DE3107799A1

DE3107799A1 - Verfahren zur einstellung einer kombination von audioverstaerker von lautsprecher

Info

Publication number: DE3107799A1
Application number: DE19813107799
Authority: DE
Inventors: Hideki Iwafune Tochigi Sakano; Shigeo Fujisawa Kanagawa Todokoro
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB2072993B; GB2072993A; DE3107799C2; JPS56134807A; US4387270A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompensation von Impedanzunterschieden zwischen einem Audioverstärker und einem daran angeschlossenen Lautsprecher. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem der Audioverstärker in positiver Rückkopplung die Gegen-EMK des Lautsprechers ausgleicht.

Audiogeräte, und zwar sowohl Verstärker als auch Lautsprecher sind in den letzten Jahren wesentlich verbessert worden. Moderne Verstärker und Lautsprecher arbeiten daher jeweils verhältnismäßig gut. Bei ihrem Zusammenschalten stellt jedoch ihre unterschiedliche Impedanz Schwierigkeiten dar. So addieren sich die Impedanzen der an den Verstärker und den Lautsprecher angeschlossenen Verlängerungskabel zur Impedanz des Laut-Sprechers, so daß die Ausgangsimpedanz des Verstärkers nur sehr schwer an die gesamte Lastimpedanz anpaßbar ist, die die Impedanz des Lautsprechers und der Verlängerungskabel umfaßt. Ferner bereitet die vom Lautsprecher erzeugte Gegen-EMK Schwierigkeiten, da sie nichtlinear ist und das Ausgangssignal verzerrt.

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ρ⁹-

Audioverstärker mit automatischer Kompensation der Gegen-EMK eines Lautsprechers mittels Rückkopplung sind verhältnismäßig selten. Im Betrieb hat sich eine äußerst kritische Beziehung zwischen der Charakteristik des Leitungsverstärkers und der Rückkopplung den Schaltung herausgestellt.

Es ist Aufgabe den Erfindung, ein wirksames und einfaches Verfahren zum Zusammenschalten eines Audioverstärkers und eines Lautsprechers zu schaffen, wobei der Audioverstärker eine positive Rückkopplungsschaltung zur Kompensation der Gegen-EMK des Lautsprechers hat. Ein derartiger Verstärker wird im folgenden als "Verstärker der hierin beschriebenen Art" bezeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichnen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit die Kombination eines Lautsprechers und eines Verstärkers der hierin beschriebenen Art, wobei die Schwingspule des Lautsprechers zur Erzeugung eines elektrischen Signals mechanisch bewegt und daraus ein elektrisches Signal erzeugt wird. Während des Durchlaufs des erzeugten elektrischen Signals durch die positive Rückkopplungsschal-

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tung und durch den Leitungsverstärker wird dessen Verstärkung derart eingestellt, daß die Spannung über die Eingänge des Lautsprechers so klein wie möglich wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Tonerzeugungsanlage; und

Figur 2 eine Schemaschaltbild zur Durchführung eines gegenüber Figur 1 abgewandelten Verfahrens.

In den Figuren sind durchwegs gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine Tonerzeugungsanlage mit einem AudioverstärkeMO, der eine positive Rückkopplungsschaltung aufweist. Eine Eingangsklemme 12 ist an einen Eingang 14 eines Leitungsverstarkers 16 angeschlossen. Ein von einem Ausgang 18 des Leitungsverstarkers 16 abgenommenes Signal wird an eine Ausgangsklemme 20a übertragen. Eine weitere Ausgangsklemme 20b ist geerdet. Das über den Ausgangsklemmen 20a und 20b auftretende Ausgangssignal wird über zwei Verlängerungskabel 26a

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und 26b einem Lautsprecher 24 zugeführt. Ein Lautsprecheranschluß 28b, der mit der geerdeten Ausgangsklemme 20b verbunden ist, ist ferner an eine positive Rückkopplungsschaltung 30 mittels einer Rückkopplungsleitung 32 angeschlossen. Die positive Rückkopplungsschaltung 30 liegt im Audioverstärker 10. Eine am Lautsprechereingang 28b auftretende Signalspannung wird somit zum Eingang des Leitungsverstärkers 16 zurückgeführt.

Bei der in Figur 1 dargestellten Tonerzeugungsanlage ist die positive Rückkopplungsschaltung 30 derart ausgelegt, daß sie das Treibersignal für den Lautsprecher 24 kompensiert. Bezeichnet man mit e« die Ausgangsspannung des Audioverstärkers 10, mit e. die an die Lautsprechereingänge 28a und 28b gelegte Treiberspannung, mit Z die Impedanz jedes der gleichartigen Verlängerungskabel 26a bzw. 26b und mit Z die Impedanz des Lautsprechers 24, dann erhält man für die Treiberspannung e. die folgende Beziehung:

^L 22 +

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Bezeichnet man wiederum die Eingangssignalspannung des Audioverstärkers 10 an der Eingangsklemme 12 mit e., den durch die Verlängerungskabel 26a und 26b und durch den Lautsprecher 24 fließenden Ausgangsstrom mit i und die Verstärkungen des Leitungsverstärkers 16 und der positiven Rückkopplungsschaltung 30 mit A., dann erhält man für die Ausgangsspannung des Audioverstärkers e
die nachfolgende Beziehung:

^eo ^{= ie}i ⁺ V^Z)A1
10

(2)

^A 2Z+Z_r ^λ

Die Gleichung (2) läßt sich folgendermaßen umformen

(1 - A A .

2Z+Z_r

Ju

Hierauf läßt sich Gleichung (1) durch Einsetzen in die Gleichung (3) folgendermaßen umformen:

2Z + Z.

^el ^Al ^ZL

Z₁. + 2Z - A₁A₀Z

(4)

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- -MJ ft

In der Gleichung (4) ist die Treiberspannung zum Lautsprecher e unabhängig von der Lautsprecherimpedanz Z , wenn die folgenden Bedingungen gelten:

.2Z- A₁A₂ Z=O

d.h., A₁.A₂ = 2 (5)

Unter diesen Bedingungen läßt sich die Spannung e. durch die besondere Gleichung (6) folgendermaßen darstellen

e'_L ⁼ ^Ά1 ^ei

Gleichung (6) impliziert, daß die Treiberspannung e' an den Anschlüssen 28a und 28b des Lautsprechers 24 lediglich vom Verstärkungsfaktor A. des Leitungsverstär-

kers 16 und nicht von der Lautsprecherimpedanz Z und der Impedanz der Verlängerungskabel 26a und 26b abhängt. Daher ist der vom Lautsprecher 24 erzeugte Ton frei von Verzerrungen, die auf Änderungen in der Lautsprecherimpedanz Z zurückführbar sind.

Es läßt sich jedoch nur sehr schwer ein Aufbau erstellen, der die Gleichung (5) erfüllt, da der Verstärkungsfaktor des Leitungsverstärkers 16 dann die erforderliche Verstärkung der positiven Rückkopplungsschaltung

30 bestimmt. Im allgemeinen wird der Verstärkungsfaktor

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ΛΟ

A. des Leitungsverstärkers 16 durch die erforderliche Ausgangsleistung festgelegt. Es muß daher der Verstärkungsfaktor A_ der positiven Rückkopplungsschaltung 30 auf 2/A. eingestellt werden, was eine verhältnismäßig kleine Dezimalzahl ergibt. Die Einstellung des Verstärkungsfaktors A„ auf genau 2/A. ist aber sehr schwierig. Außerdem bereitet die Massenproduktion von Audioverstärkern, die die gewünschten Kompensationseigenschaften haben, Schwierigkeiten, da die Eigenschaften von Massen-"¹^ bauteilen wie Transistoren, Widerständen und Kondensatoren nicht gleichmäßig sind.

Figur 2 erläutert ein Verfahren zur Aufstellung einer Audioverstärker- und Lautsprecher-Anordnung, wobei der

"^ Audioverstärker eine positive Rückkopplungsschaltung zur Kompensation der Gegen-EMK des Lautsprechers gemäß Erfindung aufweist. Figur 2 zeigt außerdem Einrichtungen zum mechanischen Treiben der Schwingspule des Lautsprechers für die Erzeugung eines elektrischen Signals.

Zum Zwecke der Erläuterung werden zwei Tonerzeugungsanlagen der in Figur 1 dargestellten Art nebeneinander wie für eine Stereoanlage angeordnet gezeigt. Der zweite Teil der Tonerzeugungsanlage dient lediglich zur Erzeugung eines Tones für die Schwingspule des Laut-Sprechers der ersten Anlage. Es ist klar, daß die

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- -MT Λ*

Schwingspule des Lautsprechers auch elektrisch oder magnetisch antreibbar ist.

In der nachfolgenden Beschreibung der Figur 2 werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile gewählt, wobei die Bauteile einer Anlage mit einem Apostroph gekennzeichnet sind.

Zwischen die Anschlüsse 28a und 28b des Lautsprechers 24 der ersten Anlage S ist ein Wechselstrom-rVoltmeter 36 geschaltet. Der anderen Anlage S¹ wird ein Eingangssignal in derartiger Weise eingegeben, daß die Membran des Lautsprechers 24 der ersten Anlage S von dem akustischen Signal des zweiten Lautsprechers 24' der zweiten Anlage S' getrieben wird. Die Schwingspule des ersten Lautsprechers 24 erzeugt somit ein elektrisches Signal, das an den Anschlüssen 28a und 28b auftritt. Der Lautsprecher 24 arbeitet daher wie ein Mikrophon. Die an den Anschlüssen 28a und 28b des ersten Laut-Sprechers 24 auftretende Spannung V wird vom Voltmeter 36 angezeigt.

Die Spannung V genügt der folgenden Gleichung (7):

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worin Z die Treiberimpedanz für den Lautsprecher 24 an den Anschlüssen 28a und 28b, und i der durch den Audioverstärker 10 auf der Basis des erzeugten Signals fließende Strom ist.

Die Spannung V läßt sich auch folgendermaßen darstellen :

V_L ■·= 2iZ + V₀ ' C8)

worin Z die Impedanz jedes der Verlangerungskabel 26a bzw. 26b, und V die Spannung über den Ausgangsklemmen 20a und 20b ist. Die Spannung V ist die Ausgangsspannung des Leitungsverstärkers 16, die dieser dann ausgibt, wenn er als Eingangssignal lediglich ein Signal von der positiven Rückkopplungsschaltung 30 erhält.

Somit ergibt sich die folgende Gleichung (9):

V₀ = -5Z.A₂ A₁ ⁽⁹⁾

da ein über dem Verlangerungskabel 26b auftretender Spannungsabfall (-i.Z) an die positive Rückkopplungsschaltung 30 gelegt wird.

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*■ Λ

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Somit läßt sich Gleichung (8) durch Einsetzen in die Gleichung (9) folgendermaßen umformen:

V_L = 2iZ - iZ.A₂ A₁ = iZ.(2 - A₁ A

(10)

Aus Gleichung (10) folgt, daß die Bedingung A„ = 2/A. erfüllt ist, wenn die Spannung V Null wird oder wenn der Verstärkungsfaktor A„ der positiven Rückkopplungsschaltung 30 derart eingestellt ist, daß die Spannung ν Null wird, so daß der Verstärkungsfaktor A„ = 2/A₁ ist. Der Verstärkungsfaktor A„ in der positiven Rückkopplungsschaltung läßt sich somit durch Veränderung eines Potentiometers 37 im Sinne einer Einstellung des Verstärkungsfaktors A„ derart einstellen, daß das Wechselstrom-Voltmeter 36 Null anzeigt. In der Praxis wird der Verstärkungsfaktor A„ der positiven Rückkopplungsschaltung 30 derart eingestellt, daß das Voltmeter 36 etwa Null anzeigt, da stets etwas Rauschen im Leitungsverstärker 16 sowie in der positiven Rückkopplungsschaltung vorhanden ist. Somit läßt sich die erste Anlage S auf die Bedingungen abstimmen, bei denen die Treiberspannung für den Lautsprecher 24 an den Anschlüssen 28a und 28b lediglich vom Eingangssignal abhängt und der Verstärkungsfaktor A^ des Leitungsverstarkers -^g oder der positiven Rückkopplungsschaltung unabhängig

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ist von der Lautsprecherimpedanz Z oder der Impedanz Z der beiden Verlängerungskabel 26a unds 26b.

Die Audioverstärker 10 bzw. 10' der ersten und zweiten Anlage S bzw. S¹ lassen sich natürlich auf die bestmöglichen Betriebsbedingungen einstellen, indem man während der Herstellung einen beliebigen Lautsprecher sowie Kabel verwendet, da die Beziehung A = 2/A. unabhängig ist von der Lautsprecherimpedanz Z und Impedanz Z der Verlängerungskabel 26a und 26b.

Auf die Membran des Lautsprechers 24 läßt sich eine mechanische Kraft für die Erzeugung eines Audiosignals auch auf andere Weise ausüben, beispielsweise durch direktes Hineinsprechen oder durch Berühren der Membran.

In der Schaltung gemäß Figur 2 dient das Voltmeter 36 zur Anzeige der Spannung über den Anschlüssen des Laut-Sprechers. Hierzu läßt sich natürlich auch eine andere Anzeigeeinrichtung verwenden, beispielsweise eine optische Anzeige mit Hilfe einer Licht emittierenden Diode.

^hü/d0

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Einstellen einer Kombination von Audioverstärker und Lautsprecher, wobei der Audioverstärker einen Leitungsverstärker und eine positive Rückkopplungsschaltung zur Kompensierung der Gegen-EMK des Lautsprechers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingspule des Lautsprechers zur Erzeugung eines elektrischen Signals mechanisch angetrieben wird, und daß der Verstärkungsfaktor des Leitungsverstärkers oder der positiven Rückkopplungsschaltung während des Durchschleifens des erzeugten Signals, durch die positive Rückkopplungsschaltung und durch den Leitungsverstärker derart eingestellt wird, daß die Spannung an den Anschlüssen des Lautsprechers ein Minimum ist.

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-K-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Antreiben der Schwingspule des Lautsprechers durch Anstoßen der Membran des Lautsprechers erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Antreiben der Schwingspule des Lautsprechers durch eine auf die Membran des Lautsprechers gerichtete Schallwelle erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwelle von einem an einen weiteren Audioverstärker angeschlossenen weiteren Lautsprecher erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet _T daß der Audioverstärker einen Kanal einer Stereoanlage bildet und daß der weitere Verstärker den anderen Kanal der Stereoanlage darstellt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Leitungsverstärkers oder der positiven Rückkopplungsschaltung zur Minimierung der Spannung an den Anschlüssen des Lautsprechers unter Verwendung eines spannungsempfindlichen Anzeigegerätes ei—

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folgt, das über die Anschlüsse des Lautsprechers geschaltet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anzeigegerät ein Voltmeter verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anzeigegerät eine Licht emittierende Diode verwendet.

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