DE60201513T2

DE60201513T2 - Einbaulautsprecher

Info

Publication number: DE60201513T2
Application number: DE60201513T
Authority: DE
Inventors: Harry Kenneth Farnborough HERON; Malcolm Farnborough NASH; Philip Andrew Farnborough PAYNE
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: TW569640B; AU2002229899A1; EP1366635B1; WO2002063919A2; US20040052386A1; WO2002063919A3; EP1366635A2; DE60201513D1; MY127971A; GB0102865D0; US7095863B2; ATE279087T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und insbesondere auf einen Einbaulautsprecher mit verbessertem Dynamikbereich im Vergleich zu bekannten Lautsprechern.
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 2^N 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise werden die Plattenelemente über ein akustisch undurchlässiges Medium miteinander gekoppelt, um die Interferenz zwischen verschiedenen Plattenelementen zu reduzieren.
Die Plattenelemente können unterschiedliche Größen haben, und vorzugsweise hat jedes zusätzliche Plattenelement eine Fläche, die doppelt so groß ist wie die des vorangehenden Plattenelements.
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.
Es gibt eine ganze Anzahl von alternativen Algorithmen, mit denen die analogen Treiber gesteuert werden können.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Im Folgenden werden Lautsprechersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein konventionelles Mehrkanallautsprechersystem.
2 zeigt einen Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Algorithmus (= Algorithmus 1) zur Steuerung des Betriebes eines Lautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Algorithmus (= Algorithmus 3) zur Steuerung des Betriebes eines Lautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt den Mittelungsprozess mit Gleitkasten zum Festlegen der Master-Amplitude bei der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Beispiel eines Strahlers und von Treibern für einen Einbaulautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein weiteres Beispiel eines Strahlers und von Treibern für einen Einbaulautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung.
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.
In allen Figuren werden gleiche Bezugsziffern für gleiche Merkmale verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Einbaulautsprecher, wobei der Lautsprecher einen resonanten Multimodenstrahler, bei dem der Strahler mehrere im Wesentlichen konzentrische Plattenelemente umfasst, und mehrere analoge Treiber zum Treiben des Strahlers umfasst, wobei einer oder mehrere der Treiber zu jedem beliebigen Zeitpunkt in Betrieb sind, wobei ein Signalpegel, der am Eingang zu dem Lautsprecher gemessen wird, den Betriebszustand jedes Treibers festlegt.
Einbaulautsprecher nach Anspruch 1, bei dem die Plattenelemente über ein akustisch undurchlässiges Medium miteinander verbunden sind.
Einbaulautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes zusätzliche Plattenelement eine doppelt so große Fläche wie das vorangehende Plattenelement aufweist.
Einbaulautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jedes zusätzliche Plattenelement eine Anzahl von Treibern umfasst, die doppelt so groß ist wie bei dem vorangehenden Plattenelement.
Einbaulautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein erster Treiber aktiviert wird und betrieben wird, bis der Signalpegel einen ersten vorgegebenen Pegel erreicht, wobei ein zweiter Treiber aktiviert wird, wenn der Signalpegel den ersten vorgegebenen Pegel erreicht, und wobei sich daran anschließende Treiber aktiviert werden, wenn der Signalpegel die sich anschließenden jeweiligen vorgegebenen Pegel erreichen, wobei alle aktivierten Treiber die Last bei allen aktivierten Pegeln gleichmäßig übernehmen.
Einbaulautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein erster Treiber betrieben wird, bis der Signalpegel einen ersten vorgegebenen Pegel erreicht, wobei ein zweiter Treiber aktiviert wird, wenn der Signalpegel den ersten vorgegebenen Pegel erreicht, wobei nachfolgende Treiber aktiviert werden, wenn der Signalpegel nachfolgend jeweils vorgegebene Pegel erreichen, wobei jeder neu aktivierte Treiber die erforderliche Last übernimmt und alle anderen aktivierten Treiber in der Sättigung arbeiten.
Einbaulautsprecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem alle Treiber angetrieben werden und der Signalpegel, der am Eingang jedes Treibers liegt, der niedrigste ganzzahlige Teil des Grundsignalpegels ist, ausgedrückt als eine vorzeichenbehaftete ganze Zahl plus der Anzahl der fraglichen Treiber, über der Gesamtzahl der Treiber.
Einbaulautsprecher nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Hinzunahme eines neues Treibers in kontinuierlicher Art und Weise durch Anwenden einer exponentiellen oder anderen Glättungsfunktion auf das Signal, das an die Treiber gesendet wird, erfolgt.
Einbaulautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei sehr niedrigen Pegeln nur ein Treiber aktiviert wird und bei sehr hohen Pegeln alle Treiber aktiviert werden, und bei dem die Summe aller Treiberausgänge den erforderlichen Signalausgängen zu allen Zeitpunkten gleicht.
Einbaulautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Steuersignal auf das lineare Zeitsignal angewendet wird, um die Summe der linearen Zeitausgabe auf dem gewünschten linearen Zeitausgang zu halten.
Einbaulautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Steuersignal auf ein geeignetes quadriertes Zeitsignal angewendet wird, so dass die Summe der akustischen Leistungsabgabe gleich der gewünschten Leistungsabgabe ist.
Einbaulautsprecher nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Steuersignal sowohl bei linearen als auch Potenzsignalen betrieben wird, so dass bei niedrigen Frequenzen die lineare Summe beibehalten wird, während bei hohen Frequenzen die Potenzsumme beibehalten wird.