DE3429147A1 - Anordnung zur akustischen gegenkopplung von lautsprechern - Google Patents
Anordnung zur akustischen gegenkopplung von lautsprechernInfo
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Description
PATENTANWALT DR.-ING. KLAUS DURM KARLSRUHE FEUX-WOTTL-^RASSE 1 a TELEFON 853355
ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT
B 3255/84
1. August 1984
Friedrich Müller, Kaufmann
6650 Homburg
Cranachstraße 25
Cranachstraße 25
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern mit zumindest einem
Mikrophon,.das eine dem vom Lautsprecher erzeugten Schalldruck proportionale Spannung liefert, mit einem Mikrophonverstärker,
mit einer Summierstelle, welche die verstärkte Mikrophonspannung gegenphasig zum Ansteuersignal
des Lautsprechers addiert, mit einem der Summierstelle
nachgeschalteten PI-Regler sowie mit einem nachfolgenden Leistungsverstärker zur Ansteuerung des Lautsprechers.
Durch eine solche Gegenkopplung wird eine Verbesserung des Frequenzganges, des Klirrfaktors und der Impulstreue
des Lautsprechers erzielt, was zu einer naturgetreuen Wiedergabe führt.
Es ist eine Lautsprecherschaltung mit akustischer Gegenkopplung bekannt, bei der das Gegenkopplungssignal mit
30
einem Mikrophon aus dem Schallfeld vor dem Lautsprecher gewonnen wird, dieses Signal gegenphasig zum Ansteuersignal
des Lautsprechers addiert und die Summenspannung über
einen Verstärker dem Lautsprecher zugeführt wird (Deutsche Offenlegungsschrift 31 37 747). Das Mikrophon ist dabei
im Abstand vor dem Lautsprecher angeordnet. Die sich da-
3429U7
raus ergebende Laufzeit des Schalls vom Lautsprecher zum Mikrophon wirkt sich innerhalb des Regelkreises als stark
frequenzproportionale, negative Phasendrehung aus. Dies führt schon bei relativ tiefen Frequenzen zu einer tnangelhaften
Stabilität des Regelkreises, was sich in einer Schwingungsneigung der Schaltung äußert. Diesem Problem
wird durch gezielte Einstellung des Frequenzgangs des offenen Regelkreises zu begegnen versucht.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein stabiles Arbeiten eines Gegenkopplungskreises unter anderem dadurch
zu erreichen, daß der maximale Abstand des Mikrophons von der Membran des Lautsprechers etwa ein Viertel
der Wellenlänge der höchsten gegenzukoppelnden Frequenz beträgt und der minimale Abstand größer als die maximale
Amplitude der Lautsprechermembran ist (Deutsche Offenlegungsschrift
21 41 141). Letztere Bedingung ist notwendig, um ein Anschlagen der Lautsprechermembran am
Mikrophon zu verhindern. Insbesondere bei Verwendung moderner, langhubiger Tiefton-Lautsprechersysteme ergibt
sich hieraus ein Mindestabstand zwischen Mikrophon und Lautsprechermembran im Zentimeterbereich.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern ist, daß sich aus den
unvermeidlichen Laufzeiten des Schalls vom Lautsprecher zum Mikrophon grundsätzlich eine mangelhafte Stabilität
des Regelkreises ergibt, die nur noch schwer beherrschbar ist. Darüberhinaus ergeben sich durch den sich stän-3Q
dig verändernden Abstand zwischen Lautsprechermembran und Mikrophon zusätzliche Amplituden- und Intermodulationsverzerrungen.
Da im Bereich vor der Lautsprechermembran starke Luftströmungen auftreten, nimmt das Mikrophon
ferner unerwünschte Störgeräusche auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern
vorzuschlagen, die die erwähnten Nachteile nicht aufweist; insbesondere soll sich der Gegenkopplungskreis
durch eine verbesserte Stabilität auszeichnen.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von einer Anordnung zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen und gelöst wird sie dadurch, daß das Mikrophon auf der Lautsprechermembran
angebracht ist. Damit bewegt sich das Mikrophon mit der Lautsprechermembran mit; der effektive
Abstand zwischen beiden wird praktisch auf Null reduziert. Die Laufzeit des Schalls zwischen Lautsprecher-
membran und Mikrophon ist vernachlässigbar, sodaß eine negative Auswirkung auf das Stabilitätsverhalten des Gegenkopplungskreises
ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es somit erstmals, das Prinzip
der akustischen Gegenkopplung mittels eines aus dem Schallfeld des Lautsprechers gewonnenen Signals einzusetzen,
ohne damit gleichzeitig nur schwer beherrschbare Probleme hinsichtlich der Stabilität des Regelkreises in
Kauf nehmen zu müssen. Amplituden- und Intermodulationsverzerrungen sind wegen der unveränderlichen Lage des
Mikrophons auf der Lautsprechermembran ebenfalls ausgeschlossen. Da sich das Mikrophon nicht mehr im Bereich
starker Luftströmungen befindet, nimmt es auch weniger
Störgeräusche auf.
Zweckmäßigerweise ist das Mikrophon auf der Vorderseite der Lautsprechermembran angebracht. Hierdurch wird eine
besonders gute Übereinstimmung zwischen abgestrahltem Schall und elektrischem Signal des Mikrophons, insbesondere
bei geschlossenen Lautsprecherboxen, erzielt.
Zur Minimierung von Membran-Nahfeld-Interferenzen und störenden Einflüssen durch Partialschwingungen der Membranoberfläche
ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das Mikrophon im Bereich des Randes der Lautsprechermembran
angebracht.
Wegen ihrer kleinen Abmessungen und ihres geringen GeGewichtes bei gleichzeitig hervorragenden Übertragungseigenschaften
finden vorteilhaft Elektret-Mikrophone zur Anbringung auf der Lautsprechermembran Verwendung.
Da ein Elektret-Mikrophon bei einer Bewegung senkrecht zu seiner Mikrophonmembran auch als Beschleunigungsaufnehmer
wirkt, ist dessen Membran zweckmäßigerweise in der Bewegungsrichtung der Lautsprechermembran angebracht.
Vorteilhaft sind anstelle des einzelnen Mikrophons zwei gleichartige Mikrophone mechanisch antiparallel angeordnet,
wobei deren Mikrophonspannungen elektrisch addiert werden. Hierdurch wird eine weitgehende Kompensation von
Körperschall erreicht.
In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vor der Lautsprechermembran im Bereich des Mikrophons
eine ortsfeste Platte angeordnet. Zum einen schattet diese Platte nicht vom Lautsprecher erzeugte Fremdgeräusche
ab, zum anderen bewirkt sie infolge der Schallreflexionen an ihrer der Lautsprechermembran gegenüberliegenden
Oberfläche eine Erhöhung des Schalldrucks im
Bereich des Mikrophons; hierdurch wird das Verhältnis zwischen Stör- und Nutzsignal des Mikrophons wirksam
verbessert.
Zweckmäßigerweise ist die ortsfeste Platte im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Lautsprechermembran
angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung deckt die feststehende Platte etwa ein Viertel der Fläche der Lautsprechermembran
ab, und das Mikrophon befindet sich ungefähr in der Mitte dieser abgedeckten Fläche. Durch diese
Dimensionierung wird bereits eine deutliche Verbesserung des Störabstandes des Mikrophons erzielt, ohne
dabei die freie Schallabstrahlung des Lautsprechers zu sehr zu behindern.
Eine gute Wirkung der Platte ergibt sich bei einem Mindestabstand zwischen Platte und bewegter Lautsprechermembran
von etwa 1 cm.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;
Fig. 1 eine Anordnung zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern, in einem Prinzipschaltbild,
Fig. 2 einen Lautsprecher mit einem auf der Laut-' Sprechermembran angebrachtem Mikrophon so
wie vorgesetzter Platte, in einer stark vereinfachten, teilweise aufgeschnittenen
Seitenansicht,
Fig. 3 den Lautsprecher gemäß Figur 2, in einer
Vorderansicht.
In Figur 1 ist das Prinzip der akustischen Gegenkopplung eines Lautsprechers 1 dargestellt. Im Schallfeld des
Lautsprechers 1 befindet sich ein Mikrophon 2, das eine dem Schalldruck proportionale Spannung liefert. Nach Ver-Stärkung·
mittels eines Mikrophonverstärkers 3 wird diese Spannung in einer Summierstelle 4 gegenphasig zum Ansteuersignal
des Lautsprechers 1 addiert. Der Summierstelle nachgeschaltet ist ein PI-Regler 5, der so eingestellt
ist, daß er eine Anhebung der tiefen Frequenzen bewirkt, was zur Stabilität des Regelkreises beiträgt.
Ein Leistungsverstärker 6 verstärkt das Ansteuersignal soweit, wie es zum Betrieb des Lautsprechers 1 erforderlich
ist.
Wie Figur 2 beispielhaft verdeutlicht, ist das Mikrophon 2 direkt auf der Vorderseite der Lautsprechermembran
7 angebracht. Gezeigt ist hier eine Anordnung unter Verwendung eines kleinen Elektret-Mikrophones im Bereich
des Randes 8 der Lautsprechermembran 7, dessen Membran in Bewegungsrichtung 9 der Lautsprechermembran 7 angebracht
ist. Die Befestigung des Mikrophons 2 auf der Oberfläche der Lautsprechermembran 7 geschieht im einfachsten
Falle mittels Klebung; es können jedoch auch zusätzliche Befestigungsmittel verwendet werden.
Anstelle des einzelnen Mikrophons 2 können auch mehrere, vorzugsweise zwei Mikrophone angebracht werden, die entweder
mechanisch antiparallel angeordnet oder deren Mikrophonmembranen entgegengesetzt elektrisch polarisiert sein
können.
Durch die Anbringung des Mikrophons 2 unmittelbar auf der Lautsprechermembran 7 ist der wirksame Abstand zwischen
beiden verschwindend gering, sodaß die Laufzeit des Schalls zwischen Lautsprechermembran 7 und Mikro-
phon 2 vernachlässigbar wird. Im Gegenkopplungskreis (vgl. Figur 1) tritt somit keine Totzeit auf, was eine
gegenüber bisher bekannten Anordnungen entscheidende Verbesserung des Stabilitätsverhalten des Regelkreises bewirkt.
Die Stabilität kann durch entsprechende Einstellung des PI-Reglers 5 noch zusätzlich erhöht werden, wobei
es sinnvoll ist, die Frequenzanhebung zu sehr tiefen Frequenzen hin zu begrenzen (sogenannter Gegenhalt).
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Bereich des Mikrophons 2 vor der Lautsprechermembran
7 eine ortsfeste Platte 10 senkrecht zur Bewegungsrichtung 9 angeordnet. In Figur 3 ist die von der Platte
10 abgedeckte Fläche 11 der Lautsprechermembran 7 mit Strichlinien eingezeichnet. Die Fläche 11 beträgt etwa
ein Viertel der Gesamtfläche der Lautsprechermembran 7. Das Mikrophon 2 befindet sich ungefähr in der Mitte der
Fläche 11. Der Abstand der Platte 10 vom Rand 8 der
Lautsprechermembran 7 beträgt bei deren maximaler Auslenkung ungefähr 1 cm. Wie oben bereits erläutert, ergibt
sich durch die Platte 10 ein verbesserter Störabstand des vom Mikrophon 2 aufgenommenen Schal!signals.
-ίο,- 3429H7
if
B 3255/84
1. August 1984
1 Lautsprecher
2 Mikrophon
3 Mikrophonverstärker
4 Summierstelle 5 PI-Regler
6 Leistungsverstärker
7 Lautsprechermembran (von 1)
8 Rand (von 7)
9 Bewegungsrichtung (von 7) 10 Platte
Fläche (auf 7)
Claims (10)
1. August 1984
Patentansprüche
(1·/ Anordnung zur akustischen Gegenkopplung von Lautsprechern
mit zumindest einem Mikrophon, das eine dem vom Lautsprecher erzeugten Schalldruck proportionale
Spannung liefert, mit einem Mikrophonverstärker, mit einer Summierstelle, welche die verstärkte Mikrophonspannung
gegenphasig zum Ansteuersignal des Lautsprechers addiert, mit einem der Summierstelle nachgeschalteten
PI-Regler sowie mit einem nachfolgenden Leistungsverstärker zur Ansteuerung des Lautsprechers, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mikrophon (2) auf der Lautsprechermembran (7) angebracht ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Mikrophon (2) auf
der Vorderseite der Lautsprechermembran (7) angebracht ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , daß das Mikrophon (2) im Bereich des Randes (8) der Lautsprechermembran (7)
angebracht ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als
Mikrophon (2) ein Elektret-Mikrophon Verwendung findet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet,
daß die Membran des Mikro-
■Αι phons (2) in der Bewegungsrichtung (9) der Lautsprechermembran
(7) angebracht ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß ein zweites,
gleichartiges,mechanisch antiparallel angeordnetes Mikrophon vorgesehen ist und die Mikrophonspannungen beider
Mikrophone elektrisch addiert werden.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der
Lautsprechermembran (7) im Bereich des Mikrophons (2)
eine ortsfeste Platte (10) angeordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (10) im wesentlichen
senkrecht zur Bewegungsrichtung (9) der Laut-Sprechermembran (7) angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet , daß die Platte (10) nahezu ein Viertel der Fläche der Lautsprechermembran (7) abdeckt, und das Mikrophon (2) im Bereich der Mitte dieser abgedeckten Fläche (11) vorgesehen ist.
gekennzeichnet , daß die Platte (10) nahezu ein Viertel der Fläche der Lautsprechermembran (7) abdeckt, und das Mikrophon (2) im Bereich der Mitte dieser abgedeckten Fläche (11) vorgesehen ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der Min-
destabstand der Platte (10) von der maximalen Auslenkung der Lautsprechermembran (7) 1 cm beträgt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19843429147 DE3429147A1 (de) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | Anordnung zur akustischen gegenkopplung von lautsprechern |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19843429147 DE3429147A1 (de) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | Anordnung zur akustischen gegenkopplung von lautsprechern |
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ID=6242575
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