DE4334040A1 - Schaltungsanordnung zur selbständigen Korrektur des Übertragungsverhaltens von elektrodynamischen Schallsendern ohne zusätzlichen mechanischen oder akustischen Sensor - Google Patents

Schaltungsanordnung zur selbständigen Korrektur des Übertragungsverhaltens von elektrodynamischen Schallsendern ohne zusätzlichen mechanischen oder akustischen Sensor

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korrektur des linearen und nichtlinearen Übertragungsverhaltens von elektrodynamischen Schallsendern, die ein elektrisches Signal in ein akustisches oder mechanisches Signal wandelt. Die Anordnung enthält ein adaptives lineares oder adaptives nichtlineares Korrekturfilter, das über eine Detektorschaltung mit den elektrischen Eingangsklemmen des Schallsenders verbunden ist. Die Detektorschaltung leitet aus den elektrischen Klemmensignalen ein Meßsignal ab, das mit einer mechanischen Größe des Schallsenders korrespondiert. Im Differenzverstärker wird das Meßsignal mit einem Sollsignal verglichen und ein Fehlersignal erzeugt, das zur Steuerung des adaptiven Korrekturfilters dient.
Schallsender (Lautsprecher, Kopfhörer, Aktuatoren, . . .) verursachen erhebliche lineare und nichtlineare Verzerrungen im mechanischen oder akustischen Ausgangssignal. Diese Verzerrungen können durch ein elektrisches Filter, das an die Anschlußklemmen des Schallsenders gekoppelt ist und eine geeignete Vorverzerrung des elektrischen Signales bewirkt, kompensiert werden. Das lineare Übertragungsverhalten kann mit gewöhnlichen linearen Filtern korrigiert werden. Die Verminderung der nichtlinearen Verzerrungen des Wandlers erfordert nichtlineare Korrekturfilter, die mit Polynomfilterstrukturen ([1] Gao, F. X.Y.: Adaptive Linearization of a Loudspeaker, vorgestellt auf der 93. Convention der Audio Engineering Society, 1.-4. Oktober 1992, San Francisco, Preprint Nr. 3377) oder mit wandlerorientierten Filterstrukturen ([2] Klippel, W.: The Mirror filter - a New Basis for Reducing Nonlinear Distortion Reduction and Equalizing Response in Woofer Systems, J. Audio Eng. Soc. 32 (9), S. 675-691, (1992)) realisiert werden können.
Es ist vorteilhaft, die Korrekturfilter adaptiv zu gestalten. Das Filter soll sich hierbei so an den Schallsender anpassen, daß das Gesamtsystem bestehend aus Schallsender und Filter ein gewünschtes Übertragungsverhalten annimmt. Dieser adaptive Anpaßvorgang kann bei Übertragung eines Nutzsignales ausgeführt werden und erlaubt eine selbständige Korrektur des Filters bei Parameterveränderungen des Wandlers durch Alterung und Erwärmung. Geeignete adaptive Filter ([3] Mathews, V.J: Adaptive Polynomial Filters, IEEE Signal Processing Magazine, S. 10-26, July (1991), [4] Klippel, W.: Adaptive Korrekturschaltung für elektroakustische Schallsender, Deutsche Patentanmeldung, unveröffentlicht) besitzen neben einem Signaleingang und einem Signalausgang einen zusätzlichen Steuereingang, an dem ein Fehlersignal e(t) den Anpaßprozeß steuert. Der Steuereingang ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers verbunden, der das erforderliche Fehlersignal e(t) durch Vergleich eines Kontrollsignales v(t) mit einem Referenzsignales r(t) bildet. Der Vergleich wird in der Regel mit einem Differenzverstärker realisiert.
Das Referenzsignal r(t) entspricht entweder dem unverzerrten Eingangssignal u(t) des Korrekturfilters oder wird mit Hilfe eines zusätzlichen Filters, das das gewünschte Übertragungsverhalten des Gesamtsystems besitzt, aus dem Eingangssignal u(t) gebildet.
Die Kontrollgröße v(t) entspricht einer mechanischen oder akustischen Ausgangsgröße des Schallsenders, die sich zur Überwachung des Übertragungsverhaltens eignet (z. B. Schalldruck am Abhörort oder Auslenkung, Schnelle, Beschleunigung der Membran). Diese Größe kann mit einem Mikrofon, Beschleunigungsaufnehmer oder Laser-Interferometer direkt gemessen werden. Bei vielen Anwendungen (z. B. im Konsumerbereich) ist der Einsatz von teuren und empfindlichen Meßgeräte zur Korrektur von Schallsendern kaum möglich.
Spezielle Sensoren für Schallsender wurden im Zusammenhang mit der Entwicklung von rückgekoppelten Entzerrungsschaltungen (motional feedback) entwickelt, siehe (Klaassen, J.A. et al.: Motional Feedback with Loudspeakers, Philips Tech. Rev., 29 (5), S. 148-157, 1968). Kapazitive Wandler ([5] Birt, D.R.: Displacement Transducer for use with Electrodynamic Loudspeakers, UK-Patent GB2,207,323 A) lassen sich einfach und billig realisieren. Auch können Teile des Schallsenders gleichzeitig für den Sensor genutzt werden. Bei elektrodynamischen Lautsprechern kann auf dem Schwingspulenträger eine zusätzliche Sensorwicklung befestigt werden und die Induktionsspannung als eine der Schnelle der Schwingspule proportionale Meßgröße benutzt werden (Mills, P.G.L. und Hawksford, M.O.J.: Distortion Reduction in Moving-Coil Loudspeaker Systems Using Current-Drive Technology, J. Audio Eng. Soc. 37 (3), S. 129-148, 1989). Entsprechend den erheblichen Auslenkungen der Schwingspule von Tieftonlautsprechern bei tiefen Signalfrequenzen führt ein inhomogenes Magnetfeld im Spalt zu Veränderungen des Kraftfaktors und zur Erzeugung von zusätzlichen nichtlinearen Verzerrungen im Meßsignal. Es ist im allgemeinen schwierig, eine mechanische oder akustische Größe mit einfachen Sensoren ausreichend genau und zuverlässig zu messen. Vielfach ist eine Korrektur des Übertragungsverhaltens des Sensors nötig.
Ein anderer Ansatz geht davon aus, den elektrodynamischen Schallsender gleichzeitig als Sensor zu benutzen und aus dem Eingangsstrom und der Klemmenspannung des Schallsenders ein Meßsignal zu gewinnen, das der Schnelle der Schwingspule proportional ist. In einer Korrekurschaltung für Lautsprecher mit Signalrückkopplung (De Boer, E.: Theory of Motional Feedback, IRE Trans. Audio, S. 15-21, 1961) wurde der elektrodynamische Lautsprecher in einer Brückenschaltung betrieben. Die Widerstände der Brückenschaltung entsprachen dem zuvor gemessenen Schwingspulenwiderstand des Lautsprechers, um den Spannungsabfall über den Schwingspulenwiderstand zu kompensieren. Eine solche Brückenschaltung eignet sich nicht zur Gewinnung eines Steuersignales für ein adaptives Korrektursystem, da die Kompensationswiderstände an den jeweiligen Schallsender angepaßt werden müssen und das Meßsignal erhebliche Störungen aufweist:
  • - Die Induktivität der Schwingspule beeinflußt die Eingangsimpedanz bei höheren Frequenzen.
  • - Die Temperaturerhöhung der Schwingspule führt zu einer Veränderung des Widerstandes und zu einer Fehlanpassung der Brückenschaltung.
  • - Das Meßsignal weist zusätzliche nichtlineare Verzerrungen auf, sobald der elektrodynamische Koppelfaktor (Kraftfaktor) sich bei der Auslenkung der Schwingspule verändert.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Korrekturschaltung für einen elektrodynamischen Schallsender zu entwickeln, die sich selbständig an den Schallsender anpaßt und ein gewünschtes Übertragungsverhalten zwischen dem elektrischen Eingangssignal und dem akustischen Ausgangssignal herstellt. Die Korrekturschaltung soll ein adaptives Korrekturfilter enthalten, das über eine Detektorschaltung mit den elektrischen Eingangsklemmen des Wandlers verbunden ist.
Die Detektorschaltung soll aus den elektrischen Klemmensignalen des Schallsenders ein Kontrollsignal v(t) ableiten, das einer mechanischen Größe des Schallsenders entspricht. Der Signalausgang des adaptiven Detektorsystems ist mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers und der Eingang des Korrekturfilters ist direkt oder über ein Referenzsystem mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden. Der Differenzverstärker erzeugt durch Vergleich des Kontrollsignals v(t) mit dem Referenzsignal r(t) das Fehlersignal e(t). Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit dem Steuereingang des adaptiven Korrekturfilters verbunden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Detektorschaltung als eine adaptive Schaltung ausgeführt und besitzt einen zusätzlichen Steuereingang, der mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist, so daß das Fehlersignal e(t) den Anpaßprozeß der Detektorschaltung an den jeweiligen Schallsender steuert.
Die adaptive Detektorschaltung enthält ein Meßsystem, adaptive Teilschaltungen und Addierer.
Die Meßanordnung besitzt einen Signaleingang, zwei Wandlerausgänge, einen Spannungsausgang und einen Stromausgang. Der Signalausgang des Korrekturfilters ist mit dem Signaleingang der Meßanordnung verbunden. An die Wandlerausgänge der Meßanordnung sind die beiden Klemmen des Schallsenders angeschlossen. Die Meßanordnung enthält einen Meßwiderstand, der in Reihe zu dem Wandler geschalten ist. Der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand ist dem Wandlereingangsstrom proportional und wird als Meßsignal dem Stromausgang zugeführt. Der Spannungsabfall über dem Schallsender wird als Meßsignal an den Spannungsausgang geführt.
Die Struktur der adaptiven Teilschaltungen und ihre Verschaltung mit den Ausgängen der Meßanordnung wird durch die physikalischen Wechselwirkungen im elektrodynamischen Schallsender bestimmt. Ausgangspunkt für die Herleitung dieser Schaltungsstruktur ist das elektromechanische Ersatzschaltbild des elektrodynamischen Lautsprechers mit konzentrierten Parametern. Der elektrische Wandlereingang sei durch die Klemmenspannung uL(t) und den Eingangsstrom i(t) gekennzeichnet. An den Wandlereingang schließt sich der elektrische Eingangskreis an, der aus der Reihenschaltung des Schwingspulenwiderstand Re, der Schwingspuleninduktivität Le und des elektrodynamischen Koppelvierpols besteht. Der Koppelvierpol wird durch den Parameter Kraftfaktor BL(x) gekennzeichnet. Entsprechend dem erweiterten nichtlinearen Systemmodell ([1] Kaizer, A.J.: Modeling of the Nonlinear Response of an Electrodynamic Loudspeaker by a Volterra Series Expansion. J. Audio Eng. Soc. 35 (1987) 6, S. 421) ist der Kraftfaktor von der Auslenkung x(t) der Schwingspule abhängig. Die Spannung u(t) auf der elektrischen Seite des Vierpols ist mit der Schnelle v(t) auf der mechanischen Seite durch die folgende Koppelgleichung verbunden:
u(t) = BL(x) v(t) (1)
Nach Aufstellung der Maschengleichung
für den elektrischen Eingangskreis und unter Benutzung der Gl. (1) ergibt sich für die Schnelle v(t) der folgende Zusammenhang zu den elektrischen Eingangsgrößen uL(t) und i(t):
Der auslenkungabhängige Parameter in Gl. (3) wird in eine Potenzreihe
entwickelt, die nach wenigen Gliedern abgebrochen wird. Die in Gl. (4) benötigte Auslenkung x kann durch Rückführung des integrierten Schnellesignales
x(t) = ∫v(t)dt (5)
bereitgestellt werden. Das schwach nichtlineare Schallsendersystem erlaubt es, das Auslenkungssignal durch folgende Beziehung
zu approximieren und eine rückgekoppelte Struktur zu vermeiden. Durch Einsetzen der Gln. (4) und (6) in Gl. (3) und unter Einführung der Parameter
r = -Ren₀ (7)
und
l = -Len₀ (8)
erhält man
v(t) = w(t) + n₁w(t)∫w(t)dt + n₂w(t)(∫w(t)dt)² + . . . (9)
mit
Von den Gln. (9) und (10) kann die Schaltungsstruktur der Detektorschaltung unmittelbar abgeleitet werden. Für jeden Parameter (n₀, r, l, n₁, n₂, . . . ) existiert eine Teilschaltung, die einen Verstärker enthält. In der ersten Teilschaltung wird der Spannungsausgang des Meßsystems mit einem Verstärker verbunden und das Spannungssignal uL(t) entsprechend n₀ gewichtet. In der zweiten Teilschaltung wird der Stromausgang des Meßsystems mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden und das Stromsignal i(t) entsprechend r gewichtet und mit Hilfe eines Addierers zum gewichteten Spannungssignal addiert. In der dritten Teilschaltung ist der Stromausgang des Meßsystems über ein Differenzierglied mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden, der das differenzierte Stromsignal di/dt mit 1 wichtet. Mit Hilfe eines weiteren Addierers werden alle gewichteten Signale zum Signal w(t) aufsummiert und den weiteren nichtlinearen Teilsystemen zugeführt. In den nichtlinearen Teilsystemen i=1, . . . N wird das Signal w(t) sowohl einem Integrator als auch dem ersten Eingang eines Multiplizierers zugeführt. Der Ausgang des Integrators ist über ein Potenzierglied i-ter Ordnung mit dem anderen Eingang des Multiplizierers verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers wird über einen Verstärker, der das Signal entsprechend ni wichtet, mit dem Eingang eines Addierers verbunden, der das Ausgangssignal der nichtlinearen Teilschaltung mit den Signalen der anderen linearen und nichtlinearen Teilschaltungen addiert und das Signal v(t) am Ausgang der Detektorschaltung zur Verfügung stellt.
Alle Teilschaltungen sind als adaptive Systeme gestaltet. Dazu sind die Verstärker veränderbar realisiert und besitzen neben ihrem Signaleingang und Signalausgang einen weiteren Steuereingang. Zusätzlich besitzt jede Teilschaltung eine adaptive Kontrollschaltung, die zwei Eingänge und einen Steuerausgang besitzt. Der erste Eingang der Kontrollschaltung ist mit dem Eingang des steuerbaren Verstärkers und der zweite Eingang über den Fehlersignaleingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden. In der Kontrollschaltung ist ein adaptiver Steuerungsalgorithmus implementiert, z. B. die Methode des steilsten Abstieges oder der LMS- Algorithmus. Der Ausgang der adaptiven Kontrollschaltung ist mit dem Steuereingang des Verstärkers verbunden.
Die praktische Ausführung soll anhand der folgenden Abbildungen näher erläutert werden:
Fig. 1: Übersichtsschaltplan des adaptiven Korrektursystems für elektrodynamische Schallsender,
Fig. 2: Adaptive Detektorschaltung,
Fig. 3: Meßschaltung zur Bestimmung des Eingangsstromes und der Klemmenspannung,
Fig. 4: Lineare adaptive Teilschaltung zur Kompensation des Schwingspulenwiderstandes und des Konstantanteils des Kraftfaktors,
Fig. 5: Lineare adaptive Teilschaltung zur Kompensation der Schwingspuleninduktivität,
Fig. 6: Nichtlineare adaptive Teilschaltung zur Kompensation der asymmetrischen Abhängigkeit des Kraftfaktors,
Fig. 7: Nichtlineare adaptive Teilschaltung zur Kompensation der symmetrischen Abhängigkeit des Kraftfaktors,
Fig. 8: Adaptive Kontrollschaltung mit implementierten LMS-Algorithmus.
Fig. 1 zeigt die Verschaltung der Hauptbaugruppen des adaptiven Korrektursystems für elektrodynamische Schallsender. Der Eingang (4), an dem das unverzerrte elektrische Nutzsignal auftritt, ist sowohl mit dem Eingang (5) des adaptiven Korrekturfilters (3) als auch mit dem Eingang eines Referenzfilters (6) verbunden. Der Ausgang (7) des Korrekturfilters (3) ist mit dem Eingang (8) des adaptiven Detektorsystems (2) verbunden. An den Ausgänge (9, 10) des Detektorsystems (2) ist der elektrodynamische Schallsender (1) angeschlossen. Die Detektorschaltung (2) besitzt einen Signalausgang (11), an dem ein Kontrollsignal v(t) bereitsteht, das mit der Schnelle der Schwingspule des Schallsenders (1) korrespondiert. Der Ausgang (11) ist mit dem invertierenden Eingang (12) und der Ausgang des Referenzfilters (6) ist mit dem nichtinvertierenden Eingang (14) eines Differenzverstärkers (13) verbunden. Das Referenzfilter (6) erzeugt an seinem Ausgang ein Referenzsignal, das der Schnelle der Schwingspule eines Lautsprechers mit korrigierten Übertragungseigenschaften entspricht. Die Differenz zwischen Kontrollsignales v(t) und Referenzsignal r(t) entspricht dem Fehlersignal e(t) am Ausgang (15) des Differenzverstärkers (13). Der Ausgang (15) ist sowohl mit dem Steuereingang (16) des adaptiven Korrekturfilters (3) als auch mit dem Steuereingang (17) des adaptiven Detektorfilters (2) verbunden.
Fig. 2 zeigt die Schaltungsstruktur der adaptiven Detektorschaltung (2). Die Detektorschaltung (2) enthält eine Meßschaltung (18), lineare adaptive Teilschaltungen (19, 20, 21), nichtlineare adaptive Teilschaltungen (22, 23) und Addierer (24-27). Die Meßschaltung (18) besitzt einen Signaleingang (28), der mit dem Eingang (8) verbunden ist. Die Signalausgänge (29, 30), die über die Ausgänge (9, 10) mit den Klemmen des Schallsenders verbunden sind, besitzen einen Meßausgang (31) für den Wandlereingangsstrom i(t) und einen Meßausgang (32) für die Klemmenspannung uL(t). Jede lineare oder nichtlineare adaptive Teilschaltung (19-23) besitzt einen Signaleingang (33-37), einen Steuereingang (38-42) und einen Signalausgang (43-47). Alle Steuereingänge (38-42) sind mit dem Eingang (17) verbunden, an dem das Fehlersignal e(t) anliegt. Alle Ausgänge (43-47) sind über die Addierer (24-27) mit dem Signalausgang (11) verbunden, an dem das Kontrollsignal v(t) bereitgestellt wird. Die lineare adaptive Teilschaltung (19) dient zur Kompensation des konstanten Anteils des Kraftfaktors (Wichtungsparameter n₀). Hierfür ist der Klemmenspannungsausgang (32) mit dem Signaleingang (33) verbunden. Die lineare adaptive Teilschaltung (20) dient zur Kompensation des Schwingspulenwiderstandes (Wichtungsparameter r). Der Stromausgang (31) ist mit dem Signaleingang (34) verbunden. Das lineare adaptive Teilsystem (21) kompensiert den Einfluß der Schwingspuleninduktivität (Parameter 1). Der Signaleingang (35) ist ebenfalls mit dem Stromausgang (31) der Meßschaltung (18) verbunden. Die nichtlineare adaptive Teilschaltung (22) kompensiert eine asymmetrische Abhängigkeit des Kraftfaktors von der Auslenkung (Parameter n₁). Eine symmetrische Abhängigkeit des Kraftfaktors von der Auslenkung (Parameter n₂) wird durch die nichtlineare adaptive Teilschaltung (23) kompensiert. Weitere nichtlineare adaptive Teilschaltungen höherer Ordnung können zur besseren Approximation der Kraftfaktorkennlinie in der Detektorschaltung implementiert werden. Die Eingänge (36, 37) aller nichtlinearen Teilschaltungen (46, 47) sind mit dem Ausgang des Addierers (25) verbunden, der mit Hilfe des Addierers (24) alle Ausgangssignale der linearen, adaptiven Teilschaltungen (19, 20, 21) zum Signal w(t) zusammenfaßt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Meßschaltung (18) zur Bestimmung des Eingangsstromes i(t) und der Klemmenspannung uL(t).
Die Meßschaltung (18) enthält einen Leistungsverstärker (48) und einen Meßwiderstand (49). Der Verstärker (48) arbeitet mit seinem Eingang und Ausgang gegen einen gemeinsamen Massepunkt, der in Fig. 3 nicht dargestellt ist. Der Eingang (28) der Meßschaltung (18) ist mit dem Eingang des Verstärkers (48) verbunden und der Ausgang des Verstärkers (48) ist sowohl mit dem Meßausgang (32) für die Klemmenspannung uL(t) als auch über den Ausgang (29) mit einer Anschlußklemme des Schallsenders (1) verbunden. Die andere Anschlußklemme des Schallsenders (1) ist über den Ausgang (30) und über den Meßwiderstand (49) mit dem gemeinsamen Massepunkt der Anordnung verbunden. Da der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand (49) dem Eingangsstrom i(t) entspricht, ist der Ausgang (30) mit dem Meßausgang (31) verbunden. Der Meßwiderstand wird viel kleiner als die Eingangsimpedanz des Schallsenders dimensioniert, so daß die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers (48) ungefähr der Klemmenspannung des Schallsenders entspricht.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung der linearen adaptiven Teilschaltungen (19, 20) zur Kompensation des Schwingspulenwiderstandes und des Konstantanteils des Kraftfaktors. Die Teilschaltung enthält eine adaptive Kontrollschaltung (50) und einen steuerbaren Verstärker (51) mit der Verstärkung n₀ bzw. r. Der Eingang (33 bzw. 34) der Teilschaltung (19 bzw. 20) ist sowohl mit dem Eingang (55) der adaptiven Kontrollschaltung (50) als auch mit dem Signaleingang (52) des steuerbaren Verstärkers (51) verbunden. Der andere Eingang (56) der adaptiven Steuerschaltung (50) ist mit dem Steuereingang (38 bzw. 39) verbunden. Der Ausgang (57) der adaptiven Kontrollschaltung (50) ist mit dem Steuereingang (54) des Verstärkers (51) und der Ausgang (53) des Verstärkers (51) ist mit dem Ausgang (43 bzw. 44) der Teilschaltung verbunden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung der linearen adaptiven Teilschaltung (21) zur Kompensation der Schwingspuleninduktivität. Die Teilschaltung enthält ein Differenzierglied (61), eine adaptive Kontrollschaltung (60) und einen steuerbaren Verstärker (58) mit der Verstärkung 1. Der Eingang (35) der Teilschaltung (21) ist über ein Differenzierglied (61) sowohl mit dem Eingang (62) der adaptiven Steuerschaltung (60) als auch mit dem Signaleingang (89) des steuerbaren Verstärkers (58) verbunden. Der andere Eingang (63) der adaptiven Kontrollschaltung (60) ist mit dem Steuereingang (40) verbunden. Der Ausgang (64) der adaptiven Kontrollschaltung (60) ist mit dem Steuereingang (59) des Verstärkers (58) und der Ausgang (65) des Verstärkers (58) ist mit dem Ausgang (45) der Teilschaltung verbunden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführung der nichtlinearen adaptiven Teilschaltung (22) zur Kompensation der asymmetrischen Kraftfaktorveränderungen. Die Teilschaltung enthält einen Integrator (66), einen Multiplizierer (67), eine adaptive Kontrollschaltung (68) und einen steuerbaren Verstärker (69) mit der Verstärkung n₁. Der Eingang (36) der Teilschaltung (22) ist sowohl mit dem einen Eingang des Multiplizierers (67) als auch mit dem Eingang eines Integrators (66) verbunden. Der Ausgang des Integrators (66) ist mit dem anderen Eingang des Multiplizierers (67) verschalten. Der Ausgang des Multiplizierers ist sowohl mit dem Eingang (70) der adaptiven Kontrollschaltung (68) als auch über den Verstärker (69) mit dem Ausgang (46) der Teilschaltung (22) verbunden. Der andere Eingang (71) der adaptiven Steuerschaltung (68) ist mit dem Steuereingang (41) und der Ausgang (72) der adaptiven Kontrollschaltung (68) ist mit dem Steuereingang (73) des Verstärkers (69) verbunden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführung der nichtlinearen adaptiven Teilschaltung (23) zur Kompensation der asymmetrischen Kraftfaktorveränderungen. Die Teilschaltung enthält einen Integrator (74), zwei Multiplizierer (75, 76), eine adaptive Kontrollschaltung (77) und einen steuerbaren Verstärker (78) mit der Verstärkung n₂. Der Eingang (37) der Teilschaltung (23) ist sowohl mit dem einen Eingang des Multiplizierers (76) als auch über einen Integrator (74) und einem nachgeschalteten Quadrierer (75) mit dem anderen Eingang des Multiplizierers (76) verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers (76) ist sowohl mit dem Eingang (79) der adaptiven Steuerschaltung (77) als auch über den Verstärker (78) mit dem Ausgang (47) der Teilschaltung (23) verbunden. Der andere Eingang (80) der adaptiven Steuerschaltung (77) ist mit dem Steuereingang (42) und der Ausgang (81) der adaptiven Kontrollschaltung (77) ist mit dem Steuereingang (82) des Verstärkers (78) verbunden.
Fig. 8 zeigt eine Ausführung der adaptiven Kontrollschaltungen (50, 60, 68, 77). Entsprechend dem implementierten LMS-Algorithmus enthält die Kontrollschaltung (88) einen Multiplizierer (86) und einen Integrator (87). Die beiden Eingänge (83, 84) der Kontrollschaltung sind jeweils mit einem Eingang des Multiplizierers (86) verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers (86) ist über den Integrator (87) mit dem Ausgang (85) verbunden.
Abschließend soll der Ablauf des adaptiven Anpaßprozesses kurz erläutert werden. An den Ausgang (9, 10) des Detektorfilters wird ein beliebiger elektrodynamischer Schallsender angeschlossen. Die Parameter des adaptiven Korrekturfilters (3) und der adaptiven Detektorschaltung (2) werden auf geeignete Standardwerte gesetzt. Zu Beginn des Lernvorganges ist die Korrektur des Übertragungsverhaltens des Schallsenders unvollständig und das Kontrollsignal am Ausgang (11) der Detektorschaltung (2) entspricht nicht der Schnelle der Schwingspule. Durch Vergleich des Kontrollsignales v(t) mit dem Referenzsignal r(t) wird das Fehlersignal e(t) gebildet und den adaptiven Kontrollschaltungen zugeführt. Entsprechend dem implementierten LMS-Algorithmus werden die Wichtungsparameter (n₀, r, l, n₁, n₂) so verändert, daß sich das Fehlersignal vermindert. Ist das gefilterte Fehlersignal e(t) am Ausgang (15) des Systems (13) unkorreliert mit den Kompensationssignalen an den Eingängen der steuerbaren Verstärker, dann ist der Lernprozeß der adaptiven Detektorschaltung beendet und das Kontrollsignal stellt eine optimale Schätzung für die Schnelle der Schwingspule des Schallsenders dar. Gleichzeitig mit der Anpassung der Detektorschaltung werden die optimalen Parameter des Korrekturfilters (1) bestimmt.
Die Erfindung wurde am Beispiel eines diskreten, analogen Schaltungsnetzwerkes ausgeführt. Der heutige Stand der Technik erlaubt es, dieses adaptive Korrekturfilter in einem digitalen Signalprozessorsystem zu implementieren. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich ein adaptives Korrektursystem selbständig ohne Verwendung eines zusätzlichen mechanischen oder akustischen Sensors an den Schallsender anpaßt. Dadurch ist es möglich, billige und robuste adaptive Korrektursysteme zu realisieren. Der Lernprozeß kann bei Übertragung des Nutzsignales (Audiosignal) ständig oder zeitweise aktiviert werden. Zeitliche Parameterveränderungen des Schallsenders durch Erwärmung und Alterung werden durch das Korrektursystem selbständig ausgeglichen und die Verbesserung des Übertragungsverhaltens bleibt über einen langen Zeitraum gewährleistet.
Die benutzten Symbole bedeuten:
u(t) unverzerrtes Eingangssignal,
uL(t) vorverzerrtes Signal,
v(t) Kontrollsignal am Ausgang der Detektorschaltung,
r(t) Referenzsignal,
e(t) Fehlersignal am Ausgang des Differenzverstärkers.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur selbständigen Korrektur des linearen und nichtlinearen Übertragungsverhaltens elektrodynamischer Schallsender mit Hilfe eines adaptiven linearen oder adaptiven nichtlinearen Korrekturfilters, einer Detektorschaltung und eines Differenzverstärkers, wobei das Korrekturfilter einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang für ein Fehlersignal besitzt, der Signalausgang des Korrekturfilters über eine Detektorschaltung mit den elektrischen Klemmen des Schallsenders verbunden ist, die Detektorschaltung einen Kontrollausgang besitzt, an dem ein Kontrollsignal ohne Benutzung eines zusätzlichen mechanischen und akustischen Sensors aus den Klemmensignalen abgeleitet wird, der Kontrollausgang mit dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers verbunden ist, der Eingang des Korrekturfilters direkt oder über ein Referenzfilter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist und der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Steuereingang des Korrekturfilters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung eine adaptive Schaltung ist, die einen zusätzlichen Steuereingang besitzt, der mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung eine Meßschaltung, eine oder mehrere adaptive Teilschaltungen und Addierer enthält, die adaptiven Teilschaltungen einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang besitzen, die Meßschaltung einen Signaleingang, zwei Signalausgänge und einen Spannungsausgang, einen Stromausgang besitzt, der Ausgang des Korrekturfilters mit dem Eingang der Meßschaltung verbunden ist, die Signalausgänge der Meßschaltung mit den Wandlerklemmen verbunden sind, der Spannungsausgang mit dem Eingang einer adaptiven Teilschaltung und der Stromausgang der Meßschaltung mit dem Eingang einer oder mehrerer adaptiven Teilschaltungen verbunden ist, die Ausgänge aller adaptiven Teilschaltungen über Addierer mit dem Ausgang der Detektorschaltung verbunden sind und der Steuereingang der Detektorschaltung mit den Steuereingängen aller adaptiven Teilschaltungen verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung einen Widerstand enthält, der in Reihe zum Schallsender geschalten ist und zur Bestimmung des Wandlereingangsstromes dient.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine adaptive Teilschaltung der Detektorschaltung ein nichtlineares Übertragungsverhalten besitzt und die Ausgänge aller linearen adaptiven Teilschaltungen über Addierer mit dem Eingang der nichtlinearen, adaptiven Teilschaltung verbunden sind.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Teilschaltung, deren Eingang mit dem Spannungsausgang der Meßschaltung verbunden ist, einen steuerbaren Verstärker und eine adaptive Kontrollschaltung enthält, der Verstärker einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang besitzt, und die Kontrollschaltung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, der Signaleingang der Teilschaltung sowohl mit dem Signaleingang des Verstärkers als auch mit dem einen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist, der Steuereingang der Teilschaltung mit dem anderen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist und der Ausgang der Kontrollschaltung mit dem Steuereingang des Verstärkers verbunden ist und der Ausgang des Verstärkers mit dem Ausgang der Teilschaltung verbunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Teilschaltung, deren Eingang mit dem Stromausgang der Meßschaltung verbunden ist und die zur Kompensation der Schwingspuleninduktivität dient, einen Differenzierer, einen steuerbaren Verstärker und eine adaptive Kontrollschaltung enthält, wobei der Verstärker einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang besitzt und die Kontrollschaltung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, der Eingang der Teilschaltung über ein Differenzierglied sowohl mit dem Signaleingang des Verstärkers als auch mit dem einen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist, der Steuereingang der Teilschaltung mit dem anderen Eingang der Kontrollschaltung verschalten ist, der Ausgang der Kontrollschaltung mit dem Steuereingang des Verstärkers und der Ausgang des Verstärkers mit dem Ausgang der Teilschaltung verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Teilschaltung, deren Eingang mit dem Stromausgang der Meßschaltung verbunden ist und die zur Kompensation des Schwingspulenwiderstandes dient, einen steuerbaren Verstärker und eine adaptive Kontrollschaltung enthält, wobei der Verstärker einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang besitzt, die Kontrollschaltung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, der Eingang der Teilschaltung sowohl mit dem Signaleingang des Verstärkers als auch mit dem einen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist, der Steuereingang der adaptiven Teilschaltung mit dem anderen Eingang der Kontrollschaltung verschalten ist, der Ausgang der Kontrollschaltung mit dem Steuereingang des Verstärkers und der Ausgang des Verstärkers mit dem Ausgang der Teilschaltung verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Teilschaltung zur Kompensation des auslenkungsabhängigen Kraftfaktors zumindest einen Integrierer, zumindest einen Multiplizierer, einen steuerbaren Verstärker und eine adaptive Kontrollschaltung enthält, der Verstärker einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuereingang besitzt, und die Kontrollschaltung zwei Eingänge und einen Ausgang besitzt, der Eingang der Teilschaltung sowohl mit dem ersten Eingang des Multiplizierers als auch über den Integrierer mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers verbunden ist, der Ausgang des Multiplizierers sowohl mit dem Signaleingang des Verstärkers als auch mit dem einen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist, der Steuereingang der Teilschaltung mit dem anderen Eingang der Kontrollschaltung verbunden ist, der Ausgang der Kontrollschaltung mit dem Steuereingang des Verstärkers und der Ausgang des Verstärkers mit dem Ausgang der Teilschaltung verbunden ist.
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