DE3853232T2

DE3853232T2 - Antriebsapparat für dynamischen Lautsprecher.

Info

Publication number: DE3853232T2
Application number: DE3853232T
Authority: DE
Inventors: Kenji Yamaha Corporat Yokoyama
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2008-05-31
Also published as: EP0293806A2; DE3853232D1; EP0293806A3; EP0293806B1; US5031221A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf einen Antriebsapparat für dynamischen Lautsprecher, und insbesondere auf eine Treiberschaltung für einen dynamischen Lautsprecher, der die Tonverzerrungen eines dynamischen Lautsprechers zu reduzieren vermag.
Üblicherweise ist eine Rückkopplungsschaltung zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Leistungsverstärkers a geordnet, der in einer Verstärkereinheit eines Audiogerätes vorgesehen ist. Mittels dieser Rückkopplungsschaltung ist es möglich, die Rauschpegel und Verzerrungsomponenten zu reduzieren, die in einem Ausgabesignal des Leistungsverstärkers enthalten sind.
Zusätzlich kann die Verstärkereinheit des Audiogerätes auch mit einer Bewegungsrückkopplungsschaltung (im folgenden als MFB (motional feedback)-Schaltung bezeichnet) ausgerüstet sein, die ein Signal rückkoppelt, das einer Schwingung eines dynamischen Lautsprechers entspricht, um eine Verzerrung beim Betrieb des Lautsprechers zu reduzieren. Theoretisch muß eine Bewegungsspannung einer Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers zugeführt werden, und die MFB-Schaltung koppelt diese Bewegungsspannung an den Eingang des Leistungsverstärkers negativ zurück.
Die vorher erwähnte Bewegungsinpedanz kann durch ZM einer elektrischen Äquivalenzschaltung des in Fig. 1 gezeigten dynamischen Lautsprechers (im folgenden einfachheitshalber als ein Lautsprecher bezeichnet) repräsentiert werden. In Fig. 1 bezeichnet Rv eine Gleichstrom-Widerstandskomponente einer Tonspule, und Lv bezeichnet eine induktive Komponente der Tonspule. In Fig. 2 kennzeichnet eine durchgezogene Linie eine dem dynamischen Lautsprecher zugeführte Spannung Vi, während eine strichlierte Linie eine Bewegungsspannung VM bezeichnet, die bei der äquivalenten Bewegungsimpedanz ZM entsteht, die für ein Schwingungssystem des dynamischen Lautsprechers repräsentativ ist. Die Betriebsverzerrung des Schwingungssystems des Lautsprechers repräsentiert eine Einschwingverhaltenskomponente der Bewegungsspannung VM.
Wenn die MFB-Schaltung bei dem dynamischem Lautsprecher vorgesehen ist, muß die negative Rückkopplung extrem groß bei den Frequenzen in der Nähe der niedrigsten Resonanzfrequenz des dynamischem Lautsprechers sein. Daher wird es vermieden, eine zu große negative Rückkopplung für die MFB-Schaltung vorzusehen. Im allgemeinen weist die Frequenzcharakteristik des mit einer MFB-Schaltung ausgestatten dynamischen Lautsprechers die Tendenz auf, daß der Frequenzgang bei niederen Frequenzen leicht herabgesetzt werden muß, auf die die negative Rückkopplung konzentriert werden muß. Um zu verhindern, daß dieser Frequenzgang bei niederen Frequenzen herabgesetzt wird, ist üblicherweise eine Kompensationstiefpaßfilterschaltung (d.i., eine Kompensations-LPF-Schaltung) an der Eingangsseite des dynamischen Lautsprechers vorgesehen, so daß der Frequenzgang bei niederen Frequenzen angehoben wird. Es ist jedoch unmöglich, eine vollkommene Kompensation mit dieser LPF-Schaltung zu erhalten.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher, die die vorher erwähnte Kompensations-LPF-Schaltung aufweist. In Fig. 3 ist eine Rückkopplungsschaltung 2 zwischen die Eingangs- und Ausgangsseiten eines Leistungsverstärkers 1 geschaltet. In diesem Fall wird ein Rückkopplungsverhältnis b der Rückkopplungsschaltung 2 kleiner eins gesetzt, während der Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers 1 größer eins gesetzt wird. Ein dynamischer Lautsprecher 3 und drei Widerstände 4 bis 6 bilden eine Brückenschaltung 7. Ein Ausgabesignal Es dieser Brückenschaltung 7 entspricht in der Zeichnung der Bewegungsspannung des Lautsprechers 3, und dieses Signal Es wird durch einen Transformator 8 nachgewiesen. Ein Teil des von dem Transformator 8 ausgegebenen Nachweissignals wird zu der Eingangsseite des Leistungsverstärkers 1 rückgekoppelt. In der in Fig. 3 gezeigten Schaltung stellen die Widerstände 4 bis 6 und der Transformator 8 die MFB-Schaltung dar.
Zusätzlich ist eine Kompensations-LPF-Schaltung 9 an der Eingangsseite des Leistungsverstärkers 1 vorgesehen, und ein Abfallen der Niederfrequenzeigenschaften der in Fig. 3 gezeigten Schaltung wird durch die MFB-Schaltung verbessert und kompensiert. Was genauer ausgedrückt heißt, daß die Kompensationsschaltung 9 den Signalpegel des Eingabesignals Vi im Niederfrequenzbereich angemessen anhebt, und das Abfallen der Niederfrequenzcharakteristik wird verbessert.
Die MFB-Schaltung, die in der konventionellen Tonverstärkereinheit verwendet wird, wird ausschließlich zur Reduzierung der Verzerrungen und des Rauschens verwendet, die in einem von dem Leistungsverstärker ausgegebenen Signal enthalten sind. Diese MFB-Schaltung wird jedoch nicht verwendet, um überhaupt Verzerrungen aufgrund des Einschwingverhaltens des Schwingungssystems des Lautsprechers vollkommenen zu eliminieren. Kurz gesagt, der Hauptabschnitt der konventionellen Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher ist der negative Gegenkopplungsabschnitt, und die MFB-Schaltung wird nur als eine Hilfsschaltung der Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher verwendet.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die MFB-Schaltung eine Nachweisschaltung, die durch den Transformator und der nur aus Widerständen bestehende Brückenschaltung gebildet wird. Daher ist eine durch diese Nachweisschaltung nachgewiesene Nachweisspannung genau genommen nicht identisch mit der Bewegungsspannung. Mit anderen Worten, die Nachweisspannung und die Bewegungsspannung sind unterschiedlich in der Wellenform, dem Maximalwert und der Phase. Aus diesem Grund ist es natürlich unmöglich, eine große negative Rückkopplung zu schaffen, und die Gesamtfrequenzcharakteristik muß unregelmäßig variiert werden. Daher müssen die Charakteristiken, die der Kompensations-LPF-Schaltung geliefert werden, äußerst kompliziert werden, so daß es unmöglich ist, die Frequenzcharakteristik des dynamischen Lautsprechers genau zu kompensieren. Die konventionelle Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher kann daher nur die Schaltung vorsehen, die den Ausgabepegel im Niederfrequenzbereich angemessen anheben kann.
Wie bereits beschrieben, ist es bei der konventionellen Tonvertärkereinheit unmöglich, alle Verzerrungen aufgrund des Einschwingverhaltens des Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers vollkommen auszuschalten.
Die konventionelle MFB-Schaltung kann indessen einen Drucksensor, einen Temperatursensor, ein Mikrophon oder andere Sensoren verwenden, um die Bewegungsspannung festzustellen. Anstelle der Verwendung der vorher erwähnten Sensoren, kann eine Brückenschaltung zum Feststellen der an einer Tonspule des Lautsprechers entstandenen Bewegungsspannung verwendet werden, wie bereits beschrieben. Diese Techniken sind in einer in Japan veröffentlichten Monatszeitschrift "Radio Technique" offenbart; beispielsweise, Oktoberausgabe und Novemberausgabe 1984, und Februarausgabe 1985.
Bei der vorher erwähnten MFB-Schaltung, die Sensoren verwendet, muß daher beispielsweise eine Phasendrehung eines Nachweisausgabewertes dieses Sensors angehoben werden. Daher muß die Rückkopplung aufgrund der Leistungsfähigkeit des Sensors begrenzt werden. Wenn die Rückkopplung zu groß eingestellt ist, wird die MFB-Schaltung von selbst oszillieren. Folglich weist die konventionelle MFB-Schaltung den Nachteil auf, daß der Verzerrungsreduzierungseffekt des Lautsprechers klein werden wird.
Andererseits hat die die Brückenschaltung verwendende MFB-Schaltung den Nachteil, daß ihre Schaltungsbauweise kompliziert sein muß.
Wie bereits beschrieben, muß die konventionelle Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher, die die MFB-Schaltung anwendet, die Bewegungsspannung nachweisen. Aus diesem Grund ist es unmöglich, die Verzerrung des Lautsprechers ausreichend zu reduzieren.
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung eine Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher zu schaffen, die die Bewegungsspannung genau feststellen kann und dann die nachgewiesene Bewegungsspannung zu 100% negativ rückkoppeln kann, so daß die Verzerrungen aufgrund des Einschwingverhaltens des Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers vollkommen eliminiert werden.
Es sind verschiedene Arten von Treiberschaltungen für dynamische Lautsprecher entwickelt worden. Ein Beispiel einer Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher ist in dem Dokument EP-A-0 181 608 dargestellt, in dem ein Leistungsverstärker offenbart ist, der ein konventioneller Leistungsverstärkerblock nach dem Stand der Technik sein kann. In dem gleichen Dokument werden Hoch- und Niederfrequenzkorrektursignalkomponenten entwickelt, indem ein Programmsignal einer sowohl induktive als auch kapazitive Komponenten aufweisenden Referenzlast oder diese Komponenten simulierenden Schaltungen zugeführt wird, die vorzugsweise zur Kompensation und zur Erzeugung eines Nullkorrektursignal aus dem System bei etwa der Nominalimpedanzfrequenz der meisten Lautsprechersysteme von 400 Hz abgestimmt sind. Ein Nachweis der Bewegungsspannung mit der höchst möglichen Genauigkeit und folglich eine vollkommene Korrektur der nachgewiesenen Bewegungsspannung mittels einer negativen Rückkopplung dieser Treiberschaltung für Lautsprecher ist aus diesem Dokument nicht bekannt.
Ein ähnliches Problem ist in dem Dokument erwähnt "Journal of the Audio Engineering Society", Vol. 33, Nr. 6, Juni 1985, Seiten 430-435, US; J.A.M. Catrysse: "On hte design of some feedback circuits for loudspeakers", das sich auf Rückkopplungsschaltungen für Lautsprecher bezieht, die von einem Leistungsverstärker betrieben werden. Eine Gesamtschaltung für Lautsprecherrückkopplung weist zwei Proportional-Integral (PI)-Regler auf, nämlich einen mechanischen und einen elektrischen, die aus rauscharmen Operationsverstärkern mit hohem Verstärkungsfaktor gebaut sind. Die Abstimmung dieser zwei PI-Regler, die mittels einer Rechteckswelle durchgeführt wird, wird bei der Stromrückkopplungsschaltung und dann bei der mechanischen Rückkopplungsschaltung ausgeführt. Jedesmal wenn die Steuerparameter abgestimmt werden, um die bekannte Stufenantwort zu liefern, kann ein Überschießen von über 4% nicht vermieden werden. Somit wird eine 100% negative Rückkopplung der nachgewiesenen Bewegungsspannung nicht erreicht und eine vollkommene Eliminierung der Verzerrungen aufgrund des Einschwingverhaltens des Schwingungssystems des Lautsprechers ist nicht möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsapparat für dynamische Lautsprecher geschaffen, der folgendes aufweist:
(a) einen Verstärker, der eine große offene Rückkopplungsschleifenverstärkung zum Betreiben eines dynamischen Lautsprechers aufweist; und
(b) Eingabemittel, um ein Eingangssignal an einen Eingangsanschluß dieses Verstärkers über eine Filterschaltung zu liefern, die eine Spannungsduchlaßcharakteristik gegen eine äquivalente Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers elektrisch simuliert,
charakterisiert durch die Bereitstellung von:
(c) Nachweismittel, um eine Bewegungsspannung nachzuweisen, die der äquivalenten Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers zugeführt wird; und
(d) Rückkoplungsmittel, um die Bewegungsspannung an den Eingabeanschluß des Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor negativ rückzukoppeln.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offenkundig unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung klar dargestellt ist.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Äquivalenzschaltung des Lautsprechers zeigt.
Fig. 2 zeigt Wellenformen der dem Lautsprecher zugeführten Eingangsspannung und der Bewegungsspannung, die der äquivalenten Bewegungsinpedanz des Schwingungssystems des Lautsprechers zugeführt wird.
Fig. 3 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Bauweise der konventionellen Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher zeigt.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das das Grundbauschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figuren 5A und 5B und Figuren 6A bis 6C zeigen Frequenzgangkurven zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 4.
Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Bauweise der Ausführungsform von Fig. 4 zeigt.
Fig. 8A und 8B sind Schaltpläne zur Erläuterung der Funktion einer in Fig. 7 gezeigten Brückennachweisschaltung.
Fig. 9 ein Schaltplan, der die wesentliche Bauweise der Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher gemäß einer weiteren Treiberschaltungsanordnung zeigt.
Fig. 10 ist ein Schaltplan, der die Treiberschaltungsanordnung von Fig. 9 zeigt.
Fig.11 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines wesentlichen Abschnitts der Treiberschaltungsanordnung von Fig. 9 zeigt.
Fig. 12 ist ein Schaltplan, der die konkrete Bauweise der Anordnung von Fig. 9 zeigt.
Fig. 13 ist ein Schaltplan, der ein modifiziertes Beispiel der Anordnung von Fig. 9 zeigt.
Fig. 14A bis 14C sind graphische Darstellungen, die Frequenzkurven zeigen zur Erläuterung der Betriebsweise der in Fig. 13 gezeigten Schaltung.
Fig. 15 ist ein Schaltplan, der eine weitere Treiberschaltungsanordnung für Lautsprecher zeigt.
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die Frequenzkurven der Anordnung von Fig. 15 zeigt.
Fig. 17 ist ein Schaltplan, der ein konkrete Bauweise der Filterschaltung 110 der Anordnung von Fig. 15 zeigt.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit Fig. 4 bis 8A beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bei den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen.
Zunächst erfolgt die Beschreiben einer Grundbauweise einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das das Grundbauschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 4 wird die Bewegungsspannung VM der äquivalenten Bewegungsimpedanz ZM des Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers 23 zugeführt, und diese Bewegungsspannung VM wird direkt einem invertierenden Eingangsanschluß des Leistungsverstärkers 21 zugeführt, wobei die Bewegungsspannung VM mit 100% negativ rückgekoppelt wird. Ein System AP, das aus dem Leistungverstärker 21 und dem dynamischen Lautsprecher 23 besteht, kann als ein äquivalenter Spannungsverstärker mit einem Spannungsverstärkungsfaktor "1" gegenüber der Bewegungsimpedanz ZM betrachtet werden.
Zudem bezeichnet 20 eine Bandpaßfilter (BPF)-Schaltung, die aus Eingabemitteln der ersten Ausführungsform besteht. Die Gründe für das Vorsehen einer derartige BPF- Schaltung 20 werden im folgenden beschrieben.
Wenn eine konstante Spannung dem Eingabeanschluß des dynamischen Lautsprechers zugeführt wird, um den dynamischen Lautsprecher mit konstanter Spannung zu betreiben, ist es generell möglich, eine flache Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenz zu erhalten, wie in Fig. 5A gezeigt. Für diesem Fall kann ein Verhältnis der Bewegungsspannung VM zu der Frequenz in dem dynamischen Lautsprecher nach Fig. 6A gezeigt werden. In den Figuren 6A bis 6C repräsentiert jeder der schraffierten Teile die augenblickliche akustische Energie.
Wenn andererseits die Bewegungsspannung VM zu 100% negativ rückgekoppelt wird, wird die Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenz nicht flach und der Tondruck muß in dem niedrigen Frequenzbereich erniedrigt werden, wie in Fig. 5B gezeigt. Für diesen Fall wird das Verhältnis von Bewegungsspannung VM zu Frequenz so sein, wie in Fig. 6B gezeigt, wobei die Bewegungsspannung VM direkt genau dem Eingabesignal Vi entspricht, und somit die Variation der Bewegungsspannung selbst exakt unterdrückt wird. Folglich wird verhindert, daß die Verzerrungen beim Betrieb des Lautsprechers erzeugt werden. Falls jedoch die Bewegungsspannung VM zu 100% negativ rückgekoppelt wird, wie in Fig. 6B gezeigt, wird die Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenz nicht flach, wie in Fig. 5B gezeigt. Aus diesem Grund wird die Wellenform des Eingabesignals Vi durch die BPF-Schaltung 20 modifiziert, wie in Fig. 6C gezeigt, so daß die Wellenform der Bewegungsspannung VM äquivalent zu der im Fall von Fig. 5A gezeigten Wellenform wird. Mit anderen Worten, die an der Eingangsseite des Leistungsverstärkers 21 vorgesehene BPF-Schaltung 20 ist die Schaltung, die die Spannungsübertragungscharakteristik gegen die Bewegungsimpedanz des Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers 23 elektrisch simulieren kann. Aufgrund dieser BPF-Schaltung 20 kann die mit der MFB- Schaltung ausgerüstete Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher die flache Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenz zeigen, wie in Fig. 5A gezeigt.
Wie bereits beschrieben, weist die Ausführungsform einen Schaltungsbau auf, der mit dem System ausgestattet ist, bei dem die Bewegungsspannung VM zu 100% zwischen dem Leistungsverstärker 21 und dem dynamischen Lautsprecher 23 negativ rückgekoppelt ist. Aufgrund dieses Systems kann die Ausführungsform die Verzerrungen vollkommen beseitigen, die durch das Einschwingverhalten des Schwingungssytems des dynamischen Lautsprechers 23 verursacht werden. Zudem simuliert die Ausführungsform die Spannungsübertragungscharakteristiken des konventionellen dynamischen Lautsprechers an der Eingangsseite des Leistungsverstärkers 21.
Es folgt nun die detaillierte Beschreibung für die Ausführungsform im Zusammenhang mit Fig. 7, 8A und 8B. Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Bauweise der Ausführungsform zeigt.
In Fig. 7 steht ein erster festliegender Anschluß 11a des variablen Widerstands 11 mit einem Signaleingabeanschluß 10 über einen Widerstand 12 in Verbindung, während sein zweiter festliegender Anschluß 11b mit einem ersten Anschluß des Widerstands 13 verbunden ist. Zusätzlich ist ein Schiebeanschluß 11c des variablen Widerstands 11 mit einem Eingangsanschluß des Leistungsverstärkers 14 verbunden. In diesem Fall bezeichnet ein Widerstandswert Ra einen Widerstandswert, der durch den Widerstandswert des Widerstands 12 und den Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 11a und 11c des variablen Widerstands 11 entsteht, während der Widerstandswert Rb den Widerstandswert bezeichnet, der durch den Widerstandswert des Widerstands 13 und den Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 11b und 11c des variablen Widerstands 11 entsteht. Der Verstärker 14 ist so konzipiert, daß er einen Spannungsverstärkungsfaktor "+1" aufweist. Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 14 ist mit einem ersten Anschluß des Kondensators 15 (mit einem Kapazitätswert CO) verbunden, während ein zweiter Anschluß des Kondensators 15 mit einem ersten Anschluß des Widerstands 16 (mit einem Widerstandswert RO) verbunden ist. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 16 ist über eine Parallelschaltung geerdet, die aus einem Widerstand 17 (mit einem Widerstandswert RO) und einem Kondensator 18 (mit einem Kapazitätswert CO) besteht, und ist dann mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers 19 verbunden. Dieser Verstärker 19 ist so konzipiert, daß er einen Spannungsverstärkungsfaktor "+3" aufweist. Zusätzlich ist ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 19 mit einem zweiten Anschluß des Widerstands 13 und dann mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 21a verbunden. Die BPF-Schaltung 20 besteht aus den Verstärkern 14 und 19, dem variablen Widerstand 11, den Widerständen 12, 13, 16 und 17, den Kondensatoren 15 und 18, wie bereits beschrieben.
Es folgt die Beschreibung der Charakteristiken der BPF-Schaltung 20. Diese BPF- Schaltung hat eine Resonanzfrequenz f1, die durch die Widerstandswerte der Widerstände 16 und 17, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 15 und 18 bestimmt wird. Kurz gesagt, die Resonanzfrequenz f1 wird durch folgende Formel (1) dargestellt.
f1 = 1/2πCO RO ... (1)
Zusätzlich wird eine Resonanzschärfe Q durch folgende Formel (2) dargestellt.
Q = (1 + Ra/Rb)/3 ... (2)
Durch geeignetes Auswählen der Kapazitätswerte der Kondensatoren 15 und 18, der Widerstandswerte der Widerstände 16 und 17 bei der BPF-Schaltung 20, kann die Resonanzfrequenz f1 der BPF-Schaltung 20 mit der niedrigsten Resonanzfrequenz f0 des dynamischen Lautsprechers 23 zusammenfallen. Durch Einstellen des variablen Widerstands 11 kann eine Frequenzbandbreite bei den Resonanzcharakteristiken beliebig variiert werden. Mit anderen Worten, falls der Widerstandswert Ra größer eingestellt ist als der Widerstandswert Rb durch Einstellen des variablen Widerstands 11, wird der Wert Q groß, so daß eine Frequenzbandbreite der Resonanzcharakteristiken schmal wird. Falls im Gegensatz dazu der Widerstandswert Ra kleiner als der Widerstandswert Rb eingestellt wird, wird der Wert Q klein, so daß die Frequenzbandbreite der Resonanzcharakteristiken breit wird. Demgemäß können mittels der BPF-Schaltung 20 die Resonanzcharakteristiken des Eingabesignals Vi zu den Spannungsübertragungscharakteristiken gegen die Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers 23 genau simuliert werden.
In Fig. 7 wird der Leistungsverstärker 21 aus dem Spannungsverstärker 21a mit einer großen offenen Rückkopplungsschleifenverstärkung und einer Leistungsstufe gebildet, die aus einem NPN-Transistor 21b und einem PNP-Transistor 21c besteht. Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 21a ist mit den Basisanschlüssen der Transistoren von sowohl 21b als auch 21c verbunden. Die Emitteranschlüsse der Transistoren von sowohl 21b als auch 21c sind miteinander verbunden, um so einen Ausgangsanschluß des Leistungsverstärkers 21 zu bilden.
Der Ausgangsanschluß des Leistungsverstärkers 21 ist mit einem ersten Anschluß des dynamischen Lautsprechers 23 verbunden, und dieser Ausgangsanschluß ist geerdet über einen Widerstand 24 (mit einen Widerstandswert a Rv; "a" bezeichnet einen beliebigen Koeffizienten), einen Widerstand 25 (mit einem Widerstandswert a Rs/2) und einem Widerstand 26 (mit einem Widerstandswert a Rs/2), die in Serie geschaltet sind. In diesem Fall ist ein Kondensator 27 (mit einem Kapazitätswert Cv1 = Lv/(a Rs Rv) zu einer Serienschaltung, die aus den Widerständen 25 und 26 besteht, parallel geschaltet. Zusätzlich ist der zweite Anschluß des dynamischen Lautsprechers 23 über einen Widerstand 31 (mit einem Widerstandswert Rs) geerdet. Der dynamische Lautsprecher 23 kann durch eine äquivalente Schaltung elektrisch repräsentiert sein, die durch eine Serienschaltung, die aus einem Tonspulenwiderstand 28 (mit einem Widerstandswert Rv), einer Tonspuleninduktivität (mit einem Induktivitätswert Lv) besteht, und einer Äquivalenzschaltung 30 eines mechanischen Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers 23 gebildet wird. Diese Äquivalenzschaltung 30, d.i., die Bewegungsimpedanz, kann von einer Parallelschaltung gebildet werden, die aus einem Widerstand 30a, einem Kondensator 30b und einer Spule (Indukivität) 30c besteht.
Der vorher erwähnte dynamische Lautsprecher 23, die Widerstände 24, 25, 26 und 31, der Kondensator 27 bilden eine Brückenschaltung 32.
Es folgt die Beschreibung der Funktionen der Brückenschaltung 32. Der kombinierte Widerstandswert der Widerstände 24 bis 26 bei der Brückenschaltung 32 kann durch (a Rv + a Rs/2 + a Rs/2) dargestellt werden. Dieser kombinierte Widerstandswert wird ausreichend größer eingestellt als ein anderer kombinierter Widerstandswert (Rv + Rs) der Widerstände 28 und 31, und der Widerstandwert Rs des Widerstands 31 wird ausreichend kleiner eingestellt als der Widerstandswert Rv des Widerstands 28. Es wird eine Bedingung, wie sie in folgender Formel (3) beschrieben ist, zwischen dem dynamischen Lautsprecher 23 und den Widerständen 24, 25, 26 und 31 eingestellt.
(a Rv)/(a Rs) = Rv/Rs ... (3)
Durch angemessenes Einstellen der Widerstandswerte der Widerstände, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, die Bewegungsspannung VM zwischen einer Verbindungsstelle P4, die zwischen den Widerständen 25 und 26 gebildet wird, und einer weiteren Verbindungsstelle P2, die zwischen dem Widerstand 31 und dem zweiten Anschluß des dynamischen Lautsprechers 23 gebildet wird, genau festzustellen, was im folgenden beschrieben wird.
Die vorher erwähnte Verbindungsstelle P4 zwischen den Widerständen 25 und 26 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 34 verbunden. Zusätzlich ist die Verbindungsstelle P2 zwischen dem dynamischen Lautsprecher 23 und dem Widerstand 31 mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 34 über einen Widerstand 35 (mit einem Widerstandswert r) verbunden, und diese Verbindungsstelle P2 ist auch mit einem ersten Anschluß des Widerstands 36 (mit einem Widerstandswert r) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 36 ist mit einem Ausgangsanschluß des Verstärkers 37 verbunden. Dieser Verstärker 37 ist konzipiert, daß er einen Spannungsverstärkungsfaktor "+1" aufweist. Ein Eingangsanschluß des Verstärkers 37 ist mit einem Ausgangsanschluß des Verstärkers 34 über einen Widerstand 38 (mit einem Widerstandswert b Rv, "b" bezeichnet einen beliebigen Koeffizienten) verbunden, und dieser Eingangsanschluß des Verstärkers 37 ist über eine Parallelschaltung geerdet, die aus einem Widerstand 39 (mit einem Widerstandswert b Rs) und einem Kondensator 40 (mit einem Kapazitätswert Cv2 = Lv/(b Rs Rv)) besteht. Die Brückenschaltung 32, die Verstärker 34 und 37, die Widerstände 35, 36, 38 und 39 und der Kondensator 40 bilden einen Brückenverstärker 41. Dieser Brückenverstärker 41 entspricht den Nachweismitteln.
Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 34 ist mit einem ersten Anschluß des Kondensators 42 (mit einem Kapazitätswert Cf) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 42 ist mit einem ersten Anschluß des Widerstands 43 (mit einem Widerstandswert Rf) und ebenso mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 21a in dem Leistungsverstärker 21 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 43 ist mit einem Ausgangsanschluß des Leistungsverstärkers 21 verbunden. Der Kondensator 42 wird zur Sperrung des Gleichstroms verwendet, und der Widerstand 43 wird als Rückkopplungswiderstand verwendet.
Es folgt die Beschreibung des Nachweisprinzips der Bewegungsspannung VM mittels des Brückenverstärkers 41.
Bei der in Fig. 8A gezeigten Brückenschaltung 32 kann das Verhältnis zwischen diesen Spannungen V0 bis V4 zunächst durch die folgende Formel (4) dargestellt werden. In dieser Formel bezeichnet V0 eine von dem Leistungsverstärker 21 gelieferte Spannung, V1 bezeichnet eine dem nichtinvertierenden Anschluß des Verstärkers 34 gelieferte Spannung, V2 bezeichnet eine Spannung an der Verbindungsstelle P2, V3 bezeichnet eine Spannung an dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 37, und V4 bezeichnet eine Spannung an dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 34.
V3 = V4 (b Rs//Cv2)/(b Rs//Cv2 + b Rv)
= V4 Rs/(Rs + Rv +jωLv) ... (4)
wobei Cv2 = Lv/(b Rs Rv) und "Rs//Cv2" eine kombinierte Impedanz der aus dem Widerstandswert Rs und dem Kapazitätswert Cv bestehenden Parallelschaltung bedeuten.
Außerdem kann die folgende Formel (5) auf der Grundlage einer Charakteristik des Operationsverstärkers mit Rückkopplung erhalten werden.
V1 = (r V2 + r V3)/(r + r) = (V2 + V3)/2
V3 = 2 V1 - V2 ... (5)
Die Spannungen V1 und V2 können unter Bezugnahme auf Fig. 8B, wie beschrieben, durch die folgenden Formeln (6) und (7) erhalten werden.
2 V1 = V0 (a Rs//Cv1)/(a Rs//Cv1 + a Rv)
=V0 Rs//(Rs+Rv+jωLv) ... (6)
wobei Cv1 = Lv/(a Rs Rv).
V2 = (V0 - VM) Rs/(Rs + Rv + jωLv) ... (7)
Wenn die vorher erwähnten Formeln (6) und (7) in die Formel (5) eingesetzt werden, kann die folgende Formel (8) erhalten werden.
V3 = VM Rs/(Rs + Rv +jωLv) ... (8)
Somit kann die folgende Formel (9) aus den Formeln (4) und (8) erhalten werden.
V4 = VM ... (9)
Die Bewegungsspannung VM des dynamischen Lautsprechers kann demgemäß von dem Ausgangswert des Verstärkers 34 genau erhalten werden.
Es folgt die Beschreibung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform im Zusammenhang mit Fig. 7.
Das dem Signaleingabeanschluß 10 zugeführte Eingabesignal Vi wird zunächst der BPF-Schaltung 20 zugeleitet, in der der Signalpegel des Eingabesignals Vi bei der Resonanzfrequenz f1 angehoben wird. Genauer gesagt, ein von der BPF-Schaltung 20 ausgegebenes Signal (Vi + VM) weist eine Frequenzbandbreitencharakteristik auf, die durch Simulieren der Spannungsübertragungscharakteristik des dynamischen Lautsprechers 23 erhalten wird. Dieses Signal (Vi + VM) wird dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 21a in dem Leistungsverstärker 21 zugeführt, in dem das Signal (Vi + VM) verstärkt wird. Dann wird das verstärkte Signal dem dynamischen Lautsprecher 23 zugeführt, wodurch der dynamische Lautsprecher 23 betrieben wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bewegungsspannung VM zwischen den beiden Anschlüssen der Äquivalenzschaltung 30 des dynamischen Lautsprechers 23 erzeugt. Diese Bewegungsspannung VM wird durch den Brückenverstärker 41 nachgewiesen, und dann wird die nachgewiesene Bewegungsspannung VM dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 21a über den Kondensator 42 zugeführt. Kurz gesagt, die Bewegungsspannung VM wird zu 100% rückgekoppelt.
Da die Bewegungsspannung VM zu 100% rückgekoppelt wird, wie bereits zuvor beschrieben, ist es möglich, die Verzerrungen aufgrund des Einschwingverhaltens des Schwingungssystems des dynamischen Lautsprechers 23 vollkommen zu eliminieren. Zusätzlich simuliert die Ausführungsform die Spannungübertragungscharakteristik des dynamischen Lautsprechers 23 an seiner Eingangsstufe. Ähnlich zu der konventionellen Vorrichtung kann die Ausführungsform die flache Kurve des Tondrucks in Abhängigkeit von der Frequenz realisieren. Überdies kann der Frequenzbereich der Ausführungsform zu noch weiteren Niederfrequenzbereichen durch Variieren der Spannungsübertragungschrakteristiken an der Eingangsstufe ausgeweitet werden ohne Berücksichtigung der niedrigsten Resonanzfrequenz der Frequenzcharakteristik.
Fig. 9 ist ein Schaltplan, der die wesentliche Zusammensetzung einer weiteren Treiberschaltung für dynamische Lautsprecher zeigt.
In Fig. 9 ist ein Eingabeanschluß 101, an dem eine Eingabespannung Vi angelegt ist, mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers (oder eines Leistungsverstärkers) 102 über einen Widerstand R1 verbunden. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 102 ist geerdet, während sein Ausgangsanschluß mit einer Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand R1 uns seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß über einen Widerstand R3 in Verbindung steht. Zusätzlich ist der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 102 über eine Last 103 (die beispielsweise ein Lautsprecher ist) mit einem Impedanzwert ZL und einem Widerstand Rt in Serie geerdet. Eine Verbindungsstelle zwischen der Last 103 und dem Widerstand Rt steht mit einer Verbindungsstelle zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 102, den Widerständen R1 und R3 über einen Verstärker (oder einen Servoverstärker) 104 mit einen Verstärkungsfaktor "-A" und dem Widerstand R2 in Serie in Verbindung.
Bei der vorher erwähnten Zusammensetzung kann, wenn eine Spannung Vo zwischen den beiden Anschlüssen der Last 103 angelegt wird, eine Übertragungscharakteristik, die durch "-Vo/Vi" repräsentiert wird, durch folgende Formel (10) erhalten werden.
-Vo/Vi = (R3/R1) [1/{1 + (Rt/ZL) (1-A R3/R2)}] ... (10)
Daher kann ein Ausgangsimpedanzwert (oder ein Betriebsimpedanzwert) Zo aus der folgenden Formel (11) erhalten werden.
Zo = Rt(1 - A R3/R2) ... (11)
Nach der vorhergehenden Formel (11) ist es möglich, den Wert der Ausgangsimpedanz Zo auf einen negativen Wert unter der Bedingung zu setzen, daß der Wert von A R3/R2 größer als eins ist.
Im folgenden wird die Anordnung der Fig. 10 beschrieben. Die Anordnung stellt einen Fall dar, bei dem die in Fig. 9 gezeigte wesentliche Schaltung an eine tatsächliche Lautsprechertreiberschaltung angelegt wird. In Fig. 10 werden die zu den in Fig. 9 gezeigten identischen Teile mit den gleichen Bezugszeichen benannt.
Wie in Fig. 10 gezeigt, wird ein Widerstand R2a (mit einem Widerstandswert, der dem des Widerstands R2 gleich ist) anstelle des Widerstands R3 verwendet. Als Verstärker 104 wird ein Servoverstärker verwendet, der aus einem Operationsverstärker 105 und Impedanzlasten 106 und 107 besteht. Zudem wird ein dynamischer Lautsprecher 108 anstelle der Last 103 verwendet.
In Fig. 10 steht eine Verbindungsstelle zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 102 und dem Widerstand R2a mit einem Anschluß 108a des dynamischen Lautsprechers 108 in Verbindung, während ein weiterer Anschluß 108b des dynamischen Lautsprechers 108 über den Widerstand Rt geerdet ist. Zusätzlich steht der Anschluß 108b mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 105 über die Impedanzlast 106 (mit einem Impedanzwert Z1) in Verbindung, und ein nichtinvertierender Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 105 ist geerdet. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 105 ist mit einer Verbindungsstelle zwischen seinem invertierenden Eingangsanschluß und der Impedanzlast 106 über die Impedanzlast 107 (mit einem Impedanzwert Z2) und ebenso mit dem Widerstand R2 verbunden.
Bei dem Lautsprecher 108 bezeichnen Rv und Lv jeweils einen Gleichstrom- Widerstandswert und einen Induktionswert einer Tonspule, und ein Widerstand RM, ein Kondensator CM und eine Spule LM in einer Parallelschaltung bezeichnen jeweils Komponenten einer Bewegungsimpedanz ZM eines Treibersystems des Lautsprechers 108.
Wenn die Beziehungen R2 = R3 und A = Z2/Z1 jeweils in die Formeln (10) und (11) eingesetzt werden, kann die Übertragungscharakteristik (-Vo/Vi) und die Ausgangsimpedanz der zweiten Ausführungsform durch folgende Formeln (12) und (13) erhalten werden.
-Vo/Vi = (R2/R1) [1/{1 + (Rt/ZL) (1-Z2/Z1)}] ... (12)
Zo = Rt(1 - Z2/Z1) ... (13)
Es folgt die Beschreibung für eine detaillierte Bauweise des Servoverstärkers 104 im Zusammenhang mit Fig. 11.
Um die Bewegungsimpedanz ZM bei einer konstanten Spannung zu betreiben, wird der Wert der Treiberimpedanz Zo gleich dem Wert -(Rv + jωLv) eingestellt. Wenn diese Beziehung in die Formel (13) eingesetzt wird, kann folgende Beziehung erhalten werden.
-(Rv + jωLv) = Rt (1 - Z2/Z1)
Z2/Z1 = (Rt + Rv)/Rt + jωLv/Rt ... (14)
Ein Widerstandswert des Kondensators C1 und Widerstandswerte der Widerstände R4 und R5 können daher wie folgt eingesetzt werden.
R4 = k1 Rt
R5 = k1 (Rt + Rv)
C1 = C/k1
wobei C = Lv/[Rt (Rt + Rv)] und k1 wird außerdem größer eins gesetzt.
Wenn die in den Figuren 10 und 11 gezeigten Schaltungen zusammen kombiniert werden, kann eine in Fig. 12 gezeigte Schaltung erhalten werden. Falls die durch die Formel (14) repräsentierte Bedingung und eine Beziehung ZL = Rv + jωLv + ZM in die Formel (12) eingesetzt werden, kann die folgende Übertragungscharakteristik (-Vo/Vi) der Formel (15) erhalten werden.
-Vo/Vi = R2/R1 . [(Rv + jωLv + ZM)/ZM] ... (15)
Wenn zudem eine Beziehung VM/Vo = ZM/(Rv + jωLv + ZM) in diese Formel (15) eingesetzt wird, kann die die Bewegungsimpedanz ZM enthaltende Übertragungscharakteristik aus der folgenden Formel (16) erhalten werden.
-VM/Vi = R2/R1 ... (16)
Außerdem kann eine Ausgangsimpedanz Rd und eine Treiberimpedanz Zd der Bewegungsimpedanz ZM wie folgt erhalten werden.
Rd = -(Rv+jωLv) ... (17)
Zd = 0 ... (18)
Als Verfahren zur Einstellung der Schaltungskonstanten, um die Treiberimpedanz Zd gleich -(Rv + jωLv) einzustellen, um die Bewegungsimpedanz ZM bei konstanter Spannung zu betreiben, können modifizierte Verfahren, die nicht das vorher beschriebene Verfahren sind, angewandt werden. Beispielsweise kann eine Impedanzlast Z3 und Z4 (nicht gezeigt) anstelle der Widerstände R2 und R3 in der in Fig. 9 gezeigten Schalten verwendet werden, und Konstanten dieser Impedanzlast Z3 und Z4 können so eingestellt werden, daß der Wert der Formel (11) äquivalent der Treiberimpedanz Zd eingestellt wird.
Wie bereits bekannt, weist jeder Wert Q und eine niedrigste Resonanzfrequenz f0 einen Wert auf, der in einer Resonanzcharakteristikkurve der Bewegungsimpedanz ZM begründet ist. Wenn der Lautsprecher 108 tatsächlich betrieben wird, ergibt sich ein Problem, dadurch daß die vorher erwähnte Resonanzcharakteristikkurve (d.i., eine Variation der Bewegungsimpedanz ZM) gelten muß aufgrund des Widerstandswertes Rv der Tonspule und der Ausgangsimpedanz Rd des Verstärkers bei den Spannungsübertragungscharakteristiken.
Um dieses Problem zu lösen, muß beispielsweise die Resonanzimpedanz nur einem Spannungantrieb durch einen Verstärker ohne Ausgangsimpedanz und unbegrenzter Leistung unterworfen werden. In diesem Fall wird die Spannung zwischen beiden Anschlüssen der Resonanzimpedanz nicht durch den Wert Q und die stille Resonanzfrequenz f0 beeinflußt, sondern ist identisch der Eingangsspannung. Kurz gesagt, es nicht nötig, den Wert Q und die Resonanzfrequenz f0 in diesem Fall zu beachten. Zusätzlich werden alle Bewegungen einer Schwingungsplatte des aktuellen Lautsprechers in eine elektromotorische Kraft zwischen beiden Anschlüssen der Bewegungsimpedanz ZM umgesetzt. Daher können beim Betreiben der Bewegungsimpedanz ZM bei konstanter Spannung alle freien Bewegungen der Schwingungsplatte des Lautsprechers gesteuert werden. Daher kann eine Einschwingphase des Schwingungssystems überhaupt nicht entstehen, und daher ist es möglich, die durch diese Einschwingphase verursachten Verzerrungen zu eliminieren.
Wie in Fig. 12 und den Formeln (16) bis (18) gezeigt, kann die vorliegende Erfindung die Bewegungsimpedanz ZM mit Null-Ohm (oder bei konstanter Spannung) betreiben. Die Bewegungsimpedanz ZM wird jedoch extrem klein bei der Resonanzfrequenz (f0). Daher ist es erforderlich, daß die Stromzuleitungmöglichkeit an der Treiberseite bei dieser Frequenz f0 groß sein muß.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Äquivalenzschaltung, wie in Fig. 13 gezeigt durch Vereinfachung der in Fig. 12 gezeigten Schaltung zu erhalten.
In Fig. 13 steht der Eingabeanschluß 101 mit einer Verbindungsstelle P zwischen der Bewegungsimpedanz ZM und der Tonspuleninduktivität Lv des Lautsprechers 108 über die in Serie geschalteten Widerstände R1 und R2 in Verbindung, während der Anschluß 108b geerdet ist. Ein Verstärker 109 mit einer negativen Ausgangsimpedanz -(Rv + jωLv) ist neu vorgesehen. Der nichtinvertierende Eingabeanschluß dieses Verstärkers 109 ist geerdet, während sein invertierender Eingabeanschluß mit einer Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R1 und R2 in Verbindung steht.
Generell weist das gesamte System des dynamischen Lautsprechers 108 einschließlich des Tonspulenwiederstandswertes Rv und der Induktivität Lv eine Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenzcharakteristik auf, die bei konstanter Spannung so eingestellt ist, daß sie flach ist. Es ist jedoch erforderlich, die Potentiale an den Eingangsanschlüssen 108a und 108b und der Verbindungsstelle P des in Fig. 13 gezeigten Lautsprechers 108 in diesem aktuellen Fall zu beachten. In diesem Fall wird die Bewegungsimpedanz ZM mit der in Fig. 14A gezeigten Frequenzcharakteristik bei Frequenzen, die nicht die niedrigste Resonanzfrequenz f0 sind, extrem klein. Um daher die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen der Bewegungsimpedanz ZM auf konstante Spannung einzustellen, muß ein Treiberstrom 1 des Lautsprechers 108 in die Nähe der Resonanzfrequenz f0 gesenkt werden, wie in Fig. 14B gezeigt. Dieser Treiberstrom 1 wird dem Lautsprecher 108 über den Tonspulenwiderstandswert Rv tatsächlich zugeführt, daher muß eine Spannung V an dem Anschluß 108a erzeugt werden. Diese Spannung V wird extrem groß bei Frequenzen, die nicht die stille Resonanzfrequenz f0 sind, wie in Fig. 14C gezeigt. Aus diesem Grund muß der Verstärker 109 bald gesättigt sein.
Das vorher erwähnte Problem kann durch Verwenden einer in Fig. 7 beschrieben Filterschaltung gelöst werden. Genauer gesagt, diese Filterschaltung weist einen Frequenzgang auf, der dadurch erhalten werden kann, daß elektrisch simuliert wird wie die Lautsprechereingangsspannung im Ansprechen auf die Bewegungsimpedanz übertragen wird. In diesem Fall wird die Eingabesignalspannung Vi dem Lautsprecher 108 über diese Filterschaltung zugeführt.
Fig. 15 zeigt einen schematischen Schaltplan einer weiteren Treiberschaltungsanordnung für Lautsprecher, die zudem mit der vorher erwähnten Filterschaltung ausgerüstet ist. In Fig. 15 bezeichnet 110 eine Filterschaltung mit einem Frequenzgang, der durch elektrisches Simulieren einer Spannungsübertragungscharakteristik des Lautsprechers 108 erhalten werden kann. Genauer gesagt, diese Filterschaltung 110 enthält einen Widerstandswert k2 Rv, eine Induktivität k2 Lv und eine Bewegungsimpedanz k2 ZM (wobei k2 einen beliebigen konstanten Wert bezeichnet).
Aufgrund dieser Filterschaltung 110 kann die Spannung, die an die Bewegungsimpedanz ZM in dem Lautsprecher 108 angelegt wird, den Frequenzgang aufweisen, der identisch zu dem der Eingabespannung Vi in dem Fall ist, in dem der Lautsprecher 108 durch die Eingabespannung Vi betrieben wird. Aus diesem Grund kann natürlich gesagt werden, daß die Kurve des Tondruckes in Abhängigkeit von der Frequenz des Lautsprechers 108 flach sein muß. Zusätzlich muß die Eingangsspannung des Verstärkers 109 bei den Frequenzen extrem niedrig sein, mit Ausnahme der Frequenzen in der Nähe der Resonanzfrequenz f0 der Bewegungsimpedanz ZM. Wie bereits beschrieben, kann, sogar wenn der Schaltungsverstärkungsfaktor des Verstärkers 109 bei Frequenzen, die nicht die Resonanzfrequenz f0 ist, groß wird, die Ausgangsspannung des Verstärkers 109 nicht so groß werden.
Es folgt die Beschreiben einer konkreten Ausführungsform der Filterschaltung 110 in Zusammenhang mit den Figuren 16 und 17. Diese Filterschaltung 110 muß eine Frequenzgangcharakteristik F aufweisen, die ähnlich zu der des Lautsprechers 108 ist, wie durch eine kurz strichlierte Linie in Fig. 16 gezeigt. Um diese Frequenzgangcharakteristik F zu realisieren, wird diese Charakteristik F in eine Bandpaßcharakteristik G1 und Hochpaßcharakteristiken G2 bis G4 unterteilt. Durch elektrisches Simulieren dieser unterteilten Charakteristiken kann die in Fig. 17 gezeigte Schaltung gebildet werden. In Fig. 16 bezeichnet f1 bis f3 jeweilige Grenzfrequenzen der vorher erwähnten Hochpaßcharakteristiken G2 bis G4.
In Fig. 17 bezeichnet 111 und 112 jeweils Eingabe- und Ausgabepuffer; ein Verstärker 113, ein Widerstand R (mit einem Widerstandswert von 470 Kilo-Ohm) und ein Kondensator C (mit einem Kapazitätswert von 0,0056 Mikrofarad) usw. bilden ein Bandpaßfilter mit einer Bandpaßcharakteristik G1; Widerstände r0 (mit einem Widerstandswert von 10 Kilo-Ohm), r1 (mit einem Widerstandswert von 22 Kilo-Ohm) und r2 (mit einem Widerstandswert von 68 Kilo-Ohm) und Kondensatoren Ca (mit einem Kapazitätswert von 0,016 Mikrofarad), Cb (mit einem Kapazitätswert von 0,01 Mikrofarad) und Cc (mit einem Kapazitätswert von 0,08 Mikrofarad) usw. bilden eine Schaltung, die die Hochpaßcharakteristiken G2 bis G4 realisiert. Als weitere Schaltungselemente sind Widerstände Ry (mit einem Widerstandswert von 6,8 Kilo-Ohm), Rx (mit einem Widerstandswert von 1 Kilo-Ohm), r3 (mit einem Widerstandswert von 1 Kilo-Ohm) und 2 r3 (mit einem Widerstandswert von 2 Kilo- Ohm) vorgesehen.
Zusätzlich hat die Bandpaßcharakteristik G1 eine Zeitkonstante T1 = R C; die Hochpaßcharakteristik G2 hat eine Zeitkonstante T2 = (r0+r1+r2) Ca; die Hochpaßcharakteristik G3 hat eine Zeitkonstante T3 = (r0+r1) Cb; die Hochpaßcharakteristik G4 hat eine Zeitkonstante T4 = Ca r0. Wie in Fig. 16 gezeigt weisen die Hochpaßcharakteristiken G2 bis G4 jeweilige Übertragungsfaktoren von r0/(r0+r1+r2), r0/(r0+r1) und r0/r0=1 auf.
Wie bereits beschrieben, ist die vorliegende Erfindung so gebaut, daß die Impedanzkomponenten die außer der äquivalenten Bewegungsimpedanz des Lautsprechers, ausgeschaltet werden können. Daher wird es unnötig, den Wert Q und die niedrigste Resonanzfrequenz f0 zu beachten. Zusätzlich wird es möglich, die durch die Resonanzfrequenz f0 bedingte Begrenzung der Tonwiedergabe bei niedrigen Frequenzen zu eliminieren.
Andererseits weist die vorliegende Erfindung die Filterschaltung und Treibermittel auf. Diese Filterschaltung hat eine Frequenzgangcharakteristik, die durch elektrisches Simulieren der Spannungsübertragungscharakteristik zu der äquivalenten Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers erhalten wird, so daß diese Filterschaltung eine erwünschte Frequenzkompensationscharakteristik auf das Eingangssignal geben kann. Die Treibermittel weisen eine negative Ausgangsimpedanz auf, die die Impedanzkomponenten außer der äquivalenten Bewegungsimpedanz ausschalten. Diese Treibermittel betreiben den dynamischen Lautsprecher durch das Eingangssignal, das diesem über die vorher beschriebene Filterschaltung zugeführt wird. Daher ist es möglich, den Pegel der Niederfrequenzcharakteristik im Prinzip beliebig anzuheben, wobei der Pegel der Niederfrequenzcharakteristik groß eingestellt wird, wenn die Charakteristiken der Filterschaltung eingestellt werden. Demgemäß ist es möglich, besonders tieffrequente Töne mittels eines Lautsprechers von kleiner Größe zu reproduzieren.
Die Figuren 4 -8B und die dazugehörige Beschreibung beschreiben eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Erfindung kann auf andere Weisen realisiert werden. Daher ist die hier beschriebene Ausführungsform veranschaulichend und nicht einschränkend, der Umfang der Erfindung, der in den anhängenden Ansprüchen gekennzeichnet ist, und alle Variationen, die in der Bedeutung der Ansprüche liegen, sollen hierin eingeschlossen sein.

Claims

1. Antriebsapparat für dynamischen Lautsprecher, der folgendes aufweist:

(a) einen Verstärker (21), der eine große offene Rückkopplungsschleifenverstärkung zum Betreiben eines dynamischen Lautsprechers (23) aufweist; und

(b) Eingabemittel (20), um ein Eingangssignal (Vi) an einen Eingangsanschluß dieses Verstärkers (21) über eine Filterschaltung zu liefern, die eine Spannungsduchlaßcharakteristik gegen eine äquivalente Bewegungsimpedanz (ZM) des dynamischen Lautsprechers elektrisch simuliert, charakterisiert durch die Bereitstellung von:

(c) Nachweismittel (32), um eine Bewegungsspannung (VM) nachzuweisen, die der äquivalenten Bewegungsimpedanz des dynamischen Lautsprechers zugeführt wird; und

(d) Rückkoplungsmittel (34 bis 40), um die Bewegungsspannung an den Eingabeanschluß des Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor "1" negativ rückzukoppeln.

2. Antriebsapparat für dynamischen Lautsprecher nach Anspruch 1, bei dem die Nachweismittel eine Brückenschaltung (32) sind, die aus vier Impedanzteilen besteht, von denen eines eine Impedanz des dynamischen Lautsprechers ist, der die äquivalente Bewegungsimpedanz enthält.