine kleine Anzahl von Bändern geteilt werden, eine gewünschte Überschneidungsfrequenz kann sofort bestimmt werden, wenn die Lautsprecher miteinander durch ein Netzwerk verbunden sind, und der Ausgangs-Schalldruckpegel kann in der Nähe der Überschneidungsfrequenz flach gemacht werden, um hervorragende Schallsignale zu erzeugen.
Jedoch führt eine Membran eines Lautsprechers eine Kolben- bzw. Piston-Bewegung oder eine Teilschwingung entsprechend der Einwirkung eines niederfrequenten oder hochfrequenten Signales auf den Lautsprecher aus. Die Membran bewirkt eine Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung bei einer Grenzfrequenz zwischen dem Frequenzband, in dem die Piston-Bewegung durchgeführt wird, und dem Frequenzband, in dem die Teilschwingung durchgeführt wird, und die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie des Lautsprechers hat einen scharfen Spitzenwert bei der obigen Resonanzfrequenz. Weiterhin hat der Lautsprecher in einem Niederfrequenzbereich des Tonwiedergabe-Frequenzbandes die niederste Resonanzfrequenz, bei der eine Resonanz eintreten kann, und die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie hat einen Spitzenwert bei der niedersten Resonanzfrequenz. Entsprechend muß der Lautsprecher innerhalb eines Frequenzbandes zwischen der Höhen-Resonanzfrequenz erster Ordnung und der niedersten Resonanzfrequenz verwendet werden, und daher ist es unmöglich, den Lautsprecher in einem weiten Frequenzband einzusetzen. Entsprechend ist es schwierig, eine gewünschte Überschneidungsfrequenz zwischen den Frequenzbändern der beiden verwendeten Lautsprecher zu bestimmen, und außerdem umfaßt die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie eine Anschwellung in der Nähe einer Überschneidungsfrequenz.
Wenn die Spitzenwerte der Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie, die bei der Höhen-Resonanz frequenz erster Ordnung und bei der niedersten Resonanzfrequenz auftreten, klein gemacht sind, ist das Tonwiedergabe-Frequenzband des Lautsprechers auf die Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung verbreitert, und daher wird es unmöglich, den Lautsprecher in einem weiten Frequenzband zu verwenden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Tonwiedergabevorrichtung anzugeben, in der die Gütefaktoren der Resonanz eines Lautsprechers bei der niedersten Resonanz frequenz und der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung gesteuert sind, damit der Lautsprecher in einem weiten Frequenzbereich verwendbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe hat die erfindungsgemäße Tonwiedergabevorrichtung wenigstens zwei Lautsprecher, von denen einer zur Wiedergabe eines Signales innerhalb eines niedereren Frequenzbandes des NF- oder Tonfrequenzbandes verwendet wird, und der andere Lautsprecher gibt ein Signal innerhalb eines höheren Frequenzbandes wieder. Der eine Lautsprecher ist beaufschlagt mit einem Signal über eine Parallel-Resonanzschaltung mit einer Resonanz frequenz gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des einen Lautsprechers, um den Resonanz-Gütefaktor des einen Lautsprechers bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung zu steuern, und der andere Lautsprecher ist beaufschlagt mit einem Signal über eine andere Parallel-Resonanzschaltung mit einer Resonanzfrequenz gleich der niedersten Resonanz frequenz des anderen Lautsprechers, um den Resonanz-Gütefaktor des anderen Lautsprechers bei der niedersten Resonanzfrequenz zu steuern. Die Tonwiedergabevorrichtung hat weiterhin ein Tiefpaßfilter und ein Hochpaßfilter, das jeweils eine Grenzfrequenz gleich einer Überschneidungsfrequenz der oben erwähnten beiden Lautsprecher besitzt, um Signale an den einen und den anderen Lautsprecher über das Tiefpaßfilter bzw. das Hochpaßfilter zu legen. Die Hochfrequenzband-Grenzkennlinie des einen Lautsprechers ist so mit der Grenzkennlinie des Tiefpaßfilters zusammengefaßt, daß die Übertragungsfunktion des einen Lautsprechers eine Grenzkennlinie von 40 dB/Dekodeteil bei der Überschneidungsfrequenz aufweisen kann, und die Niederfrequenz-Grenzkennlinie des anderen Lautsprechers ist so mit der Grenzkennlinie des Hochpaßfilters zusammengefaßt, daß die Übertragungsfunktion des anderen Lautsprechers eine Grenzkennlinie von 40 dB/Dekodeteil bei der Überschneidungsfrequenz haben kann.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tonwiedergabevorrichtung, Fig. 2 ein Schaltbild mit einem Tiefpaßfilter, Fig. 3 ein Schaltbild mit einem Hochpaßfilter, Fig. 4 ein Schaltbild mit der Ersatzschaltung eines gewöhnlichen Lautsprechers, und Fig. 5 ein Schaltbild mit einer Schaltungsanordnung, um die Impedanz des durch die Ersatzschaltung der Fig. 4 angedeuteten Lautsprechers gleich mit einem konstanten Widerstandswert zu machen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tonwiedergabevorrichtung anhand der Fig. 1 näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Lautsprecher 1 für einen niedergeteilten Ton oder ein Tieftonlautsprecher vorgesehen, von dem ein Eingangsanschluß an ein Ende einer ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 angeschlossen ist, und von dem der andere Eingangsanschluß direkt mit einem Eingangsanschluß 24 verbunden ist. Weiterhin ist ein Lautsprecher 2 für einen hochgeteilten Ton oder ein Hochtonlautsprecher vorgesehen, von dem ein Eingangsanschluß an ein Ende einer zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102 angeschlossen ist, und von dem der andere Eingangsanschluß direkt mit dem Eingangsanschluß 24 verbunden ist. Die Anschlüsse 23 und 24 dienen als Eingangsanschlüsse zur Aufnahme eines niederfrequenten Signales von einem Niederfrequenz-Leistungsverstärker (nicht gezeigt). Der Anschluß 23 ist verbunden einerseits mit dem anderen Ende der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 über eine Spule 15, die zur Bildurg eines Tiefpaßfilters dient, und andererseits mit dem anderen Ende der zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102 über einen Kondensator 16, der zur Bildung eines Hochpaßfilters dient. Die erste Parallel-Resonanzschaltung 101 besteht aus einer Spule 3, einem Kondensator 7 und einem Widerstand 5, und diese Bauteile 3, 7 und 5 sind parallelgeschaltet. Dagegen besteht die zweite Parallel-Resonanzschaltung 102 aus einer Spule 4, einem Kondensator 8 und einem Widerstand 6, und diese Bauteile 4, 8 und 6 sind ebenfalls parallelgeschaltet. Die Resonanzfrequenz der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 ist gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1 eingestellt, und die Resonanzfrequenz der zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102 ist gleich der niedersten Resonanzfrequenz des Lautsprechers 2 eingestellt. Eine erste Reihen-Resonanzschaltung 103, die aus einer Spule 9, einem Widerstand 11 und einem Kondensator 13 besteht, liegt zwischen dem Anschluß 24 und einem Verbindungspunkt zum Verbinden der Spule 15 mit der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101. Weiterhin liegt eine zweite Reihen-Resonanzschaltung 104 aus einer Spule 10, einem Widerstand 12 und einem Kondensator 14 zwischen dem Anschluß 24 und einem Verbindungspunkt zum Verbinden des Kondensators 16 mit der zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102. Die Resonanzfrequenz der ersten Reihen-Resonanzschaltung 103 ist gleich derjenigen der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 eingestellt, und die Resonanzfrequenz der zweiten Reihen-Resonanzschaltung 104 ist gleich derjenigen der zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102 eingestellt.
In einem derartigen Schaltungsaufbau ist die Spule 15 mit einer gemischten Impedanz des Lautsprechers 1, der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 und der ersten Reihen-Resonanzschaltung 103 zusammengefaßt, um ein Tiefpaßfilter zu bilden, das ein niederfrequentes Signal den den Anschlüssen 23 und 24 zugeführten NF- oder Tonfrequenzsignalen entnimmt, um das entnommene Signal an den Lautsprecher 1 abzugeben. Dagegen ist der Kondensator 15 mit einer gemischten Impedanz des Lautsprechers 2, der zweiten Parallel-Resonanzschaltung 102 und der zweiten Reihen-Resonanzschaltung 104 zusammengefaßt, um ein Hochpaßfilter zu bilden, das ein hochfrequentes Signal den den Anschlüssen 23 und 24 zugeführten NF- oder Tonfrequenzsignalen entnimmt, um das entnommene Signal an den Lautsprecher 2 abzugeben. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters einschließlich der Spule 15 ist gleich derjenigen des Hochpaßfilters einschließlich des Kondensators 16, und die obige Grenzfrequenz wird als die Überschneidungsfrequenz der Lautsprecher 1 und 2 verwendet.
Für die in Fig. 1 gezeigte Tonwiedergabevorrichtung sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion T. des Lautsprechers 1 für ein tieferes Frequenzband als die Uberschneidungsfrequenz fci ausgedrückt werden kann durch: mit T. = Übertragungsfunktion. zwischen einem Punkt im Schallstrahlungsfeld des Lautsprechers 1 und den Anschlüssen 23 und 24, y = Verhältnis von M zu w. (oder W/ Wi) und 1 1 i = Überschneidungs-Winkelfrequenz.
Weiterhin sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion Tj des Lautsprechers 2 ausgedrückt werden kann durch: Die Differenz zwischen den Übertragungsfunktionen T. und T. ist gegeben durch: Entsprechend hat der Absolutwert der Differenz zwischen den Übertragungsfunktionen den Wert 1, wie dies in der folgenden Gleichung gezeigt ist: Wenn die Übertragungsfunktionen der Lautsprecher 1 und 2 derartige Kennlinien besitzen, wie dies durch die Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist, wird der durch die Lautsprecher 1 und 2 erzeugte Schalldruck über dem gesamten NF- oder Tonfrequenzband konstant gehalten, was sofort aus Gleichung (4) folgt. Dies berücksichtigend werden die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinien der Lautsprecher 1 und 2 und die Kennlinien des Tiefpaß- und des Hochpaßfilters zusammengefaßt, um äquivalente Kennlinien der Lautsprecher 1 und 2 jeweils gleich den durch die Gleichungen (1) und (2) angezeigten Kennlinien zu machen. Als Ergebnis kann die Tonwiedergabevorrichtung einen konstanten Schalldruck über dem NF- oder Tonfrequenzband beibehalten.
Die durch die Gleichung (1) angegebene Ubertragungsfunktion T. ist gleich einem Quadrat von 1/(1 + jy). Z. B.
kann ein Tiefpaßfilter, das einen in Fig. 2 gezeigten Schaltungsaufbau und eine Grenzkennlinie von 20 dB/Dekodeteil besitzt, die Kennlinie 1/(1 + jy) aufweisen, wie dies weiter unten näher erläutert wird. In Fig. 2 sind vorgesehen Eingangsanschlüsse 29 und 30, eine Spule 28 mit einer Impedanz j WL, ein Widerstand 27 mit einem Widerstandswert R27 und Ausgangsanschlüsse 25 und 26. Wenn die Induktivität L der Spule 28 und der Widerstandswert R27 des Widerstandes 27 die Beziehung L = R27/i erfüllen, ist die Ubertragungsfunktion Tni zwischen den Eingangsanschlüssen 29 und 30 und den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 gegeben durch: Wenn eine Hochfrequenzband-Übertragungsfunktion Thi des Lautsprechers 1 für ein Frequenzband tiefer als die Uberschneidungsfrequenz fci durch eine einzige Resonanzkurve ausgedrückt werden kann, ist die Übertragungsfunktion Thi gegeben durch: mit Qhi = Güte faktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung, y = Verhältnis #/ #hi, und Qhi = Hochfrequenzband-Resonanz-Winkelfrequenz erster Ordnung.
Wenn eine Beziehung yhi ( 1 erfüllt ist, ändert sich die Gleichung (6) wie folgt: Es soll nun ein äquivalenter Gütefaktor Q'hi der Resonanz bezüglich des Güte faktors Qhi der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung betrachtet werden. Wenn der Gütefaktor Qhi in einer äquivalenten Weise auf einen äquivalenten Gütefaktor Qlhi kleiner als 1 verringert werden kann, ist die Hochfrequenzband-Übertragungsfunktion T hi durch die gleiche Kurve wie die durch die Formel 1/(1 + jy) gebildete Kurve bei und in der Nähe einer Frequenz ausdrückbar, die durch die Beziehung yhi = hi festgelegt ist. D. h., die Hochfrequenzband-Ubertragungsfunktion Thi ist ausdrückbar durch: Mittels der folgenden Gleichung (9) kann die Ubertragungsfunktion Thi durch die anschließende Gleichung (10) ausgedrückt werden: In diesem Fall ist ein bevorzugter Wert eines äquivalenten Gütefaktors Qlhi kleiner als 1/3 bis 1/4.
Wenn der Lautsprecher 1 mit der durch Gleichung (10) gegebenen Kennlinie mit dem Tiefpaßfilter mit der durch Gleichung (5) gegebenen Kennlinie zusammengefaßt wird, ist die gesamte Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung (11) gegeben und weist die gleiche Kennlinie wie die durch Gleichung (1) gegebene Übertragungsfunktion T. auf: In ähnlicher Weise ist die durch Gleichung (2) gezeigte Übertragungsfunktion T. gleich einem Quadrat von 1 + 1/je Die durch 1 + 1/je gegebene Kennlinie kann durch ein Hochpaßfilter erzeugt werden, das den in Fig. 3 gezeigten Schaltungsaufbau aufweist und eine Grenzfrequenz von 20 dB/Dekodeteil besitzt. In Fig. 3 sind vorgesehen Eingangsanschlüsse 35 und 36, ein Kondensator 34 mit einer Impedanz 1/jwC34, ein Widerstand 33 mit einem Widerstandswert R33 und Ausgangsanschlüsse 31 und 32. Wenn die Kapazität C34 des Kondensators 34 und der Widerstandswert R des Widerstandes 33 die Beziehung C34 1 33 in33 erfüllen, ist die Übertragungsfunktion Thj zwischen den Eingangsanschlüssen 35 und 36 und den Ausgangsanschlüssen 31 und 32 gegeben durch: Wenn eine Niederfrequenzband-Übertragungsfunktion Toj des Lautsprechers 2 für ein Frequenzband höher als die Überschneidungsfrequenz f fci durch eine einzige Resonanzkurve ausgedrückt werden kann, ist die Übertragungsfunktion Toj gegeben durch: mit Qoj = Gütefaktor der niedersten Resonanz, Yoj = Verhältnis von W zu #oj (oder # / #oj), und #oj = niederste Resonanz-Winkelfrequenz.
Wenn eine Beziehung Yoj > 1 erfüllt ist, ändert sich die Übertragungsfunktion T oj wie folgt: Es soll nun ein äquivalenter Gütefaktor Q'oj der Resonanz bezüglich des Gütefaktors Qoj der niedersten Resonanz betrachtet werden. Wenn der Güte faktor Qoj in einer gleichwertigen Weise auf einen Gütefaktor Q'oj kleiner als 1 verringert werden kann, ist die Niederfrequenz-Ubertragungsfunktion Toj bei und in der Nähe einer durch die Beziehung yoj = 1/Q'oj festgelegten Frequenz durch die gleiche Kurve wie die durch die Formel gebildete Kurve ausdrückbar. In diesem Fall kann die Niederfrequenz-Übertragungsfunktion T j ausgedrückt werden durch: Mittels einer Beziehung y = QlOjyOj wird die Ubertragungsfunktion Toj ausgedrückt durch: In diesem Fall ist ein bevorzugter Wert eines gleichwertigen oder äquivalenten Gütefaktors Q'oj kleiner als 1/3 bis 1/4.
Wenn der Lautsprecher 2 mit der durch Gleichung (16) bestimmten Kennlinie mit dem Hochpaßfilter zusammengefaßt wird, das die durch Gleichung (12) angegebene Kennlinie besitzt, ist die gesamte Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung(17) gegeben und hat die gleiche Kennlinie wie die durch Gleichung (2) beschriebene Übertragungsfunktion T.: Die Lautsprecher 1 und 2 werden also in einen derartigen Zustand gebracht, daß sie miteinander durch ein Netzwerk mit einer Grenzkennlinie von 40 dB/Dekodeteil zusammengefaßt sind.
Indem ein Lautsprecher mit der durch Gleichung (11) gegebenen Kennlinie mit einem anderen Lautsprecher mit der durch Gleichung (17) gegebenen Kennlinie zusammengefaßt wird, kann, wie oben erläutert wurde, eine Tonwiedergabevorrichtung geschaffen werden, die einen konstanten Schalldruck über dem NF- oder Tonfrequenzband beibehält. D. h., eine derartige Tonwiedergabevorrichtung wird auf die folgende Weise erhalten. Der Lautsprecher 1 zum Wiedergeben eines Signales innerhalb eines Niederfrequenzbandes wird so hergestellt, daß er bei seiner Höhen-Resonanzfrequenz erster Ordnung die gleiche Resonanzkurve wie den Resonanz-Spitzenwert einer einzigen Resonanzschaltung aufweist, und er wird mit einer Einrichtung zum Steuern des Güte faktors des Hochfrequenzbandes ausgestattet. Weiterhin wird der Lautsprecher 2 zum Wiedergeben eines Signales innerhalb eines Hochfrequenzbandes so hergestellt, daß er bei seiner niedersten Resonanzfrequenz die gleiche Resonanzkurve wie den Resonanz-Spitzenwert einer einzigen Resonanzschaltung aufweist, und er wird mit einer Einrichtung zum Steuern des Gütefaktors der niedersten Resonanz versehen.
Die Resonanzkurve für jeden Lautsprecher 1 und 2 kann sich der Resonanzkurve einer einzigen Resonanz schaltung in einem Fall nähern, wenn die Membran jedes Lautsprechers die Form eines flachen, geraden Kegels besitzt, der sich gerade von einem Teil zum Verbinden des Kegels mit der Wicklung einer Tonspule zu einem Mantel-Trägerteil erstreckt.
Wenn diese einzelnen, dem Lautsprecher 1 zugeführten Signale, die die gleiche Frequenz wie die Höhen-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1 besitzen, in der Amplitude verringert sind, wird die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie des Lautsprechers 1 flach, ohne einen Spitzenwert bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung zu erzeugen.
Dieser Zustand ist gleichwertig einem Zustand, daß der Gütefaktor der Höhen-Resonanz erster Ordnung klein gemacht ist.
Im folgenden wird in Einzelheiten das oben erläuterte Verfahren näher beschrieben. In Fig. 1 wird die erste Parallel-Resonanzschaltung 101 aus der Spule 3, dem Widerstand 5 und dem Kondensator 7 dazu verwendet,um elektrisch die Amplitude eines Eingangssignales des Lautsprechers 1 bei und in der Nähe der Höhen-Resonanzfrequenz erster Ordnung zu verringern. Diese Bauteile 3, 5 und 7 sind parallel zueinander geschaltet und in Reihe mit dem Lautsprecher 1 verbunden. Der Widerstandswert R5 des Widerstandes 5 ist festgelegt durch: mit R = Widerstandswert des Lautsprechers 1, wenn eine von 0 einer Grenze 17 betrachtete Impedanz des Lautsprechers 1 lediglich durch den Widerstand gebildet ist, fhi = Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1, Qhi = Gütefaktor der Höhen-Resonanz erster Ordnung des Lautsprechers 1, und fci = Überschneidungsfrequenz der Lautsprecher 1 und 2.
Weiterhin ist die Induktivität L3 der Spule 3 gegeben durch: Auf ähnliche Weise ist die Kapazität C7 des Kondensators 7 gegeben durch: Da die Impedanz der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 bei deren Resonanzfrequenz hoch ist, werden diejenigen der dem Lautsprecher zugeführten Signale, die die gleiche Frequenz wie die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 101 besitzen, durch die Resonanzschaltung 101 gedämpft und daher in der Amplitude verringert. Wenn entsprechend die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 101 gleich ist der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1, wird die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie des Lautsprechers 1 selbst bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung flach. D. h., es entsteht die gleiche Wirkung, wie wenn der Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung verringert wird. Der Dämpfungsfaktor der Resonanzschaltung 101 kann eingestellt werden, indem der Widerstandswert des Widerstandes 5 verändert wird. Entsprechend kann der Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung des Lautsprechers 1 frei in einer gleichwertigen Weise gesteuert werden, und damit kann die Übertragungsfunktion der zusammengesetzten Schaltung aus der Resonanzschaltung 101 und dem Lautsprecher 1 gleich der Übertragungsfunktion Thi gemacht werden, die durch Gleichung (10) gegeben ist.
Die Impedanz der Schaltung auf der rechten Seite von einer Grenze 19 in Fig. 1 umfaßt andere Bauteile als einen Widerstand bei verschiedenen Frequenzen mit Ausnahme einer bestimmten Frequenz, was auf dem Vorliegen der ersten Parallel-Resonanzschaltung 101 beruht. Demgemäß sind die Spule 15 und der Lautsprecher 1, die ein Tiefpaßfilter bilden, nicht in einer günstigen Weise verbunden. Wenn die erste Reihen-Resonanzschaltung 103 aus der Spule 9, dem Widerstand 11 und dem Kondensator 13 die gleiche Resonanz frequenz wie die erste Parallel-Resonanzschaltung 101 hat, kann die Impedanz der Resonanzschaltung 103 diejenige der Resonanzschaltung 101 löschen, und daher kann die Impedanz einer Schaltung auf der rechten Seite von einer Grenze 21 lediglich den Widerstandswert R0 enthalten. Hierzu wird die Induktivität Lg der Spule 9 festgelegt durch: Lg =CR2 (21).
7o Weiterhin sind der Widerstandswert R11 des Widerstandes 11 und die Kapazität C13 des Kondensators 13 gegeben durch: Sodann ist die Induktivität L15 der Spule 15 gegeben durch: Da die Spule 15 mit der Impedanz der Schaltung zusammengefaßt ist, die lediglich einen Widerstand durch die Wirkung der ersten Reihen-Resonanzschaltung 103 aufweist, können die Spule 15 und die Impedanz (oder der Widerstand) der Schaltung ein Tiefpaßfilter bilden, das den gleichen Schaltungsaufbau wie in Fig. 2 und eine Übertragungsfunktion gleich der Übertragungsfunktion Tni besitzt, die durch Gleichung (5) gegeben ist. Entsprechend hat die zusammengefaßte Schaltung aus dem obigen Tiefpaßfilter, der Resonanzschaltung 101 und dem Lautsprecher 1 eine Übertragungsfunktion gleich der durch Gleichung (1) gegebenen Übertragungsfunktion Ti.
Wenn in ähnlicher Weise der Lautsprecher 2 so hergestellt wird, daß die Kennlinien-Kurve der niedersten Resonanz des Lautsprechers 2 gleich der Resonanzkurve einer einzigen Resonanzschaltung wird, kann der Gütefaktor der niedersten Resonanz des Lautsprechers 2 einen gewünschten Wert in einer gleichwertigen Weise annehmen, indem elektrisch die Amplitude des dem Lautsprecher 2 zugeführten Signales bei der niedersten Resonanzfrequenz und in deren Nähe verringert wird. In Fig. 1 wird die aus der Spule 4, dem Widerstand 6 und dem Kondensator 8 bestehende zweite Parallel-Resonanzschaltung 102 dazu verwendet, um elektrisch die Amplitude des Eingangssignales des Lautsprechers 2 bei der niedersten Resonanzfrequenz und in deren Nähe zu verringern. Die Resonanzschaltung 102 liegt in Reihe zum Lautsprecher 2. Der Widerstandswert R6 des Widerstandes 6 ist gegeben durch: mit Ro = Widerstandswert des Lautsprechers 2, wenn die von einer Grenze 18 betrachtete Impedanz des Lautsprechers 2 lediglich durch den Widerstand gebildet wird, foj = niederste Resonanz frequenz des Lautsprechers 2 (oder des Hochtonlautsprechers), und Qoj = Güte faktor der niedersten Resonanz des Hochtonlautsprechers.
Vorzugsweise ist das Verhältnis f ./f größer als 4. cl O3 Weiterhin sind die Induktivität L4 der Spule 4 und die Kapazität C8 des Kondensators 8 gegeben durch: Durch Verwenden derartiger Bauteile 4, 6 und 8 kann die zusammengefaßte Schaltung aus der Resonanzschaltung 102 und dem Lautsprecher 2 eine Übertragungsfunktion gleich der durch Gleichung (16) gegebenen Übertragungsfunktion Toj aufweisen.
Damit weiterhin die Impedanz der Schaltung auf der rechten Seite einer Grenze 22 lediglich den Widerstandswert R 0 enthält, ist die zweite Reihen-Resonanzschaltung 104 mit einem Verbindungspunkt zum Verbinden des Kondensators 16 mit der Resonanzschaltung 102 in der gleichen Weise wie der Lautsprecher 1 verbunden.
Im folgenden wird die Kapazität C16 des Kondensators 16 entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt: Da der Kondensator 16 mit der Impedanz der Schaltung zusammengefaßt ist, die lediglich einen Widerstand durch die Wirkung der zweiten Reihen-Resonanzschaltung 104 aufweist, können der Kondensator 16 und die Impedanz (oder der Widerstand) der Schaltung ein Hochpaßfilter bilden, das den gleichen Schaltungsaufbau wie in Fig. 3 und eine Obertragungsfunktion gleich der durch Gleichung (12) gegebenen Ubertragungsfunktion Thj besitzt. Entsprechend hat die zusammengefaßte Schaltung dieses Hochpaßfilters, der Resonanzschaltung 102 und des Lautsprechers 2 eine Übertragungsfunktion gleich der durch Gleichung (2) gegebenen Übertragungsfunktion T..
3 Um die in Gleichung (3) angegebene Beziehung zu erhalten, sind die Lautsprecher 1 und 2 so verbunden, daß sie die entgegengesetzte Polarität zueinander besitzen, wenn die Phasenverschiebung aufgrund einer zugeordneten Schaltung vernachlässigt wird. Damit kann die in Fig. 1 gezeigte Tonwiedergabevorrichtung einen konstanten Schalldruck über dem gesamten NF-oder Tonfrequenzband beibehalten. Außerdem kann der Lautsprecher 1 zum Wiedergeben von Signalen innerhalb eines Niederfrequenzbandes selbst bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung verwendet werden, und der Lautsprecher 2 zum Wiedergeben von Signalen innerhalb eines Hochfrequenzbandes kann selbst bei der niedersten Resonanz frequenz verwendet werden. D.
h., jeder Lautsprecher kann in einem weiten Frequenzbereich verwendet werden, und daher können die Lautsprecher 1 und 2 sofort bei einer gewünschten Überschneidungsfrequenz zusammengefaßt werden.
Weiter oben wurde ein Fall erläutert, in dem die Impedanz des Lautsprechers 1 von der Grenze 17 aus in Fig. 1 und die Impedanz des Lautsprechers 2 von der Grenze 18 aus lediglich den Widerstandswert Ro enthält. Jedoch gibt es zahlreiche Fälle, in denen die obige Resonanz eine Reaktanz oder einen Blindwiderstand aufweist.
In derartigen Fällen ist es erforderlich, eine Einrichtung zu verwenden, um die Impedanz des Lautsprechers 1 von der Grenze 17 aus lediglich durch einen Widerstand zu bilden.
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild des Lautsprechers 1, das aufweist einen Widerstand 41 mit einem Widerstandswert Ro, einen Widerstand 38 mit einem Widerstandswert R38, eine Spule 40 mit einer Induktivität L40, eine Spule 37 mit einer Induktivität L37 und einen Kondensator 39 mit einer Kapazität C39. Wenn der Lautsprecher 1 in Reihe mit einer in Fig. 5 gezeigten Schaltung verbunden ist, die Widerstände 43 und 46, Kondensatoren 44 und 45 und eine Spule 42 aufweist, kann die Impedanz des Lautsprechers 1 so betrachtet werden, daß sie lediglich den Widerstandswert Ro besitzt. Zu dieser Zeit sind die Induktivität L42 der Spule 42, der Widerstandswert R43 des Widerstandes 43, die Kapazität C44 des Kondensators 44, der Widerstandswert R46 des Widerstandes 46 und die Kapazität C45 des Kondensators 45 gegeben durch: L42 = C39 . Ro² (29) R46 o (32) In ähnlicher Weise ist der Lautsprecher 2 in Reihe mit der in Fig. 5 gezeigten Schaltung vorgesehen.
Wenn zwei Schaltungen, wie z. B. die in Fig. 5 gezeigte Schaltung, der in Fig. 1 dargestellten Schaltung beigefügt werden, ist die Impedanz Z der Schaltung von den Anschlüssen 23 und 24 aus in Fig. 1 gegeben durch: Indem die Gleichungen (24) und (28) für L15 bzw. C16 in Gleichung (34) eingesetzt werden, ergibt sich die folgende Gleichung: Z=R (35).
0 D. h., die Impedanz der in Fig. 1 dargestellten Schaltung kann so betrachtet werden, daß sie über dem verfügbaren Frequenzband lediglich den Widerstandswert Ro besitzt.
In einem Lautsprechersystem mit drei oder mehr Wegen kann ein Lautsprecher für ein Frequenzband tiefer als eine Überschneidungsfrequenz in der gleichen Weise wie ein Hochfrequenzbereich des Tieftonlautsprechers des oben erläuterten Zwei-Weg- Systems behandelt werden, und ein verschiedener Lautsprecher für ein Frequenzband höher als diese Uberschneidungsfrequenz kann in der gleichen Weise wie ein Niederfrequenzbereich des Hochtonlautsprechers behandelt werden.
Leerseite

Claims

Anspruch Tonwiedergabevorrichtung, in der ein NF- oder Tonfrequenzband in mehrere Frequenzbänder mittels Tiefpaß- und Hochpaßfilter geteilt ist, deren jedes eine Grenzfrequenz gleich einer Überschneidungsfrequenz besitzt, und in der ein Signal in jedem Frequenzband durch einen für jedes Frequenzband geeigneten Lautsprecher wiedergegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Lautsprecher (1) zum Wiedergeben eines Signales innerhalb eines Frequenzbandes tiefer als die Überschneidungsfrequenz in Reihe mit einer ersten Parallel-Resonanzschaltung (101) mit einer Resonanzfrequenz gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des ersten Lautsprechers (1) liegt, daß ein zweiter Lautsprecher (2) zum Wiedergeben eines Signales innerhalb eines Frequenzbandes höher als die Überschneidungsfrequenz in Reihe mit einer zweiten Parallel-Resonanzschaltung (102) mit einer Resonanzfrequenz gleich der niedersten Resonanzfrequenz des zweiten Lautsprechers (2) liegt, daß ein Gütefaktor (Qhi) der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung des ersten Lautsprechers (1) äquivalent durch die erste Parallel-Resonanzschaltung (101) auf einen durch die folgende Gleichung (1) gegebenen äquivalenten Gütefaktor (Q'hi) verringert ist, und daß ein Gütefaktor (Qoj) der niedersten Resonanz des zweiten Lautsprechers (2) äquivalent durch die zweite Parallel- Resonanzschaltung (102) auf einen durch die folgende Gleichung (2) gegebenen äquivalenten Gütefaktor (Q' oj )verringert ist: mit fci = Überschneidungsfrequenz, fhi = Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung, und fOj = niederste Resonanzfrequenz.