DE3928122C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzteilungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im allgemeinen versteht man unter einem Mehr-Weg-Ton(Laut­ sprecher)-System ein System, das die Ausgangssignale einer Ton­ quelle in verschiedene Tonbereiche aufteilt und bei dem mehrere Lautsprechereinheiten entsprechend den Tonbereichen eingesetzt werden. Die Einrichtung, die wie oben erwähnt, die Tonbereiche aufteilt und einer entsprechenden Lautsprechereinheit zuführt, wird als "Frequenzteilungseinrichtung (oder Schaltung)" be­ zeichnet.

Bei herkömmlichen Systemen zur Frequenzteilung sind zwei Typen bekanntgeworden, nämlich die LC-Frequenzteilungseinrichtung und das Mehr-Kanal-Verstärkersystem.

In Fig. 1A ist eine LC-Frequenzteilungseinrichtung gezeigt, bei der von einer Tonquelle erzeugte Tonsignale von einem Vorver­ stärker (PA) ausgesteuert und durch einen Hauptverstärker (MA) verstärkt werden und einer LC-Frequenzteilungseinrichtung (LC) zugeführt werden. Die LC-Frequenzteilungseinrichtung (LC), bei der Spulen und Kondensatoren vorgesehen sind, teilt die Ton­ signale in mehrere Bandbereiche (3 Bänder in der Zeichnung) entsprechend ihren Frequenzen auf und führt diese selektiv zur Wiedergabe den zugeordneten Lautsprechereinheiten (SP 1, SP 2 oder SP 3) zu.

Die obig beschriebene LC-Frequenzteilungseinrichtung filtert die Frequenzen unter Ausnützung der Charakteristik von Spule und Kapazität, wobei deren Impedanz abhängig von den Frequenzen der Eingangssignale variiert. Da die Impedanzen der angeschlos­ senen Lautsprechereinheiten ebenfalls im großen Umfang mit den Frequenzen der Eingangssignale variieren und demgemäß die Über­ gangsfrequenzen und/oder die Kennliniensteilheit ebenfalls variieren, kann sich die Tonqualität des Tonsystems verschlech­ tern. Weiterhin entstehen andere Probleme wie ein Verlust an Dämpfung für die Tieftonkennlinie und Unstabilität für die Mittel- und Hochtonkennlinie abhängig vom Verhalten der ver­ wendeten Einheit beispielsweise einer Spule.

Die Verwendung derartiger LC-Frequenzteilungseinrichtungen als Zwei- oder Dreiwegfrequenzweichen für Lautsprecher ist beschrieben in: R. Schütz, Frequenzweichen für Lautsprecher, Funkschau 25 (1982), S. 52 ff.

In Fig. 1B ist ein Mehr-Kanal-Verstärkersystem dargestellt, bei der von einer Tonquelle kommende Tonsignale durch einen Vor­ verstärker (PA) ausgesteuert und einer Kanaltrenneinrichtung (CD) zugeführt werden. Die Kanaltrenneinrichtung (CD) teilt die Tonsignale in mehrere Bänder (3 Bänder in der Zeichnung) ent­ sprechend ihren Frequenzen auf. Die geteilten Signale werden durch mehrere Verstärker (MA 1, MA 2 oder MA 3) selektiv verstärkt und den zugeordneten Lautsprechern (SP 1, SP 2 oder SP 3) zur Wiedergabe zugeführt.

Ein praktisches Beispiel eines solchen Mehr-Kanal-Verstärkersystems stellt die von F. Petrik in Funkschau 23 (1971), S. 759 ff. beschriebene Lautsprecher-Verstärker-Einheit LV 1020 dar.

Dieser Typ einer Frequenzteilungseinrichtung löst nicht die Probleme der Verschlechterung der Tonqualität oder der Inter­ modulation, wenn die Bandbreite des zum Hauptverstärker ge­ führten Eingangstonsignals verringert wird, aber reduziert signifikant bei hoher Volumenwiedergabe die Verzerrung, da sie wegen der mehreren Hauptverstärker ausreichend Ausgangsleistung erzeugen kann.

Obwohl das Mehr-Kanal-Verstärkersystem einen Ton von höherer Tonqualität erzeugen kann, sind die Kosten für dieses System wegen der Installation von vielen Verstärkern entsprechend der Anzahl von Tonwegen sehr hoch und es ist sehr schwierig, die Übergangsfrequenzen auszusteuern, um den Tonwert für jede Laut­ sprechereinheit abzugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Frequenz­ teilungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einem einfachen Aufbau eine Verbesserung der Ton­ qualität erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Frequenzteilungseinrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der neuen Frequenzteilungseinrichtung ist mindestens eine Wandlereinrichtung vorgesehen, die von einer Tonquelle abgege­ bene, verstärkte Analog-Signale in Digital-Signale umwandelt. Weiterhin besitzt die erfindungsgemäße Frequenzteilungseinrich­ tung ein Teilungsmittel, das die Digitalsignale entsprechend ihren Frequenzbereichen trennt. An einem Verzögerungsmittel werden die Analogsignale entsprechend der auftretenden Über­ tragungsverzögerung verzögert. Schließlich ist ein Schaltungs­ mittel vorgesehen, das entsprechend dem am Trennmittel fest­ gestellten Frequenzbereich das von dem Verzögerungsmittel abgegebene Analogsignal selektiv einer der Lautsprecherein­ heiten zuführt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1a ein Blockschaltbild einer konventionellen LC-Frequenz­ teilungseinrichtung,

Fig. 1b ein Blockschaltbild eines konventionellen Mehr-Kanal- Verstärkungssystems zur Frequenzteilung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung für ein 3-Weg-Lautsprecher­ system.

Die in Fig. 2 dargestellte Frequenzteilungseinrichtung besitzt einen Vorverstärker (10), der die von einer Tonquelle (Tuner oder Schallplattenspieler, Tonband, CD-Spieler o.dgl.) abge­ gebenen Tonsignale auswählt und aussteuert, einen Hauptverstär­ ker (20), der die Ausgangssignale des Vorverstärkers (10) auf einen vorbestimmten Wert verstärkt, und drei Lautsprecherein­ heiten (80), die entsprechend dem übertragenden Tonbereich als Tieftöner (80A), Mitteltöner (80B) und Hochtöner (80C) bezeich­ net werden.

Um die Analog-Ausgangssignale vom Hauptverstärker (20) umzu­ wandeln, ist ein A/D-Wandler (30) vorgesehen und mit dem Haupt­ verstärker (20) verbunden, der die digitalisierten Signale in entsprechend getrennte Frequenzbänder teilt. Weiterhin ist eine Frequenzteilungseinheit (50) und ein Taktpulsgenerator (40) vorgesehen, der Bezugstakte an die Frequenzteilungseinheit (50) abgibt.

Die Frequenzteilungseinheit (50) besteht aus einem ersten Zähler (50A), einem zweiten Zähler (50B) und einem dritten Zähler (50C), die die Digital-Ausgangssignale des A/D-Wandlers (30) entsprechend ihrer Frequenzen aufteilen. Der erste Zähler (50A) wird betrieben, wenn die Ausgangsfrequenz des A/D-Wand­ lers (30) im Tieffrequenzbereich liegt (beispielsweise unter 1 kHz). Der zweite Zähler (50B) wird betrieben, wenn die Aus­ gangsfrequenz des A/D-Wandlers im Mittelfrequenzbereich liegt (beispielsweise 1 kHz bis 5 kHz). Der dritte Zähler (50C) wird betrieben, wenn die Ausgangsfrequenz des A/D-Wandlers im Hoch­ frequenzbereich (beispielsweise über 5 kHz) liegt.

Der Taktpulsgenerator (40) ist vorgesehen, um jedem der Zähler (50A, 50B, 50C) einen Taktpuls zuzuführen, so daß die Zähler (50A, 50B, 50C) während des Zählens der Frequenz der Eingangs­ signale synchronisiert werden können.

Die Tonausgangssignale des Hauptverstärkers (20) werden dem Verzögerungsmittel (60) zugeführt, das die obigen Signale mit verschiedenen Verzögerungszeiten verzögert, wobei das Ver­ zögerungsmittel aus einer ersten, zweiten und dritten Verzöge­ rungseinheit (60A, 60B, 60C) besteht, die jeweils den ent­ sprechenden Zählern (50A, 50B, 50C) zugeordnet sind.

Eine Schalteinheit (70) ist vorgesehen, um die von den Ver­ zögerungseinheiten (60A, 60B, 60C) entsprechend den Ausgangs­ signalen der Zähler (50A, 50B, 50C) verzögerten Tonsignale auszuwählen und um nachfolgend eine von den verschiedenen Laut­ sprechereinheiten (80A, 80B, 80C) anzutreiben. Die Schaltein­ heit besteht aus einem ersten Schalter (70A), einem zweiten Schalter (70B) und einem dritten Schalter (70C).

Die Verzögerungseinheiten (60A, 60B, 60C) werden eingesetzt, um die Übertragungsverzögerung des Tonsignales zu kompensieren, die durch die erforderliche Zeit für die A/D-Umwandlung, für die Frequenzzählung und für den Schaltvorgang benötigt wurde. Deshalb entspricht die Verzögerungszeit jeder der Verzögerungs­ einheiten (60A, 60B, 60C) der Summe aus der Zeit, die am A/D- Wandler (30) zur Umwandlung des Analog-Ausgangssignales des Hauptverstärkers (20) in ein Digitalsignal erforderlich ist, der Zeit, die zur Zählung der Frequenz des Digitalsignales an den Zählern (50A, 50B, 50C) erforderlich ist und der Zeit, die zum Einschalten der Schalter (70A, 70B oder 70C) entsprechend dem "Hoch"-Signal der Zähler (50A, 50B, 50C) erforderlich ist.

Um unnötige Zählvorgänge der Zähler zu verhindern, ist es vor­ teilhaft, wenn ein Filtermittel vorgesehen ist, das sehr hoch­ frequente Signale (beispielsweise über 20 MHz) abtrennt, die über der menschlichen Hörfrequenz liegen.

Nun wird die Betriebsweise der obig beschriebenen Frequenz­ teilungseinrichtung detailliert beschrieben.

Gemäß Fig. 2 wird das Tonsignal einer Tonquelle in einem relevanten Bereich ausgewählt und zu einer vorteilhaften Form ausgesteuert, um am Vorverstärker (10) verstärkt und dem Hauptverstärker (20) zugeführt zu werden. Dann wird das Signal von dem Hauptverstärker (20) auf einen Wert verstärkt, der ausreicht, um die Lautsprechereinheiten (80A, 80B, 80C) zu betreiben.

Das vom Hauptverstärker (20) verstärkte Signal wird den Ver­ zögerungseinheiten (60A, 60B, 60C) und dem A/D-Wandler (30) zugeführt. Das Ausgangssignal des Hauptverstärkers (20) ist ein Analogsignal. Der A/D(Analog/Digital)-Wandler (30) wandelt das Analog-Eingangssignal in ein Digital-Ausgangssignal um. Dieses Digitalsignal wird in die Zähler (50A, 50B, 50C) eingegeben und seine Frequenzen werden gezählt. Dann werden diese Zähler (50A, 50B, 50C) mit dem von dem Taktpulsgenerator (40) erzeugten Taktsignal synchronisert und die Frequenz des eingegebenen Digitalsignals, nämlich die Frequenz des Ausgangssignals des Hauptverstärkers (20), wird gezählt.

Die Betriebsweise der Zähler (50A, 50B, 50C) ist wie folgt. Der erste Zähler (50A) gibt ein "Hoch"-Signal ab, wenn Eingangs­ frequenzen gezählt werden, die im Tieftonbereich liegen, zum Beispiel ein Ton, der Frequenzen unter 1 kHz besitzt, und ein "Tief"-Signal für Eingangsfrequenzen über 1 kHz. Der zweite Zähler gibt ein "Hoch"-Signal für einen Mittelfrequenzton ab, zum Beispiel einen Ton, der Frequenzen zwischen 1 kHz und 5 kHz enthält, und ein "Tief"-Signal für andere Frequenzen. Der dritte Zähler gibt bei hohen Frequenzen ein "Hoch"-Signal ab, zum Beispiel bei einem Ton, der Frequenzen über 5 kHz enthält, und ein "Tief"-Signal für eingegebene Frequenzen unter 5 kHz.

Im folgenden wird angenommen, daß die Tonquelle ein Signal erzeugt, das im Tieffrequenzbereich, beispielsweise bei 500 Hz, liegt. Dann wird den Zählern (50A, 50B und 50C) ein Digital­ signal von 500 Hz zugeführt. Das Ausgangssignal des ersten Zählers (50A) wird "Hoch" und die Ausgangssignale der anderen Zähler (50B, 50C) werden "Tief". Deshalb wird das Analog- Ausgangssignal des Hauptverstärkers (20), das durch die erste Verzögerungseinheit (60A) geführt wird, wenn der erste Schalter (70A) auf EIN geschaltet ist und die anderen Schalter (70B, 70C) auf AUS geschaltet sind, dem ersten als Tieftöner (80A) ausgebildeten Lautsprecher zugeführt und es wird ein tiefer Ton wiedergegeben.

In gleicher Weise wird der Mitteltöner (80B) betrieben, wenn von der Tonquelle ein Signal erzeugt wird, das im Mittelton­ bereich liegt, und der Hochtöner (80C) wird im Hochtonbereich betrieben.

Obwohl die Beschreibung sich bis jetzt auf ein bestimmtes Bei­ spiel bezog, bei dem das der vorliegenden Erfindung zugrunde­ liegende Prinzip für ein 3-Weg-Lautsprechersystem angewendet wird, ist die Erfindung ebenfalls auf ein 2-Weg- oder ein 4-Weg-Lautsprechersystem anwendbar. In diesen Fällen ist der Aufbau und die Betriebsweise von diesen ähnlich dem eines 3-Weg-Systems mit der Ausnahme, daß die Anzahl von Zählern, Verzögerungseinheiten, und Lautsprechereinheiten von der Anzahl der Wege abhängig ist.

Wie oben beschrieben, teilt die erfindungsgemäße Frequenz­ teilungseinheit die Frequenzbänder von einem Ausgangssignal des Hauptverstärkers mittels eines A/D-Wandlers und eines Zählers, wobei nicht mehrere Verstärker wie bei einem Vielkanalverstär­ kersystem vorgesehen sind. Die Kosten sind sehr niedrig und es ist sehr einfach, das System zu steuern und abzugleichen. Weiterhin bewirkt es keine Verschlechterung oder Instabilität der Tonqualität wie dies bei einer LC-Einrichtung der Fall ist.

Dies hat zum Ergebnis, daß die vorliegende Erfindung ein Ton­ system mit besserer Tonqualität bei niedrigen Kosten schafft.

Obwohl die Erfindung an einer bevorzugten Ausführungsform bis zu einem gewissen Grad in Einzelheiten beschrieben wurde, sei erwähnt, daß die Erfindung nicht auf die angegebene Ausfüh­ rungsform beschränkt ist.

Claims (5)

1. Frequenzteilungseinrichtung für ein Mehr-Weg-Tonsystem, das eine Tonsignale erzeugende Tonquelle, einen die Tonsignale auswählenden und aussteuernden Vorverstärker, einen die Aus­ gangssignale des Vorverstärkers verstärkenden Hauptverstärker und Lautsprechereinheiten mit unterschiedlichem Übertragungs­ bereich enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Wandlereinrichtung (30) zum Umwandeln der von dem Hauptverstärker abgegebenen Analogsignale in Digitalsignale,
ein Teilungsmittel (50) zum Teilen der Digitalsignale entspre­ chend ihren Frequenzbereichen,
ein Verzögerungsmittel (60) zum Verzögern der Analogsignale entsprechend der auftretenden Übertragungsverzögerung und
ein Schaltungsmittel (70) zum Betreiben von einer der mehreren Lautsprechereinheiten entsprechend zu den geteilten Frequenz­ bereichen durch Auswahl der Signale des Hauptverstärkers an dem Verzögerungsmittel entsprechend dem Ausgangssignal des Teilungsmittels vorgesehen sind.

2. Frequenzteilungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmittel (50) aus mehreren jeweils einem der Trennwege zugeordneten Zählern (50A, 50B, 50C) besteht, von denen jeder die Frequenz des Eingangssignals zählt und der das Schaltmittel (70) dann betätigt, wenn die Frequenz des Eingangssignals innerhalb des Übertragungs­ bereiches seines Trennweges liegt.

3. Frequenzteilungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler (50A, 50B, 50C) zueinander mittels Taktpulsen mit vorgeschriebener Taktlänge, die von einem Taktpulsgenerator (40) erzeugt werden, synchronisiert sind.

4. Frequenzteilungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsmittel (60) aus mehreren Verzögerungseinheiten (60A, 60B, 60C) besteht, von denen jede einem der Trennwege zugeordnet ist und deren Ver­ zögerungszeit der Zeit entspricht, die das vom Hauptverstärker (20) abgegebene Ausgangssignal benötigt, um die Wandlerein­ richtung (30), das Teilungsmittel (50) und das Schaltmittel (70) zu durchlaufen.

5. Frequenzteilungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (70) aus mehreren Schaltern (70A, 70B, 70C) besteht, von denen jeder einem der Trennwege zugeordnet ist, ein vom Hauptverstärker (20) abgegebenes Ausgangssignal an dem Verzögerungsmittel (60) auswählt und selektiv eine der Lautsprechereinheiten (80A, 80B, 80C) abhängig vom Ausgangssignal eines der Zähler (50A, 50B, 50C) des Teilungsmittels (50) betreibt.