DE3304402C1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Aufteilung eines elektrischen Frequenzgemischs auf mehrere Teilfrequenzbänder insbesondere bei Frequenzweichen für Mehrweglautsprecherkombinationen - Google Patents

Description

• Im Folgenden wird die Erfindung unter Zuhilfenahme einer schematischen Schaltung in F i g. 3 näher beschrjeben.
• Das Originaleingangssignal 0 wird über die Leitung 0 dem Filtersatz 1 zugeführt. Die Filter in üblicher Bauart, Hochpaß - Bandpaß - Tiefpaß mit beliebiger Flankensteilheit und mit beliebiger Übergangsfrequenz, teilen das Originalsignal auf in Hochton-, Mittelton- und Tieftonbereich, die in den Leitungen Hl, Ml, T1 aus dem Filtersatz 1 heraus und bis zu den Addiergliedern AH, Az1 und Arweitergeführt werden.
• Von H, Ml, T, zweigen die Leitungen H2, M2 und T2 ab, die den Hochton-, Mittelton- und Tieftonbereich nach dem Filtersatz 1 dem Summierer Szuleiten, wo sie wieder zusammengeführt und über die Leitung Z dem Komparator K am negativen Eingang zugeleitet werden. Am positiven Eingang des Komparators K wird über die Zuleitung 02 das Originalsignal zugeführt und im Komparator K mit dem wieder zusammengeführten Signal aus der Zuleitung Z so verglichen, daß bei Unterschieden, also Fehlern, die durch den aktiven Filtersatz 1 hervorgerufen werden, ein Differenzsignal (Korrektursignal) erzeugt wird, das über die Leiterbahn D dem Filtersatz 2, der vorzugsweise einen identischen Aufbau wie Filtersatz 1 hat, zugeführt wird. Hier wird das Differenzsignal wieder aufgeteilt in die wirksamen Bereiche Differenzhochton, Differenzmittelton und Differenztiefton und über die Leiterbahnen DH, DM und Dr den Additionsgliedern AH, AM, AT in den Leitungen 1A, M1 und T1 zugeführt und den frequenzmößig entsprechenden Ausgangssignalen des Filtersatzes 1 hinzugefügt.
• Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß, wenn Fehler im Hochtonbereich nach dem Filtersatz 1 auftreten, sie auch im Hochtonbereich korrigiert werden (Entsprechendes gilt für den Mittel- und Baßbereich), oder daß, wenn Fehler im Übergangsbereich vom Hoch- zum Mittelton- oder vom Mittelton- zum Baßbereich erfolgen, die sich bereits teilweise elektrisch wieder auslöschen, nur ein dem übrigbleibenden resultierenden Fehler entsprechendes Korrektursignal erzeugt wird, und dieses sich wiederum richtig auf die unterschiedlichen Frequenzbänder, wo die Korrektur auch akustisch verarbeitet werden kann, verteilt.
• Bauteiltoleranzen oder die Veränderung der elektrischen Werte durch eine stark wechselnde Betriebstemperatur werden weitestgehend ausgeglichen. Versuche haben gezeigt, daß auch systematische Fehler wie z. B.
• eine um eine Oktave verschobene Übergangsfrequenz oder ein um 100% falsch dimensioniertes Bauteil voll kompensiert werden. Sogar wenn ein Filter z. B. der Hochpaß in Filtersatz 1 ausfällt, wird durch den Vergleich mit dem Originalsignal und der Korrektur dieser Frequenzanteil wieder ergänzt, wobei zusätzlich noch die Einschwingfehler in den anderen Zweigen des Filtersatzes 1 durch die Korrekturstufe mit anschließender Frequenzaufteilung im richtigen Frequenzband kompensiert werden.
• Der in F i g. 3 strichpunktierte Bereich (.-.-.-) kann als Korrekturstufe KS1 aufgefaßt werden, und es sind eine zweite KS2 oder noch mehr Korrekturstufen Kr;, die gleich wie KS aufgebaut sind, durch immer wieder neuen Vergleich mit dem Originalsignal hintereinander wie in einem Iterationsprozeß anzuordnen. Dies ist aber nach unseren Messungen bei Audiofrequenzweichen kaum nötig.
• Durch die enorme Verbilligung der aktiven Bauteile ist diese verbesserte aktive Weiche trotz größerer Bauteilanzahl noch preiswerter als eine passive entsprechende Weiche, die aber von der Qualität her gar nicht damit verglichen werden kann.
• Auch eine beliebige Anzahl von Teilfrequenzbändern ist möglich, ebenso Flankensteilheiten von 6 bis 32 dB und darüber, wobei die Überschwinger und auch alle anderen Ein- und Ausschwingfehler bei Impulsbelastung in der Gesamtheit des Summensignals immer voll kompensiert werden.
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Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ausbildung eines elektrischen Frequenzgemischs auf mehrere Teilfrequenzbänder mittels eines Filtersatzes bestehend aus mehreren Filtern mit gemeinsamen Eingang, wobei die Ausgangssignale der Filter des Filtersatzes durch ein Summierglied wieder zusammengeführt werden und das wieder zusammengeführte Signal mit dem Originalsignal an einem Komparator verglichen und ein Differenzsignal erzeugt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Differenzsignal einem zweiten Filtersatz bestehend aus mehreren Filtern mit gemeinsamen Eingang zugeführt wird und dessen Ausgangssignale als Korrektursignale über Additionsglieder jeweils den frequenzmäßig entsprechenden Ausgangssignale des ersten Filtersatzes zuaddiert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels eines ersten Filtersatzes aufgeteilten Teilfrequenzbänder ein zweites, drittes oder mehrere Male nacheinander nochmals fein-bzw. feinst korrigiert werden, in der Weise, daß die bereits ein oder mehrmals korrigierten Teilfrequenzbänder wieder zusammengeführt und jeweils wieder mit dem Originalsignal verglichen und anfallende Korrektursignale über einen dritten, vierten oder mehrere Filtersätze den entsprechenden, bereits korrigierten, Teilfrequenzbändern des ersten Filtersatzes zuaddiert werden.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzaufteilung in Filterstufe 1 und 2 im Wesentlichen gleich ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtersatz 2 identisch mit dem Filtersatz 1 aufgebaut ist.
5. 5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

   Immer wenn ein breitbandiges Signal von einem einzigen Wandler nicht gut genug übertragen oder verarbeitet werden kann, muß eine Aufteilung des Gesamtfrequenzbereichs in Teilbereiche erfolgen, für die dann spezielle optimierte Wandler die qualitätsmäßig gute Übertragung der Teilfrequenzbereiche und diese zusammengenommen wieder die gute Qualität des Gesamtfrequenzbandes ermöglichen. Bei Lautsprecherkombinationen erfolgt die Aufteilung des gesamten hörbaren Tonfrequenzbereichs von 20-20 000 Hz z. B.

   durch eine Frequenzweiche im Hochton-, Mittel- und Baßbereich mit den nachgeschalteten speziellen Hochton-, Mittel- und Baßlautsprechern.

   Solche Frequenzweichen sind aus mehreren Filtern wie Hochpaß, beliebig vielen Bandpässen und Tiefpaß zusammengesetzt.

   Alle Filter erzeugen durch Bandbegrenzung naturgemäß bei Impulsen Einschwingverzerrungen. Diese Fehler sind bei Filtern erster Ordnung (Besselfilter) nicht so groß wie bei Filtern höherer Ordnung mit größerer Flankensteilheit (Butterworth, Tschebysche Auch wenn kein analoges, sondern ein digitales Signal verarbeitet wird, arbeiten die Filter nach dem gleichen Prinzip der Bandbegrenzung, und es treten auch hier die gleichen Überschwinger und Nachschwinger bei plötzlicher Impulsbelastung auf.

   Bei passiven Lautsprechern werden die Filter aus passiven Bauteilen (Widerstände, Kondensatoren, Spulen) gebildet, bei aktiven Boxen erfolgt der Filteraufbau aus aktiven Bauteilen wie Operationsverstärkern.

   Passive Filter, nach dem Endverstärker angeordnet, haben Nachteile: a) Leistungsverluste b) Sie vermindern die Dämpfung der Membranbewegungen durch den Innenwiderstand des Verstärkers.

   c) Große Fehler bei Impulsbelastung in der Sprungantwort d) Nichtlinearitäten e) Ungleiche Phasenlage in den Teilfrequenzbändern.

   Aktive Filter verbessern die Punkte a, b, d, e sehr stark, aber auch hier sind naturgemäß Fehler bei der Impulsantwort feststellbar.

   Aber auch durch Bauteiltoleranzen, unterschiedliche Betriebstemperaturen oder nicht exakt festgelegte Übergangsfrequenzen entstehen Fehler, die auch bei aktiven Filtern nach dem heutigen Stand der Technik voll den Lautsprechern zugeleitet werden. Eine Schaltung gemäß diesem bekannten Stand der Technik ist in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung dargestellt.

   Ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 ist bekannt aus der deutschen Auslegeschrift 24 13 640. Dort ist eine aktive Filterschaltung gezeigt, bei der im Hoch- und Tieftonbereich je ein Filter angeordnet ist und der Mitteltonbereich aus dem Originalsignal durch Subtratkion des Hoch- und Tieftonbereichs gewonnen wird. Diese bekannte Schaltung ist in F i g. 2 der vorliegenden Anmeldung dargestellt.

   Aber auch hier werden z. B. Sprungantworten die Filterfehler zwar in der Summe des elektrischen Signals nach der Filterstufe ausgeglichen, aber akustisch nicht verhindert,weil Fehler des Hoch- oder Tieftonbereichs, die im Mitteltonbereich korrigiert werden sollen, vom Mitteltöner gar nicht mehr verarbeitet werden können und auf diese Weise genauso akustisch wirksam werden wie die Fehler der Schaltung nach Fig. 1.

   Für hochwertige Lautsprecherchassis und besonders dann, wenn im Anschluß an die Weiche in den einzelnen Teilfrequenzbändern in einer Schaltung nach dem deutschen Patent 31 30 353 das Verfahren zur Verbesserung der Einschwingvorgänge von Lautsprechermembran verwirklicht werden soll, ist es wichtig, bereits von der Weiche her ein vollkommen einwandfreies Signal zu bekommen. In einer im HiFi-Sektor bereits eingeführten digitalen Übertragungskette sind die Verfälschungen durch die Massenträgheit der Membranen und die Fehler der Frequenzweiche die letzten wirksamen und hörbaren technischen Fehler.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Frequenzaufteilung und eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die Verzerrungen insbesondere bei steilen Impulsen weitgehend vermeidet. Dies wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

   Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.