DE3003466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Begrenzung der Belastung des elektromechanischen Wandlers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der DE-AS 24 15 816 bekannten Anordnung dieser Art wird das Steuersignal als Funktion des den Wandler an­ steuernden Eingangssignals entwickelt. Zur Belastungsbegren­ zung wird eine kontinuierliche Pegelabsenkung in einzelnen Frequenzbereichen mittels Signalen vorgenommen, die aus für die Belastung am Eingang des Wandlers charakteristischen Kenn­ größen abgeleitet sind. Die Charakteristik des Wandlers selbst und damit dessen Reaktion auf das begrenzte Wandler-Ansteuer­ signal bleibt bei dieser bekannten Anordnung unberücksichtigt. Allerdings kann die thermische Belastung bzw. Betriebstempera­ tur des Wandlers sowie des diesem vorgeschalteten Leistungs­ verstärkers zur Regelung herangezogen werden. Thermische Rege­ lungen sind aber in der Praxis zu träge, um mögliche mechani­ sche Beschädigungen von Wandlern ausreichend zuverlässig zu verhindern.

Aus Philips Technische Rundschau, 1968, Nr. 5/6, S. 178-188 ist die Anwendung von Bewegungsgegenkopplungen bei Lautsprechern zur Verminderung linearer und nicht-linearer Verzerrungen bekannt. Dabei sind in einer Gegenkopplungsschleife ein Be­ schleunigungsaufnehmer und eine Parallelschaltung aus einem Tiefpaßfilter und einem Integrator in Reihe geschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der gattungsgemäßen Art unter Verwendung einfacher und konstengün­ stiger Komponenten so zu verbessern, daß neben einer dynami­ schen Entzerrung des Wandlerfrequenzganges ein zuverlässiger Schutz gegen eine durch übermäßige Wandlerbewegung verursachte mechanische Beschädigung des Wandlers gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Art gelingt bei einer Anordnung der gattungsgemäßen Art erfingunsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Als Voraussetzung für ein ideal entzerrtes Ausgangssignal er­ folgt eine maximale Wandlerauslenkung am niederfrequenten Ende des den Wandler ansteuernden Signalspektrums. Angehoben wird dabei der Niederfrequenzanteil des Signals, während die den Betriebszustand des angesteuerten Wandlers abtastende Fühler­ vorrichtung durch ein STeuersignal als Funktion der Wandler­ bewegung dafür sorgt, daß starke Wandlerausschläge vor allem bei tiefen Frequenzen keine mechanische Beschädigung des Wand­ lers zur Folge haben. Anders als bei einer thermischen Regelung folgt die Wandlerbewegung unmittelbar, d. h. beinahe totzeit­ frei, dem Pegel des den Wandler ansteuernden Eingangssignals, so daß bei übermäßiger Wandlerbewegung auf das Eingangssignal unverzüglich automatisch eingewirkt werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur An­ steuerung eines elektromechanischen Wandlers, in die die erfindungsgemäße Anordnung zur Begrenzung der Belastung des Wandlers einbezogen ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer dynamischen Lautsprecherentzer­ rerschaltung;

Fig. 3 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der zur Entzerrerschaltung gemäß Fig. 2 gehöri­ gen Analogschaltung zur Erzeugung eines den Wand­ ler gegen Überlastung schützenden Steuersignals;

Fig. 4 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Signalmodifizierschaltung zur Verwendung in der dynamischen Lautsprecherentzerrerschaltung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung von Frequenzgängen des Wandlers, der in Verbindung mit der erfin­ dungsgemäßen Anordnung betrieben wird;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungs­ form einer den Betriebszustand des angesteuerten Wandlers abtastenden Analogschaltungsanordnung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Auführungs­ form der Analogschaltungsanordnung; und

Fig. 8 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der dynamischen Lautsprecherentzerrerschaltung.

In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild die generelle Anordnung der Einrichtung zur Ansteuerung eines Wandlers, insbesondere eines elektrodynamischen Wandlers oder Lautsprechers 1 darge­ stellt, in der die erfindungsgemäße Anordnung integriert ist. Der Wandler 1 kann auch einem einzigen Lautsprecher oder aus zwei Stereolautsprechern bestehen. Angesteuert wird der Wand­ ler 1 am Eingang 2. Bei zwei Lautsprechern besteht der Eingang aus zwei Eingangsanschlüssen, die von einem einstellbaren Verstärker 3 mit zwei Kanälen kommen. Eine Leitung 4 verbindet den Ausgang des Wandlers 1 mit einem Steuereingang einer Laut­ sprecherentzerrerschaltung 5. Das Steuersignal auf der Leitung 4 ist ein rückgekoppeltes Überwachungssignal, das die Entzer­ rerschaltung 5 veranlaßt, den Wandler 1 gegen eine Beschädi­ gung durch Übersteuerung, Überhitzung oder übermäßige Ermüdung o. dgl. zu schützen.

Im Betrieb wird ein von einem Plattenspieler, einem Tuner oder einer anderen Signalquelle am Eingang 6 anstehendes Signal über einen herkömmlichen Vorverstärker 7 zum Signaleingang der Entzerrerschaltung 5 übertragen. Letztere hat eine doppelte Funktion. Einerseits enthält sie ein Hochpaßfilter mit ein­ stellbarer Frequenz und einstellbarer Verstärkung, das eine Entzerrung des Wandlerfrequenzgangs im gewünschten Frequenz­ bereich bewirkt und tatsächlich eine Anhebung des Frequenz­ gangs bei niedrigen Frequenzen bewirkt. Außerdem hat die Ent­ zerrerschaltung die Funktion einer automatischen Begrenzung des Signalleistung zur Begrenzung der Wandlerbewegung insbe­ sondere am kritischen unteren Ende des Frequenzbereichs, wo­ durch das zugehörige Wandlerelement, beispielsweise ein Laut­ sprecherkonus, gegen eine durch übermäßige Bewegung verursach­ te mechanische Beschädigung geschützt wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Entzerrerschaltung 5, die nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 be­ schrieben wird, wird das Steuersignal dem Eingang 4 einer Analogschaltung 9 innerhalb der Entzerrerschaltung 5 zugeführt. Die Analogschaltung 9 gibt am Ausgang 10 eine Spannung ab, die der Wandlerbewegung entspricht. Diese Spannung wird den Signalmodifizierschaltungen 12 in der Entzerrerschaltung 5 zugeführt, damit deren Aus­ gangssignal am Ausgang 8 auf Signale beschränkt wird, die bei oder unter dem kritischen Beschädigungswert liegen, so daß sich ein Schutz des Wandlers 1 ergibt, indem er nicht übersteuert wird.

Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Entzerrer­ schaltung 5, auf die oben im Zusammenhang mit Fig. 1 Bezug genommen wurde. Die Entzerrerschaltung 5 ist die Schaltung, die eine Signalmodifizierung auf der Basis der Wandler­ konusbewegung oder einer anderen überwachten Konuskenn­ größe zur Steuerung des durch den Verstärker 3 zum Wandler 1 übertragenen Signals bewirkt. Das Steuersignal oder, im Falle eines Stereosystems, die Steuersignale vom Wandler­ ausgang 4 werden der Analogschaltung 9 in der Entzerrer­ schaltung 5 zugeführt. Diese Schaltung ist so aufgebaut, daß sie ein den überwachten Wandlerkenngrößen, beispielsweise der Konusverschiebung, analoges Ausgangssignal erzeugt. Die analoge Größe beruht auf der Signalwirkung einer herkömmlichen Ersatzschaltung für einen dynamischen Laut­ sprecher. Das Signal am Ausgang 10 der Analogschaltung wird mit einer vorbestimmten Schwellenspannung aus einer Schwellenspannungseinheit 11 verglichen, damit die maxi­ mal erwünschte Konusbewegung eingestellt wird. Die kombi­ nierten Ausgangssignale an den Ausgängen 10 und 11 werden einer Signalmodifizierschaltung 12 zugeführt, die so eingestellt ist, daß sie ein gesteuertes Ausgangssignal an den Ausgängen 13 und 13′ abgibt, das unterhalb des voreingestellten Maximalwerts liegt. Die modifizierten Signale an den Ausgängen 13 und 13′ werden über den einstellbaren Verstärker 3 dem Wandler 1 zugeführt.

Das Steuersignal am Ausgang 17 wird zwei Signalmodifizier­ schaltungen 12 zugeführt, damit die oben erörterte Signal­ filterung und die Begrenzung der Signalstärke erhalten werden. Die Signalmodifizierschaltungen 12 sind in einer einfachen schematischen Form in Fig. 4 dargestellt. Die Eingangssignale vom Vorverstärker 7 werden über ein Hochpaßfilter 19 übertragen. Ein Feldeffekttransistor 21 in der Filterschaltung wird vom Steuersignal am Ausgang 17 so gesteuert, daß die Niederfrequenzsignale an den zum Verstärker 3 führenden Ausgängen 13 und 13′ bei einem vorbestimmten Schutzwert für den Wandler 1 begrenzt werden.

Die Kombination der Wirkung des Hochpaßfilters 19 und der Schutzwirkung des Feldeffekttransistors 21 ergibt ein Ausgangssignal mit relativ geradlinigem Verlauf im Bereich von 30 bis 4000 Hz, wie die typischen Frequenz­ gangkurven von Fig. 5 zeigen, wobei die angegebenen Kurven für zunehmende Werte des Steuersignals am Ausgang 17 gelten.

In Fig. 6 ist das Blockschaltbild einer weiteren Aus­ führungsform der Schaltung zur Erzeugung des Steuer­ signals anstelle des oben beschriebenen analogen Steuer­ signals dargestellt. Der Wandler 30 enthält ein primäres Element 31, beispielsweise einen Konus oder ein anderes Bauelement zur Erzeugung von Schallsignalen, sowie ein sekundäres Wandlerelement 32. Das sekundäre Wandler­ element ist eine Fühlervorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das der Bewegung, der Temperatur und der Ermüdung des primären Wandlerelements 31 propor­ tional ist. Das Wandlerelement 32 kann beispielsweise ein elektromechanisches Meßglied sein, das ein elektri­ sches Signal erzeugt, das der Bewegung des primären Wandlerelements 31 proportional ist; es kann auch ein thermoelektrisches Bauelement sein, das ein der Temperatur des Wandlerelements 31 proportionales Signal erzeugt. Es kann sich dabei auch um eine ähnliche Fühlervorrichtung handeln, die am Ausgang 33 ein Steuersignal erzeugen kann, das zur Entzerrerschaltung 5 zurückgeführt werden kann, wo es den Integrator 14 und den Gleichrichter 15 umgehen kann und zu einem Eingang eines Differenzverstärkers 16 gelangt, der mit oder ohne Pegeleinstellschaltung aus­ gestattet ist.

In Fig. 7 ist eine weitere Schaltungsanordnung darge­ stellt, in der mehrere Analogschaltungen verwendet werden, die gleichzeitig in einer Enzerrer- oder Schutz­ schaltung arbeiten. Beispielsweise zeigt Fig. 7 eine erste Schaltungsanordnung, die auf einer Analogschaltung 9 be­ ruht, die oben beschrieben wurde, und die parallel mit einer zusätzlichen Wärmeschutz-Analogschaltung 35 und einer Ermüdungs-Analogschaltung 36 arbeitet. Allgemein gleichen sich die zusätzlichen Analogschaltungen 35 und 36 mit der Ausnahme, daß die Steuersignale, die anstelle des Signals am Ausgang 10 zur Steuerung der Signalmodi­ fizierschaltungen benutzt werden, verschieden sind und die Temperatur- und Ermüdungskenngrößen die Modifizier­ schaltungen 37 bzw. 38 steuern. Die Wärmeschutz-Analog­ chaltung 35 besteht beispielsweise aus einem thermo­ elektrischen Element, das ein der Temperatur des zu schützenden Wandlers proportionales Steuersignal erzeugt. Die Ermüdungs-Schutzanalogschaltung enthält ein Element zur Erzeugung eines elektrischen Singnals, das der mecha­ nischen Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung abhängig von dem bestimmten zu schützenden Wandlerelement proportional ist. In der in Fig. 7 dargestellten Schaltungs­ anordnung sind drei Modifizierungsschaltungen in Serie geschaltet, so daß sie in Abwesenheit eines Steuersignals an einer der drei Steuersignal-Fühlervorrichtungen, das anzeigt, daß eine Signalmodifizierung erforderlich ist, einen normalen Signaldurchgang ergeben.

Fig. 8 zeigt ein genaueres Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Entzerrerschaltung 5, die auf der Verwendung einer Bewegungs-Analogschaltung beruht, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Dieses Schaltbild gibt Bauelemente mit gewissen Werten an, und sie zeigt weitere Standardbauelemente, wie es für eine entsprechende Beschreibung der Schaltung er­ forderlich ist. Die Analogschaltung 9 ist in der linken oberen Ecke dargestellt; ihre als Steuersignal wirkende Ausgansspannung wird an der Schwellensteuerspannungseinheit 11 festgelegt, wobei die kombinierte Steuerspannung aus diesen Abschnitten der Entzerrerschaltungen zwei Feldeffekt­ transistoren 21 in den gleichen Signalmodifizierschal­ tungen 12 zugeführt wird. Eine geeignete Energiever­ sorgungsschaltung 37 ist in der linken unteren Ecke dargestellt; sie liefert die Spannung B + und B -. Darüber ist eine Anzeigevorrichtung 38 dargestellt, in der ein Differenzverstärker 39 so eingestellt ist, daß eine rote Leuchtdiode 40 eingeschaltet wird, wenn die Steuerspannung ihren vorbestimmten Wert zur Auslösung der Schutzwirkung in den Modifizierschaltungen über­ schreitet, während er eine grüne Leuchtdiode 41 zur Anzeige normaler sicherer Betriebswerte einschaltet.

Wie zu erkennen ist, ist eine verbesserte Schaltung zur Ansteuerung elektrodynamischer Wandler, beispielsweise Stereolautsprechersysteme oder anderer Lautsprecher­ systeme vorgeschlagen worden. Die Schaltung ergibt ein lineares Ausgangssignal, und gleichzeitig schützt sie die Wandler gegen Beschädigungen, die durch mechanisches Übersteuern der Wandler oder durch Überhitzen oder durch ein solches Ansteuern, daß sie auf Grund einer Ermüdung beschädigt werden, verursacht werden. Es wird eine dynami­ sche Entzerrerschaltung geschaffen, die ohne weiteres in eine sonst herkömmliche Wandleransteuerschaltung einge­ fügt werden kann oder in neuen Systemen verwendet werden kann, da sie räumlich kompakt ist und nur sehr wenig Energie benötigt.

Claims (3)

1. Anordnung zur Begrenzung der Belastung eines elektromecha­ nischen Wandlers (1) mit einer im Weg des den Wandler an­ steuernden Eingangssignals liegenden, ein Hochpaßfilter (19) zur Überlastbegrenzung enthaltenden Signalmodifizierschaltung (12) und einer Einrichtung zur Erzeugung eines die Signalmodi­ fizierschaltung regelnden Steuersignals, das aus für die Bela­ stung charakteristischen Kenngrößen abgeleitet ist, wobei die Signalmodifizierschaltung (12) einen Feldeffekttransistor (21) enthält, der zwischen dem das Steuersignal liefernden Ausgang (17) und dem Hochpaßfilter (19) zur Begrenzung der nieder­ frequenten Ausgangssignale der Signalmodifizierschaltung (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die das Steuersignal erzeugende Einrichtung eine den Be­ triebszustand des angesteuerten Wandlers (1) abtastende Ana­ logschaltung (9) mit einer Integratoranordnung (14) und einem letzterer nachgeschalteten Differenzverstärker (16) aufweist,
daß eine Schwellenspannungseinheit (11) zur Einstellung eines Grenzwertes des Steuersignals mit dem Differenzverstärker (16) verbunden ist und daß die Analogschaltung (9) eine Fühlervor­ richtung zur Entwicklung eines Steuersignals als Funktion der Wandlerbewegung aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wandler (1) ein Konuslautsprecher ist und die Fühlervorrichtung ein die Konusbewegung repräsentierendes Steuersignal erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fühlervorrichtung einen elektrome­ chanischen Fühler aufweist.