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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lautsprechervorrichtung zur
Verwendung in verschiedenen Tonvorrichtungen und Fernsehempfängern und insbesondere
eine Lautsprechereinheit, die mit einem Schallrohr gekoppelt ist,
das vor dem Lautsprecher angeordnet ist, wobei das Schallrohr ein
Mikrofon zum Erkennen von mit der Lautsprechereinheit wiedergegebenen
Tönen hat
und die Töne
von der Lautsprechereinheit entsprechend den von dem Mikrofon erkannten
Signalen korrigiert werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Lautsprechervorrichtung dieser Art wird nachstehend unter Bezugnahme
auf die
7,
8(A) und
8(B) beschrieben.
7 ist ein
Blockdiagramm,
8(A) zeigt Mikrofon-Ausgangssignale,
und
8(B) zeigt Tonausgabe-Kennlinien
der herkömmlichen
Lautsprechervorrichtung, wobei die Kurve a eine Schalldruck-Kennlinie
zeigt und die Kurve b einen Phasengang zeigt. Ein ähnliches
System ist aus
JP 07
162 990 A bekannt.
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In 7 erzeugt
ein Lautsprecher 1 Schallwellen, und der Lautsprecher 1 ist
mit einem Schallrohr 2 gekoppelt. Auf beiden Seiten des
Schallrohrs 2 ist jeweils ein Schallabsorptionsmaterial
(nicht dargestellt) zur Resonanzunterdrückung vorgesehen. In dem Schallrohr 2 ist
nahe an der Lautsprechereinheit 1 ein Mikrofon 4 zum
Erkennen von Schall-Ausgangssignalen
vorgesehen.
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Wenn
ein Signal über
ein Subtrahierglied 6 und einen Leistungsverstärker 3 an
die Lautsprechereinheit 1 gesendet wird, sendet die Lautsprechereinheit 1 ein
Schall-Ausgangssignal
aus, das von der Öffnung
durch das Schallrohr 2 ausgesendet wird. Die auf der Länge des
Schallrohrs beruhende stehende Welle und die in dem Schallrohr 2 erzeugte stehende
Welle lassen eine Lautsprechervorrichtung Töne mit steilen Anstiegen und
Abfällen
in der Schalldruck-Frequenz-Kennlinie wiedergeben. Um das zu vermeiden,
wird ein Schallabsorptionsmaterial zur Unterdrückung der stehenden Wellen
verwendet. Das Schallabsorptionsmaterial ist jedoch nicht wirksam
genug, um die stehenden Wellen vollständig zu unterdrücken. Dadurch
erkennt das Mikrofon 4 die übrigen stehenden Wellen und
sendet sie über
einen Mikrofonverstärker 5 an
das Subtrahierglied 6 zurück. Auf diese Weise wird die
stehende Welle in dem Schallrohr 2 unterdrückt, und
es werden wiedergegebene Töne
mit einer flachen Schalldruck-Frequenz-Kennlinie erhalten.
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Bekanntlich
erzeugt ein vor der Lautsprechereinheit angeordnetes Schallrohr
in dem Rohr eine Resonanz, und die erzeugte Resonanzfrequenz f wird
durch folgende Gleichung dargestellt: f = (n
+ 1)C/4L,worin f die Resonanzfrequenz des Rohrs ist, n die n-te
Resonanz ist, C die Schallgeschwindigkeit ist und L die Länge des
Rohrs ist.
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Wenn
bei der wie vorstehend gestalteten Lautsprechervorrichtung eine
Primärresonanz
(n = 1) aufgrund der Rohrlänge
mittels der Phasendifferenz zwischen dem an die Lautsprechereinheit 1 gesendeten
elektrischen Eingangssignal und dem von der Lautsprechereinheit 1 ausgesendeten
Schall-Ausgangssignal korrigiert wird, verschiebt sich die Resonanzkomponente
und erscheint als Spitzenwert in der Tonausgabe-Kennlinie nach der
Korrektur. Dadurch ist es bisher schwierig gewesen, die Tonausgabe-Kennlinie
abzuflachen. Und da die Rückkopplung für den gesamten
Frequenzbereich von der Niederfrequenzkomponente bis zur Hochfrequenzkomponente
erfolgt, ist es nicht möglich,
eine bestimmte gewünschte
Frequenzkomponente zu steuern.
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Der
Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal
wird wie folgt dargestellt: Vout/Vin = A/(1 + A·T(S)),worin Vout die Ausgangsspannung ist, Vin die
Eingangsspannung ist, A die Gesamtverstärkung durch die Verstärker ist
und T(S) eine Übertragungsfunktion ist.
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Unterstellt
man, dass das Mikrofon 4 eine annähernd flache Kennlinie hat
und T(S) im Wesentlichen gleich der Übertragungsfunktion der Lautsprechereinheit 1 ist,
wird infolge der Phasenverschiebung, die durch die Lautsprechereinheit 1 und
die zweite oder dritte Rohrresonanz des Schallrohrs 2 verursacht
wird, T(S) = –1.
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In
einigen Fällen
wird der Nenner 0, sodass es leicht zu Schwingungen kommt. Das macht
es unter Berücksichtigung
eines Schwingungsspielraums schwierig, zu viele Rückkopplungen
zu verwenden und den Niederfrequenzbereich und die Rohrresonanz
effektiv zu steuern.
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Die
vorliegende Erfindung geht die vorstehenden Probleme an und zielt
darauf ab, eine Lautsprechervorrichtung mit stabilen Kennlinien
zur Verfügung
zu stellen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Lautsprechervorrichtung
weist Folgendes auf: einen Leistungsverstärker, der ein Eingangssignal über ein
Subtrahierglied empfängt;
eine Lautsprechereinheit zum Wiedergeben eines Ausgangssignals des
Leistungsverstärkers;
ein Schallrohr, das vor der Lautsprechereinheit zum Leiten von von
der Lautsprechereinheit erzeugten Schallwellen angeordnet ist; ein
Mikrofon zum Erkennen von Schall-Ausgangssignalen,
die von der Lautsprechereinheit ausgesendet werden; und einen Mikrofonverstärker zum
Verstärken
von Schall-Ausgangssignalen, die von dem Mikrofon erkannt werden.
Bei einer Lautsprechervorrichtung mit der vorstehenden Gestaltung
werden Ausgangssignale des Mikrofonverstärkers an das Subtrahierglied gesendet
und gleichzeitig werden auch Ausgangssignale des vorgenannten Mikrofonverstärkers über ein
Hochpassfilter an das Subtrahierglied gesendet, um eine Gegenkopplungsschaltung
herzustellen, um Spitzen und Täler
in den Schalldruck-Frequenz-Kennlinien zu unterdrücken. Dadurch
erhält die
Lautsprechervorrichtung stabile Kennlinien.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer Lautsprechervorrichtung nach einer beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine Tonausgabe-Kennlinie.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm einer Lautsprechervorrichtung nach einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4(A) zeigt eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie
nach einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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4(B) zeigt eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie
nach einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer Lautsprechervorrichtung nach einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6(A) zeigt eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie
bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6(B) zeigt eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie
bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7(A) zeigt eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie.
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7(B) zeigt eine Tonausgabe-Kennlinie.
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8(A) zeigt Mikrofon-Ausgangssignale.
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8(B) zeigt Tonausgabe-Kennlinien der herkömmlichen
Lautsprechervorrichtung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachstehend
werden beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6(B) beschrieben.
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Diejenigen
Komponenten, die die gleichen Funktionen wie die der herkömmlichen
Technik haben, sind durch dieselben Bezugssymbole dargestellt, die
zur Beschreibung der herkömmlichen
Lautsprechervorrichtung verwendet werden.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer Tonschaltung nach einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Diagramm
einer Tonausgabe-Kennlinie,
wobei die Kurve a die Schalldruck-Kennlinie zeigt und die Kurve
b den Phasengang zeigt. Zunächst
wird der Gesamtaufbau der Lautsprechervorrichtung unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben.
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In 1 ist
vor einer Lautsprechereinheit 1 ein Schallrohr 2 mit
der Lautsprechereinheit 1 verbunden, und in dem Schallrohr 2 ist
ein Mikrofon 4 angebracht. Schallwellen, die von der Lautsprechereinheit 1 ausgesendet
werden, werden von dem Mikrofon 4 in dem Schallrohr 2 erkannt.
Die erkannten Signale werden über
ein Hochpassfilter 7 an ein Subtrahierglied 6 gesendet,
und gleichzeitig werden die von dem Mikrofon 4 erkannten
Signale direkt in das Subtrahierglied 6 eingegeben, um
mit von außen kommenden
Eingangssignalen gemischt zu werden, um die Eingangssignale zu korrigieren.
Die korrigierten Signale werden an einem Leistungsverstärker 13 verstärkt und
an die Lautsprechereinheit 1 gesendet.
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Das
Schallrohr 2 ist vor einer Lautsprecherbox (nicht dargestellt)
angeordnet, in der die Lautsprechereinheit 1 montiert ist,
und Schallwellen werden mit dem Schallrohr 2 so geleitet,
dass sie von einer schmalen Schlitzöffnung mit einer rechteckigen Form
ausgesendet werden. Das Mikrofon 4 erkennt eine Resonanz
in dem Schallrohr 2 und sendet die dadurch erkannten Schall-Ausgangssignale über ein sekundäres Hochpassfilter 7 (–12 dB/oct)
an das Subtrahierglied 6 zurück. Gleichzeitig werden die Schall-Ausgangssignale
direkt an das Subtrahierglied 6 zurückgesendet.
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2 zeigt
eine Tonausgabe-Kennlinie. Im Gegensatz zu 8(B),
die das herkömmliche
Gegenstück
zeigt, ist in 2 kein Spitzenwert zu sehen,
der auf einer von der Phasenverschiebung verursachten Verschiebung
der Resonanzkomponente beruht. Die Frequenzkennlinien einer Lautsprechervorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform
sind abgeflacht worden, ohne dass es zu einer Verschiebung der Resonanzkomponente
kommt.
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Wie
vorstehend dargelegt, wird die Resonanz in dem Schallrohr 2 von
dem Mikrofon 4 erkannt, und die so erkannten Schall-Ausgangssignale werden über das
sekundäre
Hochpassfilter 7 (–12 dB/oct)
als Rückkopplungssignale
an das Subtrahierglied 6 zurückgesendet. Gleichzeitig werden
auch die von dem Mikrofon 4 erkannten Signale direkt an
das Subtrahierglied 6 gesendet. Außerdem wird eine Grenzfrequenz
des sekundären
Hochpassfilters 7 (–12
dB/oct) so eingestellt, dass sie mit der Resonanzfrequenz des Rohrs übereinstimmt.
Dadurch wird eine Phasenkorrektur durchgeführt, und es wird eine ausgezeichnete
Lautsprechervorrichtung zur Verfügung
gestellt.
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Zweite Ausführungsform
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3 zeigt
ein Blockdiagramm einer Tonschaltung nach einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 4(A) zeigt
eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie,
und 4(B) zeigt Tonausgabe-Kennlinien,
wobei die Kurve a die Schalldruck-Kennlinie zeigt und die Kurve b den
Phasengang zeigt. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform
besteht darin, dass bei der vorliegenden Ausführungsform eine Gegenkopplungsschaltung
dadurch hergestellt wird, dass die von dem Mikrofon 4 erkannten
Schall-Ausgangssignale über
ein Paar parallelgeschaltete Hochpassfilter 7 und 8 an
das Subtrahierglied 6 gesendet werden. Das Filter 7 ist
ein sekundäres
Hochpassfilter (–12 dB/oct),
während
das Filter 8 ein primäres
Hochpassfilter (6 dB/oct) ist.
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Bei 8(A), die die Frequenzkennlinie des Mikrofonsignals
der herkömmlichen
Vorrichtung zeigt, wird das Rückkopplungssignal
vorgeformt, sodass es auch die Niederfrequenzbereichskomponenten
erfasst, was bedeutet, dass die Niederfrequenzbereichskomponenten
verstärkt
werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch das
Niveau der Niederfrequenzbereichskomponenten abgesenkt, wie in dem
in 4(A) gezeigten Kennlinienfeld
gezeigt ist. Das heißt,
dass die Niederfrequenzbereichskomponenten bei der vorliegenden
Ausführungsform
nicht verstärkt
werden.
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Beim
Vergleichen der Tonausgabe-Kennlinien der vorliegenden Ausführungsform
(4(B)) mit denen der herkömmlichen Vorrichtung (8(B)) ist zu erkennen, dass die Niederfrequenz-Kennlinie
bei der vorliegenden Ausführungsform
nicht verbessert wird, während
die Kennlinie der herkömmlichen
Vorrichtung verbessert worden ist.
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Wie
vorstehend dargelegt, ist die Gegenkopplungsschaltung bei der vorliegenden
Ausführungsform
mit einem primären
und einem sekundären
Hochpassfilter 7 und 8 versehen, die ein Paar
bilden und parallelgeschaltet sind, und der Mikrofonverstärker 5 ist
so mit den Hochpassfiltern 7 und 8 verbunden,
dass seine Ausgangssignale an das Subtrahierglied 6 gesendet
werden. Die Schaltung kann diese Mikrofon-Ausgangssignale nur in
der Nähe
der Resonanzfrequenz-Komponente rückkoppeln, wodurch die Verstärkung der
Niederfrequenzbereichskomponenten unterdrückt wird. Dadurch können die Ausgangsfrequenzkennlinien
abgeflacht und korrigiert werden, und es wird eine Lautsprechervorrichtung
mit ausgezeichneten akustischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt.
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Dritte Ausführungsform
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer Tonschaltung nach einer dritten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 6(A) zeigt
eine Mikrofon-Ausgangssignal-Kennlinie,
und 6(B) zeigt die Tonausgabe-Kennlinien,
wobei die Kurve a die Schalldruck-Kennlinie zeigt und die Kurve b den
Phasengang zeigt. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform
besteht darin, dass bei der vorliegenden Ausführungsform eine Gegenkopplungsschaltung
aus einem Paar Filter 7 und 9 besteht, und zwar
einem sekundären
Hochpassfilter 7 zum Verarbeiten des von dem Mikrofon 4 erkannten Ausgangssignals
und zum Senden dieses Signals an das Subtrahierglied 6 und
einem Tiefpassfilter 9 mit –12 dB/oct oder –6 dB/oct
zum Verarbeiten des von dem Mikrofon 4 erkannten Ausgangssignals
und zum Senden dieses Signals an das Subtrahierglied 6.
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Das
Tiefpassfilter 9 kann nur die Niederfrequenzbereichskomponenten
für die
Phasenkorrektur entfernen. Dadurch kann die Tonausgabe-Kennlinie nur
für die
Niederfrequenzbereichskomponenten korrigiert werden. Das sekundäre Hochpassfilter 7 kann die
Schallrohrresonanz unabhängig
und beliebig korrigieren. Auf diese Weise können die Ausgangsfrequenzkennlinien
einfach und beliebig abgeflacht und korrigiert werden, und bei der
vorliegenden Ausführungsform
wird eine Lautsprechervorrichtung mit ausgezeichneten akustischen
Eigenschaften zur Verfügung
gestellt.
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Beim
Vergleichen der Tonausgabe-Kennlinien der vorliegenden Ausführungsform
(6(B)) mit denen der herkömmlichen Vorrichtung (8(B)) ist deutlich zu erkennen, dass die Niederfrequenzbereichs-Kennlinie
und die Rohrresonanz gleichzeitig gesteuert werden können, sodass
die Tonausgabe-Kennlinien beliebig gesteuert werden können.
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Die
Beschreibungen bei den vorstehenden Ausführungsformen beruhen zwar auf
Hochpassfiltern zum Steuern der Sekundärresonanz in dem Rohr, aber
erfindungsgemäß kann natürlich auch
die n-te Resonanz (n ist eine positive Ganzzahl) des Rohrs gesteuert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch für solche Lautsprechervorrichtungen
verwendet werden, deren Rückwand
zum Anschließen
des Schallrohrs eine Bassreflex-Rückwand ist oder die überhaupt keine
Rückwand
hat.
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Anwendungsmöglichkeiten
in der Industrie
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Die
erfindungsgemäßen Lautsprechervorrichtungen
weisen Folgendes auf: einen Leistungsverstärker, der ein Eingangssignal über ein
Subtrahierglied empfängt;
eine Lautsprechereinheit zum Wiedergeben eines Ausgangssignals des
Leistungsverstärkers;
ein Schallrohr, das vor der Lautsprechereinheit zum Leiten von Schallwellen
von der Lautsprechereinheit angeordnet ist; ein Mikrofon zum Erkennen
von Schall-Ausgangssignalen, die von der Lautsprechereinheit ausgesendet
werden; und einen Mikrofonverstärker
zum Verstärken
der von dem Mikrofon erkannten Schall-Ausgangssignale. Die Lautsprechervorrichtung,
die eine Gegenkopplungsschaltung hat, die durch direktes Senden
des Ausgangssignals des Mikrofonverstärkers an das Subtrahierglied
und durch Senden des vorgenannten Ausgangssignals des Mikrofonverstärkers über ein Hochpassfilter
an das Subtrahierglied hergestellt wird, führt eine Phasenkorrektur durch
und unterdrückt
den Spitzenwert aufgrund einer Verschiebung der Resonanzfrequenz-Komponente,
wobei die Verschiebung durch eine Phasenänderung bewirkt wird. Durch
die direkte Signalrückkopplung
des Mikrofon-Ausgangssignals können
die Niederfrequenzbereichskomponenten verstärkt werden. Dadurch werden
die Ausgangsfrequenzkennlinien abgeflacht und die Niederfrequenz-Tonwiedergabe wird
verbessert, sodass eine Lautsprechervorrichtung mit ausgezeichneten
akustischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt wird.
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Bei
der Rückkopplungsschaltung,
in der ein sekundäres
Hochpassfilter als Hochpassfilter verwendet wird, werden beachtliche
Wirkungen durch Anpassen der Grenzfrequenz an die Resonanzfrequenz
erzielt.
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Bei
einer Lautsprechervorrichtung mit einem Leistungsverstärker, der
ein Eingangssignial über
ein Subtrahierglied empfängt,
einer Lautsprechereinheit zum Wiedergeben eines Ausgangssignals
von dem Leistungsverstärker,
einem Schallrohr, das vor der Lautsprechereinheit zum Leiten von
Schallwellen angeordnet ist, einem Mikrofon zum Erkennen von Schall-Ausgangssignalen,
die von der Lautsprechereinheit ausgesendet werden, einem Mikrofonverstärker zum
Verstärken
der von dem Mikrofon erkannten Schall-Ausgangssignale und einer
Gegenkopplungsschaltung, die aus einem primären und sekundären Hochpassfilter
besteht, die ein Paar bilden und parallelgeschaltet sind, zum Senden
der Ausgangssignale von dem Mikrofonverstärker an das Subtrahierglied können die
Mikrofon-Ausgangssignale nur in der Nähe der Resonanzfrequenz-Komponente
rückgekoppelt
werden. Dadurch kann die Verstärkung
der Niederfrequenzbereichskomponenten unterdrückt wird. Dadurch können die
Ausgangsfrequenzkennlinien problemlos abgeflacht und korrigiert
werden, um eine Lautsprechervorrichtung mit ausgezeichneten akustischen
Eigenschaften zur Verfügung
zu stellen.
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Bei
einer Lautsprechervorrichtung mit einem Leistungsverstärker, der
ein Eingangssignal über
ein Subtrahierglied empfängt,
einer Lautsprechereinheit zum Wiedergeben eines Ausgangssignals
des Leistungsverstärkers,
einem Schallrohr, das vor der Lautsprechereinheit zum Leiten von
Schallwellen angeordnet ist, einem Mikrofon zum Erkennen von Schall-Ausgangssignalen,
die von der Lautsprechereinheit ausgesendet werden, einem Mikrofonverstärker zum
Verstärken
der von dem Mikrofon erkannten Schall-Ausgangssignale und einer
Gegenkopplungsschaltung, die aus einem sekundären Hochpassfilter und einem
primären
oder einem sekundären
Tiefpassfilter besteht, die mit dem Subtrahierglied parallelgeschaltet
sind, können
die Ausgangssignale des Mikrofonverstärkers nur in der Niederfrequenzkomponente
und nur in der Nähe
der Resonanzfrequenz-Komponente rückgekoppelt werden. Das Tiefpassfilter
kann eine Phasenkorrektur für
die Niederfrequenzbereichskomponente durchführen und die Niederfrequenzbereichskomponente
steuern. Außerdem
können
alle gewünschten
Frequenzkomponenten unabhängig
gesteuert werden, und die Resonanzfrequenz-Komponente kann durch
Verstärken oder
Unterdrücken
der Wiedergabe des Niederfrequenzbereichs gesteuert werden. Auf
diese Weise können
die Ausgangsfrequenzkennlinien problemlos abgeflacht und korrigiert
werden, und es kann eine Lautsprechervorrichtung mit ausgezeichneten
akustischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden.
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- 1
- Lautsprechereinheit
- 2
- Schallrohr
- 3
- Leistungsverstärker
- 4
- Mikrofon
- 5
- Mikrofonverstärker
- 6
- Subtrahierglied
- 7
- Hochpassfilter
- 8
- Hochpassfilter
- 9
- Tiefpassfilter
- 13
- Leistungsverstärker
-
Figuren
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1
-
- Leistungsverstärker
- Mikrofonverstärker
-
2
-
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
-
3
-
- Leistungsverstärker
- Mikrofonverstärker
-
4
-
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
-
5
-
- Leistungsverstärker
- Mikrofonverstärker
-
6
-
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
-
7
-
- Leistungsverstärker
- Mikrofonverstärker
-
8
-
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)
- Verstärkung
(dB)
- Frequenz (Hz)
- Phase (Grad)