DE3137747C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecherschaltung zur Verbesserung der Wiedergabe von Schall im Frequenzbereich unterhalb 200 Hz.

Die bekannten Schaltungen zur Verbesserung der Wieder­ gabe von Schall tiefer Frequenzen, wie z. B. zur Erwei­ terung des Übertragungsbereichs oder zum Erreichen eines besonders horizontalen Verlaufs des Frequenzgangs, rei­ chen von einfachen Kompensationsschaltungen bis zu Regel­ schaltungen. Die Kompensationsschaltungen enthalten ein frequenzgangkorrigierendes Netzwerk, das einen elektri­ schen Frequenzgang erzeugt, der möglichst genau invers ist zu dem das Lautsprechers. Die Schaltungen haben den Nachteil, daß Klirrverzerrungen des Lautsprechers nicht kompensiert werden. Die Kompensation des Frequenzgangs gilt außerdem exakt nur bei Abstrahlung des Schalls in das freie Schallfeld bzw. für einen ganz bestimmten Auf­ stellort innerhalb eines ganz bestimmten Abhörraumes, da jeder Abhörraum stark auf das vom Lautsprecher abgestrahl­ te Schallfeld zurückwirkt. Das führt z. B. dazu, daß in kleinen Räumen die tiefen Frequenzen zu schwach, in grö­ ßeren Räumen jedoch zu stark abgestrahlt werden. Eine zu starke Wiedergabe der tiefen Frequenzen ergibt sich auch bei Aufstellung des Lautsprechers in einer Zimmerecke.

Eine gewisse Verbesserung gegenüber der Kompensationsme­ thode wird mit Regelschaltungen erreicht, die eine Bewe­ gungsgröße der Lautsprechermembran, wie z. B. die Beschleu­ nigung, regeln, die wiederum mittelbar mit dem erzeugten Schalldruck zusammenhängt. Mit diesem Prinzip sind die Klirrverzerrungen und der Einfluß der Eigenresonanz des Lautsprechers stark zu verringern. Da jedoch der Schall­ druck nur in einem begrenzten Frequenzbereich proportio­ nal zu der Bewegungsgröße ist, ist ein zusätzliches Kom­ pensationsnetzwerk erforderlich, wenn der Frequenzgang über den proportionalen Bereich hinaus horizontal ver­ laufen soll. Die Rückwirkung des Abhörraumes auf das ab­ gestrahlte 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.

Ein Verfahren, das alle bisher genannten Nachteile weit­ gehend vermeiden könnte, ist prinzipiell bekannt als so­ genannte akustische Gegenkopplung, unter der verstanden wird, daß das dem den Lautsprecher treibenden Verstärker zugeführte elektrische Gegenkopplungssignal mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewon­ nen wird. Bei diesem Verfahren soll der Schalldruck selbst, der ja die gewünschte Ausgangsgröße darstellt, direkt geregelt werden.

Lautsprecherschaltungen mit akustischer Gegenkopplung sind z. B. aus der deutschen Patentschrift 8 30 966 sowie aus der US-Patentschrift 30 09 991 bekannt. Zur Line­ arisierung des Frequenzgangs wird bei diesen das Gegen­ kopplungssignal mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewonnen. Die Schaltung kann als Regel­ kreis aufgefaßt werden und mit dem elektrischen Eingangssi­ gnal als Führungsgröße und dem Schalldruck als Regelgrö­ ße. Obwohl dieses Verfahren eine besonders hohe Wieder­ gabequalität verspricht, da alle unerwünschten Eigenschaf­ ten 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 auf­ grund der Laufzeit des Schalls vom Lautsprecher zum Mi­ krofon Instabilität auftrat: Da sich der Schall nur mit einer relativ geringen Geschwindigkeit ausbreitet, wirkt sich die Laufzeit als starke frequenzproportionale nega­ tive 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.

Die Stabilitätseigenschaften von geschlossenen Regelkreisen werden üblicherweise berechnet durch die Übertragungseigenschaften des aufgeschnittenen Regelkreises, die durch Messung ermittelt werden können. Dazu wird in bekannter Weise der Regelkreis an beliebiger Stelle aufgeschnitten. In Flußrichtung des Signals wird ein Testsignal eingespeist, worauf an dem zweiten Anschlußpunkt die Reaktion des Systems im offenen Zustand gemessen werden kann. Aus den gemessenen Daten kann rechnerisch das Verhalten im geschlossenen Zustand ermittelt werden. Es ist daher üblich, die Eigenschaften von Regelkreisen durch Festlegung der Eigenschaften im aufgeschnittenen Zustand einzustellen. Die obengenannte Phasendrehung von 180 Grad bezieht sich auf einen aufgeschnittenen Regelkreis.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der Instabili­ tätsprobleme bei der Verwendung der akustischen Gegen­ kopplung, um die Schaltung mit guter Wirksamkeit zur Ver­ besserung der Wiedergabe von Schall im tieffrequenten Be­ reich einsetzen zu können. Vor allem soll dadurch auch die Rückwirkung des Abhärraumes auf das abgestrahlte Schallfeld verringert werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch Ver­ wendung einer Lautsprecherschaltung mit akustischer Ge­ genkopplung, wobei das Gegenkopplungssignal mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewon­ nen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang des zur Messung aufgeschnittenen Re­ gelkreises, gemessen im freien Schallfeld, so eingestellt wird, daß er zumindest im Frequenzbereich unterhalb 300 Hz innerhalb eines Oktavabstands um mindestens 3 dB zu tiefen Frequenzen hin ansteigt. Dies kann sowohl durch elektrische als auch durch akustische Hilfsmittel geschehen.

Der Vorteil dieser Maßnahme liegt gegenüber dem Stand der Technik darin, daß die Verstärkung so hoch eingestellt werden kann, daß eine gute Regelung stattfindet, ohne daß es zu Instabilität kommt. Die Wie­ dergabe der tiefen Frequenzen wird damit weitgehend un­ abhängig vom Aufstellort des Lautsprechers. Vorteilhaf­ te Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

Eine Lautsprecherschaltung nach der Erfindung wird bei­ spielsweise anhand der nachfolgenden Beschreibung und einer Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung zeigt im allgemeinen

Fig. 1 eine Regelschaltung bekannter Art zur Wiedergabe tiefer Frequenzen und

Fig. 2 die Frequenzgangdiagramme eines Lautsprechers ohne die akustische Gegenkopplung sowie der erfindungsgemäßen Ausführung der Lautsprecherschaltung mit akustischer Ge­ genkopplung.

In der Fig. 1 ist die bekannten Regelschaltung dargestellt, in der im besonderen beispielsweise dem Verstärker 1 ein Frequenzgang zugeordnet ist, der dem Regelkreis die er­ findungsgemäßen Eigenschaften verleiht. Die Summations­ stelle 4 kann, wie bei Verstärkern technisch häufig aus­ geführt, auch in das Innere des Verstärkers 1 verlegt sein. Für den Fall, daß eines der Elemente Verstärker 1 oder Lautsprecher 2 oder Mikrofon 3 oder alle drei eine Phasendrehung von je 180 Grad ausführen, muß der negative Eingang der Summationsstelle 4 in einen positiven umge­ wandelt werden.

In Fig. 2 zeigt das Diagramm a) den Frequenzgang eines Lautsprechers ohne akustische Gegenkopplung, 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 Maßnah­ men, beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung des Lautsprechergehäuses oder des Lautsprechers selbst erzeugt werden. Drittens kann der erfindungsgemäße Fre­ quenzgang des aufgeschnittenen 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 Hori­ zontalen abweichender Frequenzgang des geschlossenen Re­ gelkreises, was jedoch bei Bedarf leicht durch vor den Eingang des Gesamtsystems geschaltete Entzerrungsschal­ glieder beseitigt werden kann und die Vorteile der er­ findungsgemäßen Regelschaltung nicht beeinträchtigt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Mikrofon 3 in der Nähe der äußeren Einspannung der Lautsprechermembran angeordnet ist, um die in der Lautsprechermitte bevor­ zugt abgestrahlten höheren Frequenzen nicht zum Mikro­ fon gelangen zu lassen, was die Stabilität des Regelkrei­ ses verschlechtern würde.

Diagramm c) zeigt einen typischen Frequenzgang des ge­ schlossenen, erfindungsgemäßen Regelkreises, gemessen im freien Schallfeld.

Claims (5)

1. Lautsprecherschaltung mit akustischer Gegenkopplung, wobei das Gegenkopplungssignal mit einem Mikrofon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang des zur Messung aufgeschnittenen Regel­ kreises, gemessen im freien Schallfeld, so einge­ stellt wird, daß er zumindest im Frequenzbereich un­ terhalb 300 Hz innerhalb eines Okatvabstands um min­ destens 3 dB zu tiefen Frequenzen hin ansteigt.

2. Lautsprecherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des Frequenzgangs zu tiefen Frequenzen hin durch ein elek­ trisches Netzwerk erreicht wird.

3. Lautsprecherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des Frequenzgangs zu tiefen Frequenzen hin durch mecha­ nisch-akustische Maßnahmen am Lautsprecher oder am Mi­ krofon erreicht wird.

4. Lautsprecherschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg zu tiefen Frequenzen hin auf dem Weg vom Schallfeld über das Mikrofon bis zur Summations­ stelle (4) des Regelkreises erzeugt wird und der da­ durch entstehende Frequenzgang des geschlossenen Regel­ kreises kompensiert wird durch ein vor das Gesamtsystem geschaltetes Entzerrungsnetzwerk.

5. Lautsprecherschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon in unmittelbarer Nähe der äußeren Einspannung der Lautsprechermembran angeordnet ist.