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Lautsprecherschaltung mit akustischer Gegenkopplung Die Erfindung
betrifft eine Lautsprecher schaltung zur Verbesserung der Wiedergabe von Schall
im Frequenzbereich unterhalb 200 Hz.
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Die bekannten Schaltungen zur Verbesserung der Wiedergabe von Schall
tiefer Frequenzen, wie z.B. zur Erweiterung des ttbertragungsbereichs oder zum Erreichen
eines besonders horizontalen Verlaufs des Frequenzgangs, reichen von einfachen Kompensationsschaltungen
bis zu Regelschaltungen. Die Kompensationsschaltungen enthalten ein frequenzgangkorrigierendes
Netzwerk, das einen elektrischen Frequenzgang erzeugt, der möglichst genau invers
ist zu dem des Lautsprechers. Die Schaltungen haben den Nachteil, daß Slirrverzerrungen
des Lautsprechers nicht kompensiert werden. Die Kompensation des Frequenzgangs gilt
außerdem exakt nur bei Abstrahlung des Schalls in das freie Schallfeld bzw. fiir
einen ganz bestimmten Aufstellort innerhalb eines ganz bestimmten Abhörraumes, da
jeder Abhörraum stark auf das vom Lautsprecher abgestrahlte Schallfeld zurückwirkt.
Das rührt z.B. dazu, daß in kleinen Räumen die tiefen Frequenzen zu schwach, in
grösseren Räumen jedoch zu stark abgestrahlt werden. Eine zu starke Wiedergabe der
tiefen Prequenzen ergibt sich auch bei Aufstellung des Lautsnrechers in einer Zimmerecke.
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Eine gewisse Verbesserung gegenüber der Kompensationsmethode wird
mit Regelschaltungen erreicht, die eine Bewegungsgrhße der Lautsprechermembran,
wie z.B. die Beschleunigung,
regeln, die wiederum mittelbar mit
dem erzeugten Schalldruck zusammenhängt. Mit diesem Prinzip sind die Klirrverzerrungen
und der Einfluß der Eigenresonanz des Lautsnrechers stark zu verringern. Da jedoch
der Schalldruck nur in einem begrenzten Frequenzbereich pronortional zu der Bewegungsgröße
ist, ist ein zusätzliches Eompensationsnetzwerk erforderlich, wenn der Frequenzgang
iiber den proportionalen Bereich hinaus horizontal verlaufen soll. Die Rückwirkung
des Abhörraumes auf das abgestrahlte Schallfeld wird auch durch dieses Verfahren
nicht verringert, so hängt auch hier die Wiedergabequa lität stark von den Eigenschaften
des Abhörraumes und dem Aufstellort des Lautsprechers innerhalb des Raumes ab.
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Ein Verfahren, das alle bisher genannten Nachteile weitgehend vermeiden
könnte, ist Drinziniell bekannt als sogenannte akustische Gegenkopplung, unter der
verstanden wird, daß. das dem den Lautsprecher treibenden Verstärker zugeführte
elektrische Gegenkolungssignal mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher
gewonnen wird. Bei diesem Verfahren soll der Schalldruck selbst, der ja die gewünschte
Ausgangsgröße darstellt, direkt geregelt werden.
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Lautsprecherschaltungen mit akustischer Gegenkopplung sind z.B. aus
der deutschen Patentschrift 830966 sowie aus der USA - Patentschrift 3,009,991 bekannt.
Zur Linearisierung des Frequenzgangs wird bei diesen das Gegenkonnlungssignal mit
einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsnrecher gewonnen. Die Schaltung kann
als Regelkreis aufgefaßt werden mit dem elektrischen Eingangs nal als FührungsgröEe
und dem Schalldruck als Regelgrös se. Obwohl dieses Verfahren eine besonders hohe
Wiedergabeaualität
verspricht, da alle unerwünschten Eigenschaften
des Lautsprechers, wie z.B. Klirren und Frequenzgang, sowie zu einem erheblichen
Teil auch die Rückwirkung des Wiedergaberaumes, ausgeregelt werden könnten, hat
es sich in der Praxis bisher nicht durchsetzen können, da aufgrund der Laufzeit
des Schalls vom Lautsprecher zum Mikrofon Instabilität auftrat: Da sich der Schall
nur mit einer relativ geringen Geschwindigkeit ausbreitet, wirkt sich die Laufzeit
als starke frequenzproportionale negative Phasendrehung aus. Ein Regelkreis wird
immer dann instabil, wenn bei einer Phasendrehung von 180 Grad die Verstärkung größer
als 1 ist. In diesem Fall tritt ein starker Dauerton auf. Im Interesse einer ausreichenden
Regelung ist jedoch eine Verstärkung erforderlich, die größer als 1 ist. Dies führt,
wie oben beschrieben, durch die Laufzeit des Schalls schon bei tiefen Frequenzen
zur Instabilität.
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Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der Instabilitätsprobleme
bei der Verwendung der akustischen Gegenkopplung, um die Schaltung mit guter Wirksamkeit
zur Verbesserung der Wiedergabe von Schall im tieffrequenten Bereich einsetzen zu
können. Vor allem soll dadurch auch die Rückwirkung des Abhörraumes auf das abgestrahlte
Schallfeld verringert werden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch Verwendung einer
Lautsprecherschaltung mit akustischer Gegenkopplung, wobei das Gegenkonplungssignal
mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewonnen wird, d a d
u r c h g e k e n n æ e i c h n e t daß der Frequenzgang des zur Messung aufgeschnittenen
Regelkreises, gemessen im freien Schallfeld, so eingestellt
wird,
daß er zumindest im Frequenzbereich unterhalb 300 Hz innerhalb eines Onktavabstands
um mindestens 3 dB zu tiefen Frequenzen hin ansteigt. Dies kann sowohl durch elektrische
als auch durch akustische HilSsmittel geschehen.
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Der Vorteil dieser maßnahme liegt gegenüber dem bekannten Stand der
Technik darin, daß die Verstärkung so hoch eingestellt werden kann, daß eine gute
Regelung stattfindet, ohne daE es zu Instabilitpt kommt. Die Wiedergabe der tiefen
Frequenzen wird damit weitgehend unabhängig vom Aufstellort des Lautsnrechers. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteransDrüchen beschrieben.
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Eine Lautsprecherschaltung nach der Erfindung wird beispeilsweise
anhand der nachfolgenden Beschreibung und einer Zeichnung beschreiben.
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In der Zeichnung zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine Regel schaltung
bekannter Art zur Wiedergabe tiefer Frequenzen und Fig. 2 die Frequenzgangdiagrame
eines Lautsnrechers ohne die akustische Gegenkopplung sowie der erfindungsgemäßen
Ausführung der Lautsprecherschaltung mit akustischer Gegenkoolung.
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In der Fig. 1 ist die bekannte Regelschaltung dargestellt, in der
im besonderen beispielsweise dem Verstärker 1 ein Frequenzgang zugeordnet ist, der
dem Regelkreis die erfindungsgemäßen Eigenschaften verleiht. Die Summationsstelle
4 kann, wie bei VerstHrkern technisch häufig aus geführtq auch in das Tnnere des
Verstärkers 1 verlegt sein. Für den Fall, das eines der Elemente Verstärker 1 oder
Lautscprecher 2 oder mikrofon 5 oder alle drei eine PhasenArehung von je 180 Grsd
ausgfürhren. muQ der negative
Eingang der Summationsstelle 4 in
einen positiven umgewandelt werden, was jedoch ebenfalls eine erfindungsgemäße Ausführung
des Regelkreises darstellt.
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In Pig. 2 zeigt das Diagramm a) den Frequenzgang eines Lautsprechers
ohne akustische Gegenkopnlung, Diagramm b) einen erfindungsgemäßen Frequenzgang
des aufgeschnittenen Regelkreises. Dieser Frequenzgang wird zum Beispiel erreicht
durch eine entsprechende Anhebung der tiefen Frequenzen im Verstärker 1. Erfindungsgemäß
kann dieser Frequenzgang auch durch akustische Maßnahmen, beisbielsweise durch entsprechende
Ausgestaltung des Lautenrechergehäuses oder des Lautsrechers selbst erzeugt werden.
Drittens kann der erfindungsgemäße Frequenzgag des aufgesiKsittenen Regelkreises
auch durch akustische oder elektrische Maßnahmen am Mikrofon oder auf dem Weg vom
Mikrofon zur Summationsstelle 4 erzeugt werden. In diesem dritten Fall entsteht
ein von der Horizontalen abweichender Frequenzgang des ge'schlossenen Regelkreises,
was jedoch bei Bedarf leicht durch vor den Eingang des Gesamtsystems geschaltete
Entzerrungsschaltglieder beseitigt werden kann und die Vorteile der erfindungsgemäßen
Regelschaltung nicht beeinträchtigt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Mikrofon 3 in der Nähe der
äußeren Einspannung der Lautsprechermembran angeordnet ist, um die in der Lautsprechermitte
bevorzugt abgestrahlten höheren Frequenzen nicht zum Mikrofon gelangen zu lassen,
was die Stabilität des Regelkreises verschlechtern wurde.
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Diagramm c) zeigt einen typischen Frequenzgang des geschlossenen,
erflndungsgemäßen Regelkreises, gemessen im freien Schallfeld.