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Die
Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und insbesondere auf einen
Einbaulautsprecher mit verbessertem Dynamikbereich im Vergleich
zu bekannten Lautsprechern.
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Konventionelle,
analoge Lautsprecher haben einen begrenzten Dynamikbereich im Vergleich
zu dem Dynamikbereich, der bei den jüngsten digitalen Aufnahmen
zur Verfügung
steht (zum Beispiel 24 Bit oder DSD). Digitale Aufnahmen verwenden
bis zu 24 Bits, und dies bedeutet einen Dynamikbereich von 141 dB.
Es wurden bereits digitale Lautsprecher mit 2N Einzel-Bit-Vorrichtungen
(wobei N = 24, dies entspricht 1,7 × 107)
vorgeschlagen -siehe WO96/31086. Jedoch haben diese den offensichtlichen
Nachteil, dass sie sehr kompliziert sind und schlechte Eigenschaften
in Bezug auf das Übersprechverhalten
verschiedener Vorrichtungen haben, was eine weitere Verbreitung
derartiger Systeme behindert hat. Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass
die meisten Lautsprecher nicht in der Lage sind, realistische, absolute
Pegel des Schalls wiederzugeben (beispielsweise ohne Störung bis
120 dB in 1 m Entfernung), so dass digitale Lautsprecher die 24 Bit-Genauigkeit
nicht voll ausschöpfen
können.
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1 zeigt
ein konventionelles Lautsprechersystem mit drei Treibern/Lautsprechern 1, 2, 3. Ein
Mastersignal 4 wird durch Filter 5, 6 und 7 (Hochpassfilter,
Bandpassfilter und Tiefpassfilter) in drei Frequenzbereiche zerlegt,
Höhen 5a für den Lautsprecher 1,
Mitten 6a für
den Lautsprecher 2 und Bass 7a für den Lautsprecher 3.
Damit ergibt sich ein Mehrfachlautsprechersystem, bei dem eine Frequenzaufteilung
des Haupttreiber-Mastersignals 4 erfolgt. Die Beziehung
zwischen jedem Betreiber 1, 2 und 3 ist
festgelegt und unabhängig
vom dem Pegel des Mastersignals.
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Ein
konventionelles Lautsprechersystem, wie es in 1 gezeigt
ist, zeigt Störungen
und weitere unerwünschte
Effekte, wenn der Dynamikbereich am Eingang der Treiber/Lautsprecher 1, 2 oder 3 auf
mehr als 100 dB steigt. Selbst wenn konventionelle Lautsprecher
gebaut werden können,
die einen Dynamikbereich von etwa 120 dB haben, so sind diese doch
sehr teuer. Bei konventionellen Lautsprechern liegt der Dynamikbereich
eher im Bereich von 100 dB.
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Es
ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Lautsprechersystem
zu schaffen, das die oben genannten Probleme bei Systemen nach dem Stand
der Technik überwindet
oder wenigstens abmildert.
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WO-A-00
05920 betrifft einen Einbaulautsprecher mit einem Mehrmodenstrahler.
Der Strahler hat mehrere im Wesentlichen konzentrische Plattenelemente
und mehrere analoge Treiber, um den Strahler zu versorgen, von denen
einer oder mehrere unter den Treibern zu jedem beliebigen Zeitpunkt
in Betrieb sind.
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Entsprechend
wird erfindungsgemäß ein Einbaulautsprecher
mit einem resonanten Mehrmodenstrahler, wobei der Strahler mehrere
im Wesentlichen konzentrische Plattenelemente umfasst, und mehreren
Analog-Treibern für
die Versorgung des Strahlers geschaffen, wobei einer oder mehrere
der Treiber zu jedem beliebigen Zeitpunkt in Betrieb sind, wobei
ein Signalpegel, der am Eingang des Lautsprechers gemessen wird,
den Betriebszustand jedes Treibers festlegt.
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1,
die oben beschrieben wurde, zeigt ein konventionelles Lautsprechersystem. 2 zeigt
einen Lautsprecher gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Anzahl von Treibern 10a, 10b, 10c, 10d,
..., 10n, die ihr Eingangssignal in Abhängigkeit von einem Mastersignal 8 erhalten.
Man beachte, dass dieses Mastersignal das gleiche wie das Mastersignal 4 in 1 sein
kann oder einen der Kanäle 5a, 6a oder 7a oder
irgendetwas anders eines Audiosystems darstellen kann.
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Jedes
Mastersignal 8, siehe 2, ist eine zeitabhängige Datenfolge,
und durch deren variierenden Amplitudenpegel wird das Signal bestimmt, das
an jeden Treiber 10a,..., 10n geschickt wird.
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Durch
Auswählen
geeigneter Faktoren bei der Berechnung der Treibersignale für jeden
Treiber ist es möglich
sicherzustellen, dass kein Treiber überlastet wird und jeder mit
nur geringer Störung
innerhalb seines linearen dynamischen Bereichs arbeitet.
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Die
Technologie der Einbaulautsprecher macht es möglich, die digitale Klangtreue
auszuschöpfen,
da es möglich
ist, inhärent
sehr hohe Absolutpegel beim Schall zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung
verwendet einen flachen Plattenlautsprecher mit mehreren Strahler-Plattenelementen,
die im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind, um eine natürliche Klangwiedergabe
sicherzustellen, kombiniert mit mehreren Analogtreibern oder Erregern,
um Probleme, die sich auf Grund des komplizierten Aufbaus ergeben,
wie auch Probleme auf Grund von Übersprechen
und auf Grund der Lautheit zu umgehen, durch die die Vorteile bei
den bestehenden Lösungen
beschränkt
werden. Geräte
nach dem Stand der Technik haben es nahe gelegt, mehr als einen Treiber
für einen
einzelnen Lautsprecher einzusetzen, jedoch wurde nirgends die Notwendigkeit
erkannt, die Wechselwirkung dieser Treiber untereinander zu steuern,
um zu den Vorteilen zu gelangen, die die vorliegende Erfindung bietet.
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Vorzugsweise
werden die Plattenelemente über
ein akustisch undurchlässiges
Medium miteinander gekoppelt, um die Interferenz zwischen verschiedenen
Plattenelementen zu reduzieren.
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Die
Plattenelemente können
unterschiedliche Größen haben,
und vorzugsweise hat jedes zusätzliche
Plattenelement eine Fläche,
die doppelt so groß ist
wie die des vorangehenden Plattenelements.
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Die
Plattenelemente können
jeweils einen Treiber haben, aber vorzugsweise hat jedes zusätzliche
Plattenelement eine Anzahl von Treibern, die doppelt so groß ist wie
die des vorangehenden Plattenelements.
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Es
gibt eine ganze Anzahl von alternativen Algorithmen, mit denen die
analogen Treiber gesteuert werden können.
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Bei
einem ersten Algorithmus wird ein Überabtast- (Oversampling) verfahren
eingesetzt. Das Signal für
jeden Treiber wird an jedem digitalen Datenpunkt für den k-ten
Treiber durch INT {(x + k)/n} bestimmt, wobei 0 ≤ k < n, wobei x der Signalgrundpegel ist,
der als ganze, vorzeichenbehaftete Zahl ausgedrückt wird, n die Zahl der Treiber
ist und INT {}den kleinsten ganzzahligen Teil davon angibt. Dieser
Algorithmus ist in 3 für eine Sinuswelle mit vollem Pegel
bei 16 Treibern dargestellt. Der Algorithmus ist komplex, beseitigt
jedoch die meisten Probleme im Zusammenhang mit dem Einsatz konventioneller Lautsprecher
für digitale
Aufnahmen, da immer alle Treiber aktiviert sind und alle Treiber
im Wesentlichen die gleiche Signalform erhalten, wie es in 3 gezeigt
ist.
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Nach
einem zweiten, alternativen Algorithmus wird ein erster Treiber
aktiviert und so lange betrieben, bis der Signalpegel einen ersten
vorgegebenen Pegel erreicht, ein zweiter Treiber wird aktiviert, wenn
der Signalpegel den ersten vorgegebenen Pegel erreicht; und sich
daran anschließende
Treiber werden aktiviert, wenn der Signalpegel jeweils nachfolgende,
vorgegebene Pegel erreicht, wobei alle aktivierten Treiber die Last
gleichmäßig bei
allen aktivierten Pegeln übernehmen.
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Bei
einem dritten, alternativen Algorithmus wird ein erster Treiber
betrieben, bis der Signalpegel einen ersten vorgegebenen Pegel erreicht,
wobei ein zweiter Treiber aktiviert wird, wenn der Signalpegel den
ersten vorgegebenen Pegel erreicht, wobei sich daran anschließende Treiber
aktiviert werden, wenn der Signalpegel anschließend jeweils vorgegebene Pegel
erreicht; dadurch übernimmt
jeder neu aktivierte Treiber die erforderliche Last, und alle anderen
aktivierten Treiber befinden sich in der Sättigung. Dieser Algorithmus
ist in 4 für
eine Sinuswelle mit vollem Pegel bei 16 Treibern gezeigt.
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Bei
Algorithmus 1 werden alle Treiber bei allen Signalpegeln aktiviert.
Die Algorithmen 2 und 3 haben den Vorteil, dass Pegel bei niedrigem
Signal dazu führen,
dass nur ein einziger Treiber aktiviert werden muss und man somit
potentiell einen qualitativ besseren Klang erhält, als man bei diesen Pegeln im
Fall des Algorithmus 1 erreichen würde. Der Algorithmus 3 hat
den Vorteil, dass man beim Wechsel zwischen den Pegeln nur beim
Signal-Gradienten Unterbrechungen hat -damit werden unerwünschte Übergangsprobleme
beim Schalten vermieden.
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Vorzugsweise
wird bei den Algorithmen 2 und 3 eine exponentielle oder eine andere
Glättungsfunktion
angewendet, um das Signal für
jeden neu aktivierten Treiber zu steuern, so dass das Hinzufügen eines
neuen Treibers zu all den anderen aktivierten Treibern auf kontinuierliche
Art und Weise erfolgen kann.
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Die
Algorithmen 2 und 3 können
angesehen werden, als würden
sie Treibersignale mit effektiven zeitabhängigen Verstärkungsfaktoren
erzeugen. Schnelle Wechsel bei dem Verstärkungsgrad im Zusammenhang
mit jedem Treiber können
jedoch unerwünschte
nichtlineare Störeffekte
zur Folge haben, und folglich muss zur Steuerung der Treiber weiterhin die
Rate gesteuert werden, mit der der Verstärkungsgrad bei jedem Treiber
geändert
wird, so dass die Veränderung
auf eine glatte Art und Weise erfolgt. Daher wird vorzugsweise als
erstes eine Glättungsfunktion
auf das Master-Treibersignal an dem Eingang des Lautsprechers angewendet.
Das geglättete Treibersignal
kann dann verwendet werden, um die Anzahl der Treiber in Betrieb
zu bestimmen, die benötigt
werden.
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Ein
Fenster, wie zum Beispiel ein gleitender Kasten, kann mit gutem
Erfolg für
diese "Glättung" eingesetzt werden.
Der Verstärkungsfaktor
für jeden Treiber
basiert auf dem gewichteten Durchschnittssignal, das als Mittelwert über eine
Anzahl von Abtastwerten gemessen wird, die Punkte sowohl in der
Zukunft als auch der Vergangenheit mit Bezug auf den Abtastwert
zum gegenwärtigen
Zeitpunkt bei dem Master-Treibersignal umfassen. Zu irgendeinem
Zeitpunkt t wird der Verstärkungsfaktor
aus dem gewichteten Mittelwertsignal zwischen den Zeitpunkten t – m Δt und t +
n Δt berechnet,
wobei Δt
die Zeit zwischen einzelnen Signalabtastwerten und m und n ganze Zahlen
sind. Diese ganzen Zahlen können
gleich sein oder so gewählt
werden, dass entweder die Vergangenheit oder die Zukunft bei den
Signalen betont wird. Die Gesamtdauer des Fensters (m + n)Δt steuert
letztendlich die Rate, mit der sich der Verstärkungsfaktor bei jedem Treiber ändert. Die
Funktion des Glättungskastens
ist in 5 dargestellt, wobei ein sich zunächst schnell änderndes
Signal in 5a durch die Einwirkung der
Kastenfunktion in ein glattes Signal in 5b wandelt.
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Da
die lautesten Elemente bei Musiksignalen gewöhnlich bei den niedrigsten
Frequenzen auftreten, kann die Breite des Fensters gewählt werden, um
genau die notwendigen niederfrequenten Signale zu erzeugen, während schnelle Änderungen
bei dem Verstärkungsfaktor
für jeden
Lautsprecher vermieden werden.
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Vorzugsweise
wird bei sehr niedrigen Pegeln nur ein Treiber aktiviert, und bei
sehr hohen Pegeln werden alle Treiber aktiviert; und die Summe aller Treiberausgänge ist
gleich den erforderlichen Signalausgängen zu allen Zeitpunkten.
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Bei
niedrigen Frequenzen überlagern
sich die akustischen Druckwerte, die durch jeden aktiven Treiber
erzeugt werden, in linearer Art und Weise. Um sicherzustellen, dass
der zusammengesetzte Ausgang aller Treiber korrekt ist, kann vorzugsweise ein
Steuersignal in Bezug auf das lineare Zeitsignal verwendet werden,
um die Summe des linearen zeitlichen Ausgangssignals gleich dem
erforderlichen Signalausgang zu halten.
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Bei
hohen Frequenzen dagegen überlagern sich
die akustischen Druckwerte, die durch jeden aktiven Treiber erzeugt
werden, potenzartig. Um daher sicherzustellen, dass das aus Potenzen
zusammengesetzte Ausgangssignal korrekt ist, kann vorzugsweise ein
Steuersignal auf ein geeignetes, quadriertes Zeitsignal angewendet
werden, so dass die Summe der akustischen Ausgangspotenzen gleich
dem gewünschten
Potenzausgang ist. Dies hat Vorteile bei den höheren Frequenzen, bei denen
die Treiber gewöhnlich
unabhängig
voneinander arbeiten.
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Vorzugsweise
arbeitet der Controller sowohl mit linearen als auch potenzierten
Signalen, so dass bei niedrigen Frequenzen der Controller die lineare Summe
beibehält,
während
bei hohen Frequenzen die Summe der Potenzen durch den Controller
beibehalten wird. Dieser Aufbau deckt einen großen Frequenzbereich ab.
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Im
Folgenden werden Lautsprechersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein konventionelles Mehrkanallautsprechersystem.
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2 zeigt
einen Lautsprecher gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
einen Algorithmus (= Algorithmus 1) zur Steuerung des Betriebes
eines Lautsprechers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
einen Algorithmus (= Algorithmus 3) zur Steuerung des Betriebes
eines Lautsprechers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 zeigt
den Mittelungsprozess mit Gleitkasten zum Festlegen der Master-Amplitude
bei der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 zeigt
ein Beispiel eines Strahlers und von Treibern für einen Einbaulautsprecher
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Strahlers und von Treibern für einen
Einbaulautsprecher gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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8 und 9 zeigen
geeignete Glättungsfunktionen
(für die
Verwendung zusammen mit Algorithmus 3), die bei jedem Treiber angewendet werden
können,
so dass neue Treiber in geglätteter Art
und Weise hinzukommen können.
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In
allen Figuren werden gleiche Bezugsziffern für gleiche Merkmale verwendet.
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Bei
einem Beispiel eines Einbaulautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung,
dargestellt in 2, wird ein Signal 8,
beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Verstärker, in
einen Steuerungs prozessor 9 eingegeben. Der Ausgang des
Steuerungsprozessors 9 beeinflusst den Betrieb von einem oder
mehreren Treibern 10, die benachbart zu einer Strahlerplatte 11 angeordnet
sind und die im Betrieb eine Mehrmodenresonanz in der Platte anregen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist eine Platte mit mehreren Treibern
ausgestattet, die über
die Platte verteilt sind. Die Anordnung der mehreren Treiber zielt
darauf ab, alle Moden in der Platte anzuregen. Dies kann durch eine
Spiralform erreicht werden, die unmittelbar neben dem Zentrum beginnt,
oder durch ein unregelmäßiges Muster,
wobei sich beide über die
Platte erstrecken. Alternativ können
Treiber in einer regelmäßigeren
Form angeordnet werden, entweder in der Mitte konzentriert oder über die
Platte verteilt. Dies ist immer noch wirkungsvoll, da die Platten
nach der Herstellung gewöhnlich
von sich aus etwas unregelmäßig sind.
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In
dem Beispiel in 6 ist eine Platte 11 aus
mehreren Plattenelementen 20, 21, 22, 23 zusammengesetzt,
die so angeordnet sind, dass jedes Plattenelement in steigender
Reihenfolge jeweils die doppelt so große Fläche wie das vorangehende Plattenelement
hat, wenn man sich aus der Mitte nach außen bewegt (andere Flächenverhältnisse
sind ebenfalls möglich).
Damit haben die Flächen
der Plattenelemente 20, 21, 22, 23 jeweils
1, 2, 4 und 8 Einheiten, wenn man mit dem zentralen Plattenelement 20 beginnt
und sich nach außen
bewegt. Die kombinierten Flächen
der Plattenelemente weisen damit 1, 3, 7 und 15 Einheiten auf, wenn
man die Flächen
von der Mitte aus nach außen
zusammenzählt. Der
Aufbau von jedem Plattenelement kann immer die gleiche Form haben,
oder es können
verschiedene Formen verwendet werden.
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Die
Plattenelemente sind eine mit der anderen an ihren Rändern über ein
akustisch undurchlässiges
Medium 24 verbunden, so dass bei den Plattenelementen 20, 21, 22, 23 die
mechanische Bewegung des einen von dem anderen nicht behindert wird,
die Verbindung bei jedem Übergang
an den Rändern
jedoch für
eine glatte Oberfläche
sorgt.
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Die
akustische Leistung, die durch jedes Plattenelement erzeugt wird,
ist im Allgemeinen proportional zu der Fläche des Plattenelements. Jedes Plattenelement
wird vorzugsweise von einer unterschiedlichen Anzahl von identischen
Treibern 10 angetrieben, beispielsweise 1, 2, 4 und 8,
wenn man von der Mitte nach außen
geht. Eine geeignete Konfiguration ist in 7 dargestellt,
obgleich andere Konfigurationen ebenfalls denkbar sind. Kleinere Zahlen
von Treibern mit verschiedenen Leistungskapazitäten können eingesetzt werden, um
die erforderliche Leistung auf den Plattenelementen zu erzeugen.
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Für Plattenelemente
mit demselben Aufbau hängt
die niedrigste Resonanzfrequenz des Plattenelements von ihrer Fläche ab.
Damit wird das größte Plattenelement
bei niedrigen Frequenzen Schall effektiver reproduzieren. Musiksignale
haben in den allermeisten Fällen
die Eigenschaft, dass die höchsten Energiepegel
im niederfrequenten Bereich erreicht werden. In einem Betriebsmodus
werden die Plattenelemente angetrieben, so dass bei niedrigen Signalpegeln
oder Leistungen nur das zentrale Plattenelement 20 angetrieben
wird, und wenn ein höherer
Pegel oder mehr Leistung erforderlich wird, werden zusätzliche
Plattenelemente angetrieben, um den erforderlichen Ausgangspegel
oder die Leistung zu erzeugen. Bei diesem Beispiel empfängt jeder
Treiber 10 in Bezug auf den Frequenzinhalt das gleiche
Treibersignal, obgleich der Signalpegel oder die Leistung für jeden
Treiber so gesteuert wird, dass der erforderliche Pegel oder die
Leistung erzeugt wird. Dies wird durch die Algorithmen festgelegt,
die eingesetzt werden können
und die weiter unten mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben
werden.
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Bei
einem zweiten Betriebsmodus kann der Frequenzinhalt der Treibersignale
für jedes
Plattenelemente so geändert
werden, dass die inneren Plattenelemente, vielleicht zwei an der
Zahl, bei mittleren und hohen Frequenzen angetrieben werden, wobei die
Entscheidung darüber,
ob eine oder zwei Plattenelemente angetrieben werden, in Abhängigkeit
von dem Leistungspegel des Signals gefällt wird; bei niedrigeren Frequenzen
werden die äußeren beiden Plattenelemente
auf Grund der Entscheidung angetrieben, ob ein oder zwei Plattenelemente
angetrieben werden, die auf Grund des Gesamtpegels oder des Leistungspegels
des Signals gefällt
wird.
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Die
Vorteile eines im Wesentlichen konzentrischen Aufbaus dieser Art
umschließen
die verbesserte Abbildungseigenschaft des Lautsprechers auf Grund
des großen
mittleren und hohen Frequenzinhalts, gewöhnlich ausgehend von der Mitte
des Lautsprechers, und die Vermeidung von Interferenz zwischen den
Treibern, die auf verschiedenen Pegeln innerhalb desselben Frequenzbereichs
angetrieben werden. In dem Fall, in dem nur der Treiber für das zentrale
Plattenelement angetrieben wird, sind beispielsweise unerwünschte Interferenzeffekte
durch Treiber, die nicht betrieben werden, gar nicht möglich, da
sie physikalisch nicht mit demselben Plattenelement verbunden sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Plattenelemente höherer Leistung
bei niedrigeren Frequenzen ansprechen, als es bei der Musik erforderlich
wäre.
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In
einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung kann der Strahler
als eine Folge konzentrischer Ringe aufgebaut sein. Andere Formen
können genauso
gut verwendet werden, und benachbarte Flächen müssen sich nicht unbedingt bezüglich ihrer Größe um einen
Faktor zwei unterscheiden.
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Im
Betrieb wird der plattenförmige
Lautsprecher gemäß der vorliegenden
Erfindung durch den Steuerungsprozessor angesteuert, wobei das Eingangs-
oder Basissignal mit einem Satz bekannter Kriterien verglichen wird
und dann der Betrieb der Treiber in Abhängig hiervon gesteuert wird.
Beispielsweise kann ein Überabtastungsverfahren
eingesetzt werden. Das Signal für
jeden Treiber 10 wird bei jedem digitalen Datenpunkt für den k-ten
Treiber durch INT {(x + k)/n} festgelegt, 0 ≤ k < n, wobei x der Basissignalpegel ist,
der als ganze, vorzeichenbehaftete Zahl ausgedrückt wird, n die Zahl der Treiber
ist und INT {} den niedrigsten ganzzahligen Teil davon angibt. Dieser
Algorithmus ist in 3 für eine Sinuswelle mit vollem
Pegel bei 16 Treibern dargestellt. Dieses Beispiel hat den Vorteil,
dass alle Treiber im Wesentlichen die gleiche Signalform, wie in 3 gezeigt,
verwenden.
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In
einem zweiten Beispiel wird ein Treiber 10a immer angesteuert,
und bei Pegeln des Basissignals, die innerhalb seines Dynamikbereichs
liegen, ist dies der einzig aktive Treiber. Wenn der Pegel des Signals
darüber
hinaus ansteigt, wird ein weiterer Treiber 10b eingeschaltet,
so dass nun beide die Last gleichmäßig aufteilen (d. h. bei dem
Umschalten wird das Signal für
den ursprünglichen
Treiber halbiert, und dieses selbe Halbsignal wird an den zweiten Treiber
geschickt). Wenn der Pegel denjenigen übersteigt, der mit zwei Treibern
bewältigt
werden kann, wird ein weiterer Treiber 10c eingeschaltet,
so dass alle drei nunmehr die Last gleichmäßig übernehmen, und so weiter, bis
alle Treiber in Betrieb sind. Diese besondere Ausführungsform
kann ein Problem bei signifikanten Übergängen und Störungen haben, die bei dem Umschalten
auftreten, sie hat aber den Vorteil, dass sie besonders einfach
zu implementieren ist.
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In
einem dritten Beispiel wird ein Treiber 10a immer angetrieben,
und bei Pegeln des Basissignals, die innerhalb seines Dynamikbe reichs
liegen, ist dies der einzige Treiber, der aktiv ist. Wenn der Pegel
des Signals darüber
hinaus ansteigt, wird ein weiterer Treiber 10b eingeschaltet,
um zu dem ersten Treiber 10a hinzuzukommen, aber der erste
Treiber 10a wird in der Sättigung belassen, so dass sich
bei dem Umschalten der zweite Treiber 10b auf seinem minimalen
Pegel befindet. Wenn der Pegel denjenigen übersteigt, der von den beiden
Treibern bewältigt
werden kann, wird ein weiterer Treiber 10c eingeschaltet, und
so weiter, bis alle Treiber in Betrieb sind. Dieser Algorithmus
ist in 4 für
eine Sinuswelle mit vollem Pegel bei 16 Treibern gezeigt. Dieses
dritte Beispiel hat den Vorteil, dass es bei dem Wechsel über die
Pegel nur Sprünge
bei dem Signalgradienten gibt – was
zu einer Reduzierung unerwünschter Übergangsschaltprobleme
führt.
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Eine
weitere Verbesserung liegt darin, eine Glättungsfunktion auf das Steuerungssignal
anzuwenden, das an jeden neu aktivierten Treiber angelegt wird,
so dass der neue Treiber in kontinuierlicher Art und Weise hinzugenommen
wird, anstatt dass eine stufenförmige Änderung
stattfindet. Ein Beispiel für
eine geeignete Glättungsfunktion
ist eine tanh-Funktion, wie sie in 8 für vier Treiber
gezeigt ist. Ein neuer Treiber wird hinzugenommen, die Signale überlagern
sich glatt, bis der insgesamt erforderliche Ausgangspegel erreicht
wird, wie es in 9 dargestellt ist.
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In
einem vierten Beispiel (siehe 5) wird der
Verstärkungsfaktor
zu dem Signal für
jeden Treiber im Zeitraum geglättet,
wobei ein beweglicher Mittelungsalgorithmus mit kurzer Dauer eingesetzt
wird. Dieses geglättete
Amplitudensignal wird als die Master-Steuerung verwendet, um den
Verstärkungsfaktor für jeden
Treiber festzulegen. Zusammengefasst empfängt jeder Treiber die ursprüngliche
Signalform, jedoch mit einem Pegel, der durch den geglätteten Pegel
der ursprünglichen
Signalform festgelegt wird.
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Dieses
Beispiel ist in 5 dargestellt. In 5 ist
ein Eingangssignal aufgetragen, bei dem sich der Pegel schnell ändert. Die
Steuerung der Treiber, basierend auf diesem Treibersignal, kann
nichtlineare Störungseffekte
bewirken, und damit wird eine Kastenglättungsfunktion auf das Signal
angewendet, um das glatte Signal, das in 5b aufgetragen
ist, zu erzeugen. Dieses glatte Signal kann nun verwendet werden,
um die Anzahl der Treiber zu bestimmen, die eingesetzt werden sollen.
In diesem Fall wird der vorher genannte Algorithmus 3 verwendet
und die nachfolgenden Treiber werden aktiviert, wenn der Signalpegel
die nachfolgenden, jeweils vorgegebenen Pegel erreicht (siehe 5c).
Eine exponentielle Glättungsfunktion
wurde in diesem Fall nicht angewendet.
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Der
Typ des Eingangssignals, das durch den Steuerungsprozessor verwendet
wird, um die Treiber zu steuern, hängt von der Frequenz ab. Bei
niedrigen Frequenzen, beispielsweise unter 300 Hz, wird der Einsatz
von linearen Signalen bevorzugt, da sich die gesamte Platte in einer
Monophase bewegt, und bei höheren
Frequenzen, z.B. größer als
500 Hz, werden potenzierte Signale bevorzugt, da Mehrmodenresonanzen
in dem Strahler angeregt werden, wie es in
EP 0 541 646 beschrieben wird. In
dem Überschneidungsbereich
zwischen 300 Hz und 500 Hz sind die Signale teilweise linear und
teilweise Potenzsignale. Die Erfindung findet Anwendung bei Lautsprechern jeglicher
Größe. Jedoch
kann bei niedrigen Frequenzen eine Minimalgröße notwendig sein, um die Vorteile
der vorliegenden Erfindung ausschöpfen zu können.
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Ein
weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, alle Treiber bei jedem
Plattenelement als einzelne Treiber anzusehen, um die verschiedenen, oben
beschriebenen Steueralgorithmen einsetzen zu können.