DE3223817C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Lautsprecher, der eine elektrisch polarisierte oder polarisierbare Blende enthält, die zwischen zwei perforierten, elektrisch leitfähigen Platten angebracht ist, denen durch zwei Eingangsklemmen ein Audiosignal zugeführt werden kann, sowie ein einen Widerstand und einen Kondensator enthaltendes Frequenzgang-Entzerrungsnetzwerk.

Ein solcher Laut­ sprecher, in dem entweder eine Blende aus Elektretfolie oder eine durch eine äußere Gleichspannung polarisierte Blende zur Umwandlung elektrischer Audiosignale in Schall benutzt wird, ist bekannt, vgl. z. B. JP-A2 52-75 313 oder DE-AS 10 70 228.

Zum guten Verständnis der im Stand der Technik auftretenden Probleme und der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen zum Lösen derselben folgt zunächst eine Übersicht der bekannten Technik.

Bei einem üblichen käuflich erhältlichen elektrostatischen Lautsprecher der kapazitiven Art ist die Kapazität z. B. in der Größenordnung von 2400 pF. Infolge dieser geringen Kapazität ist der Lautsprecher sehr hochohmig. Die Impedanz ist eine reine Reaktans, die mit zunehmender Frequenz abnimmt. Zum Anschließen eines elektrostatischen Laut­ sprechers an einen üblichen, niederohmigen Verstärker ist ein Anpassungstransformator erforderlich. Ein solcher Transformator wird auch "Aufschaukeltransformator" genannt und dient dazu, den niederohmigen Verstärker eine passend niedrige Impedanz finden zu lassen.

Infolge der mit der Frequenz abnehmenden Impedanz ist in der Praxis nur im Bereich der höchsten, wiederzu­ gebenden Frequenzen eine richtige Anpassung möglich. Es ist daher auch vorgeschlagen worden, einen elektrostatischen Lautsprecher in mehrere Systeme aufzuteilen, wobei jedes System für die richtige Impedanz für die höchsten von diesem System wiederzugebenden Frequenzen angepaßt ist. Ein solches System ist imstande, einen akzeptablen Wirkungsgrad zu erzielen.

In der Praxis zeigt es sich, daß die Aufteilung in Frequenzbänder sehr große Probleme mit sich bringt, weshalb solche verhältnismäßig komplizierte Systeme nicht die beabsichtigten, subjektiv zufriedenstellenden Resultate ergeben.

Eine bereits früher vorgeschlagene Lösung, bei der nur eine Blende zum Wiedergeben des vollständigen Frequenzspektrums dient, liegt in der Anwendung eines Frequenzgang- Entzerrungsnetzwerks, das aus der Parallelschaltung eines Widerstands und eines Kondensators besteht und das in eine der Zufuhrleitungen des Lautsprechers eingefügt ist. Das Resultat der Anwendung eines solchen Frequenzgang- Entzerrungsnetzwerks ist jedoch ein beträchtlich abnehmender Wirkungsgrad. Diese bekannte Lösung bringt ferner den großen Nachteil mit sich, daß der absolute Wert der Impedanz, der für die höchsten Frequenzen ohnehin von den meisten Verstärkern nicht problemlos verarbeitet werden kann, noch weiter herab­ sinkt. Es sei hier bemerkt, daß der absolute Wert der Impedanz bei der Niederfrequenzsystemresonanz bei den bekannten Systemen sowohl mit als auch ohne Entzerrungsnetzwerk dermaßen hoch ist, daß Verstärker bestimmter Art, z. B. sehr hochwertige Röhrenverstärker, ernsthafte Fehlanpassung erleiden, wodurch die Qualität verschlechtert wird und außerdem technische Schwierigkeiten zu befürchten sind.

Den üblichen, dynamischen Lautsprechern, bei denen eine z. B. konusförmige Blende von einem elektromagnetischen Antriebssystem vibriert wird, wohnen nicht die vorstehend geschilderten Probleme der elektrostatischen Wiedergabe­ vorrichtungen inne. Die Wiedergabequalität elektrostatischer Lautsprechersysteme wird jedoch in breiten Kreisen als erheblich besser betrachtet als die, welche durch elektro­ dynamische Systeme erzielbar ist, während zudem elektro­ statische Systeme eine wesentlich größere Dynamik ergeben können als elektrodynamische Systeme. Dynamische Systeme haben jedoch den Vorteil eines beträchtlich höheren Wirkungs­ grads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Lautsprecher derart auszu­ bilden, daß der Wirkungsgrad wesentlich erhöht wird und zwar bis zur Größenordnung des Wirkungsgrads elektro­ dynamischer Wiedergabesysteme.

Zum Lösen dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein elektrostatischer Lautsprecher eingangs erwähnter Art mit einem Autotransformator versehen, von dem ein Endanschluß unmittelbar mit einem Eingangsanschluß, der andere End­ anschluß über den Kondensator mit dem anderen Eingangs­ anschluß und die Anzapfung über den Widerstand mit dem anderen Eingangsanschluß verbunden sind. Da der Autotrans­ formator nur für niedrige Frequenzen wirksam ist, kann er verhältnismäßig einfach und billig ausgebildet werden.

Das bekannte Frequenzgang-Entzerrungsnetzwerk hat eine Zeitkonstante, die einer Frequenz im Niedertonbereich der Größenordnung von einigen zehn bis zweihundert Hertz entspricht. Gemäß der Erfindung hat das aus Widerstand und Kondensator gebildete Netzwerk vorzugsweise eine Zeitkonstante der Größen­ ordnung von 40 µs, entsprechend einer Übergangsfrequenz der Größenordnung von 4 kHz.

Um innerhalb bestimmter Grenzen die Frequenzrespons des Lautsprechers an den persönlichen Geschmack, die örtlichen Verhältnisse oder dgl. anzupassen, kann der Auto­ transformator mit einer Anzahl z. B. mittels eines Schalters wählbar mit dem Widerstand verbindbarer Anzapfungen versehen werden. Außerdem können der Widerstand oder der Kondensator oder beide einstellbar ausgebildet werden.

Beim erfindungsgemäßen Lautsprecher wird der absolute Wert der Impedanz in einem kleineren Gebiet begrenzt. Desweiteren kann der Frequenzgang innerhalb bestimmter Grenzen dem individuellen Verlangen angepaßt werden, ohne daß dazu komplizierte und teuere Mittel erforderlich sind.

Auch bestehende elektrostatische Lautsprecher lassen sich durch Anwendung der Erfindung verbessern. Dazu schafft die Erfindung ein Vorschaltnetzwerk mit einem Autotransformator, einem Widerstand und einem Kondensator in der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordung.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1a schematisch einen bekannten, elektrostatischen Lautsprecher ohne Entzerrungsnetzwerk,

Fig. 1b eine graphische Darstellung des absoluten Werts der Impedanz desselben als Funktion der Frequenz,

Fig. 1c den relativen Wirkungsgrad des Laut­ sprechers nach Fig. 1a als Funktion der Frequenz,

Fig. 2a schematisch einen bekannten, elektro­ statischen Lautsprecher mit einem Frequenzgang-Entzerrungs­ netzwerk,

Fig. 2b eine graphische Darstellung des absoluten Werts der Impedanz desselben als Funktion der Frequenz,

Fig. 2c den relativen Wirkungsgrad des in Fig. 2 dargestellten Lautsprechers als Funktion der Frequenz,

Fig. 3a eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Lautsprechers nach der Erfindung,

Fig. 3b eine graphische Darstellung des absoluten Werts der Impedanz desselben als Funktion der Frequenz,

Fig. 3c eine graphische Darstellung des relativen Wirkungsgrads des in Fig. 3a dargestellten Lautsprechers als Funktion der Frequenz,

Fig. 4 einen Autotransformator mit mehreren Anzapfungen und einem Entzerrungsnetzwerk nach der Erfindung zeigen.

Fig. 1 zeigt sehr schematisch einen elektro­ statischen Lautsprecher, der eine durch Vorspannungsklemmen 1, 2 polarisierbare Blende 3 enthält, die zwischen zwei perforierten, elektrisch leitfähigen Platten 4, 5 angebracht ist, denen über einen Transformator 6 mit einer Primär­ wicklung 7 und einer Sekundärwicklung 8 mit Mittenanzapfung ein zwei Eingangsklemmen 9, 10 entstammendes Audiosignal zugeführt werden kann. Der Transformator 6 hat z. B. ein Transformationsverhältnis Primär : Sekundär von 1 : 60. Dadurch erfolgt eine solche Impedanztransformation nach den Eingangsklemmen 9, 10 der Kapazität zwischen den Platten 4, 5, daß der absolute Wert der Impedanz sich mit der Frequenz ändert, wie dies in Fig. 1b angegeben ist. Der höchste Wert von etwa 140 Ohm entspricht der Grundsystemresonanz. Der niedrigste Wert von etwa 2 Ohm liegt im Bereich der höchsten wiederzugebenden Frequenzen. Zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Impedanzwert verhält sich die Impedanz rein reaktiv.

Fig. 1c zeigt den Frequenzgang des in Fig. 1 dargestellten Lautsprechers. Es zeigt sich klar die ansteigende Tendenz, die selbstverständlich mit Rücksicht auf eine naturgetreue Schallwiedergabe im allgemeinen nicht erwünscht ist.

Fig. 2 zeigt einen bekannten, elektrostatischen Lautsprecher, bei dem in der Zufuhrleitung zwischen der Eingangsklemme 10 und der Primärwicklung 7 ein Frequenz­ gang-Entzerrungsnetzwerk angebracht ist, das aus einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12 besteht. Ohne auf weitere Einzelheiten einzugehen, sei auf Fig. 2b hingewiesen, aus der ersichtlich ist, daß die äußersten Zahlen des absoluten Werts der Impedanz noch weiter voneinander entfernt sind als in Fig. 1b für den Lautsprecher nach Fig. 1a ange­ geben ist. Besonders bemerkenswert ist der außerordentlich niedrige Wert von weniger als 2 Ohm, der bei den allerhöchsten Frequenzen auftritt. Ein weiterer, äußerst wichtiger Nachteil dieser Ausbildung ist der, daß der Wirkungsgrad sehr niedrig ist im Vergleich zum Wirkungsgrad des Lautsprechers nach Fig. 1a, wie dies in Fig. 1c dargestellt ist. Für die Kurven der Fig. 1c und 2c ist der gleiche Bezugswert von 9 dB ange­ nommen.

Die Zeitkonstante des Widerstands 11 und des Kondensators 12 hat einen solchen Wert, daß der Kippunkt dieses Netzwerks z. B. bei 80 Hz liegt.

Fig. 3a zeigt einen elektrostatischen Lautsprecher nach der Erfindung. Dieser enthält außer den in der be­ schriebenen, bekannten Technik bekannten Einzelteilen einen Autotransformator 13, von dem ein Endanschluß 14 unmittelbar mit dem Eingangsanschluß 9, der andere Endanschluß 15 durch einen Kondensator 16 mit dem Eingangsanschluß 10 und die Anzapfung 17 über einen Widerstand 18 mit dem Eingangs­ anschluß 10 verbunden sind.

Es sei nunmehr auf die graphische Darstellung des absoluten Impedanzwerts als Funktion der Frequenz, gemessen mit einem Lautsprecher nach Fig. 3a, hingewiesen. Es ist ersichtlich, daß die Zahlen des absoluten Impedanzwerts sich wesentlich weniger ändern als bei der bekannten Technik der Fall ist. In diesem Beispiel, in dem das Wiedergabesystem selbst eine Kapazität von etwa 2400 pF aufweist, der Transformator ein Transformationsverhältnis von 1 : 60 hat, der Widerstand 18 einen Wert von 8 Ohm und der Kondensator 16 einen Wert von 5 µF aufweisen, ist der Maximalwert der Impedanz stets geringer als 70 Ohm, während der niedrigste Wert mehr als 4 Ohm beträgt.

Es sei ferner auf Fig. 3c hingewiesen, aus der deutlich ersichtlich ist, daß ein gradliniger Frequenz­ gang erzielt ist, während der Wirkungsgrad im Vergleich zum Lautsprecher nach Fig. 2 um etwa 6 dB verbessert ist.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine Anzapfung an der Hälfte der Gesamtwicklung gewählt. Auch andere Übersetzungsverhältnisse sind anwendbar, was an Hand der Fig. 4 kurz erörtert wird.

In bezug auf die Wirkungsweise des Lautsprechers nach Fig. 3a sei bemerkt, daß für niedrigere Frequenzen der Kondensator 16 als nicht vorhanden betrachtet werden kann, so daß der Primärwicklung 7 des Aufschaukeltransformators 6 eine zweimal höhere Spannung zugeführt wird als zwischen dem Endanschluß 14 und der Mittenanzapfung 17 vorhanden ist. Für höhere Frequenzen bildet der Kondensator 16 einen Kurz­ schluß, wodurch der Autotransformator 13 gleichsam außer Betrieb gerückt wird. Diese äußerst vereinfachte Darstellung ist durchaus nicht dazu gedacht, die festgestellten, vorzüglichen Eigenschaften des Lautsprechers nach der Erfindung zu erklären; sie dient nur dazu, eine Basis anzugeben, die durch Berechnungen ein gutes Verständnis der Erfindung ergeben kann.

Fig. 4 zeigt einen Autotransformator 19 mit drei Anzapfungen 20, 21, 22, die mit den entsprechenden, fest­ stehenden Kontakten 23, 24, 25 eines Schalters 26 mit Mutterkontakt 27 verbunden sind, der mit dem Widerstand 18 verbunden ist. Es wird einleuchten, daß durch Wahl einer Anzapfung 20, 21 oder 22 mittels des Schalters 26 eine bestimmte Anpassung des Frequenzgangs des Lautsprechers erzielt werden kann. Diese Anpassung bezieht sich auf die niedrigeren Frequenzen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die ge­ schilderten Ausführungsformen. Es sei z. B. auf die Möglichkeit hingewiesen, den Widerstand 18 und/oder den Kondensator 16 veränderlich auszubilden. Der Autotransformator kann auch mit mehreren Anzapfungen oder auch mit einer Anzapfung versehen werden, die nicht der Mitte der Wicklung entspricht.

Selbstverständlich liegen als Kopfhörer benutzte Lautsprecher ebenfalls innerhalb des Rahmens der Erfindung.

Schließlich sei noch auf die Möglichkeit hinge­ wiesen, Elektretsysteme zu benutzen, bei denen keine äußere Vorspannung erforderlich ist, die in den beschriebenen Beispielen den Klemmen 1, 2 zugeführt wird.

Claims (5)

1. Elektrostatischer Lautsprecher mit einer elektrisch polarisierten oder polarisierbaren Blende, die zwischen zwei perforierten, elektrisch leitfähigen Platten angebracht ist, denen über zwei Eingangsklemmen ein Audio­ signal zugeführt werden kann, und mit einem einen Widerstand und einen Kondensator enthaltenden Frequenzgang- Entzerrungsnetzwerk, gekennzeichnet durch einen Autotrans­ formator (13), von dem ein Endanschluß (14) unmittelbar mit einem Eingangsanschluß (9), der andere Endanschluß (15) über den Kondensator (16) mit dem anderen Eingangsanschluß (10) und die Anzapfung (17) über den Widerstand (18) mit dem anderen Eingangsanschluß (10) verbunden sind.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aus Widerstand (18) und Kondensator (16) gebildete Netzwerk eine Zeit­ konstante der Größenordnung von 40 µs hat.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Autotransformator (19) eine Anzahl wählbar mit dem Widerstand (18) verbindbarer Anzapfungen (20, 21, 22) aufweist.

4. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) und/oder der Kondensator (16) einstellbar ist (sind).

5. Vorschaltnetzwerk für einen elektrostatischen Lautsprecher, welches Netzwerk einen Autotransformator (13), einen Widerstand (18) und einen Kondensator (16) in der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.