DE69731912T2

DE69731912T2 - Digitaler Lautsprecher und Tonwiedergabeanordnung mit einem solchen Lautsprecher

Info

Publication number: DE69731912T2
Application number: DE69731912T
Authority: DE
Inventors: Jun Shinagawa-ku Kishigami; Masao Shinagawa-ku Fujihira; Takahiro Shinagawa-ku Muraguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: EP0891117A3; EP0810810B1; EP0891117B1; JPH1051888A; EP0891117A2; EP0810810A2; DE69712050T2; EP0810810A3; DE69712050D1; US6160894A; DE69731912D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechergerät für die akustische Wiedergabe und ein Tonwiedergabesystem mit einem solchen Lautsprecher.
Es wurden verschiedene Lautsprechertypen für die akustische Wiedergabe konzipiert und praktisch ausgeführt.
In der Praxis wurden Lautsprechereinheiten als elektromagnetisch gekoppelte Lautsprecher (Lautsprecher mit elektromagnetischer Induktion) ausgebildet, in denen ein Magnet z. B. sandwichartig zwischen einem zentralen Polstück gefaßt ist, das in einem Joch und einer Platte angeordnet ist, die einen Magnetkreis mit einem zwischen dem zentralen Polstück und der Platte liegenden Luftspalt bilden. In dem Luftspalt des Magnetkreises ist eine Primärspule an dem zentralen Polstück oder an der Platte fixiert, und in dem Luftspalt ist eine als Kurzschlußspule ausgebildete Sekundärspule an einer Schwingungsplatte so befestigt, daß sie der Primärspule gegenüberliegt.
In einem solchen elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher induziert ein durch die Primärspule fließender Signalstrom in der Sekundärspule einen sekundären elektrischen Strom. Durch die Interaktion zwischen dem in dem Luftspalt des Magnetkreises auftretenden magnetischen Fluß wird in der Sekundärspule nach Flemings Linke-Hand-Regel nach Maßgabe des sekundären elektrischen Stroms eine Antriebskraft erzeugt, die eine Auslenkung der Schwingungsplatte bewirkt, an der die Sekundärspule befestigt ist. Auf diese Weise wird die Schwingungsplatte bewegt und dadurch ein Ton erzeugt.
Die Vorteile dieses elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers sind eine hervorragende Wärmeabführung und die Widerstandsfähigkeit gegen große Eingangssignale, weil die Primärspule, durch die der Signalstrom fließt, an einem zentralen Polstück oder an einer Platte befestigt ist, die aus einem Magnetwerkstoff, wie Eisen, hergestellt sind. Wenn die Sekundärspule, die eine Kurzschlußspule bildet, aus einem nichtmagnetischen, leitfähigen Material hergestellt ist, z. B. als zylindrisches Teil mit der Länge einer Windung, das z. B. aus Aluminium hergestellt ist, können außerdem die Verzerrungen reduziert werden.
Es ist außerdem ein dynamischer (elektrisch leitender) Lautsprecher bekannt mit einer Schwingspule, die in dem Luftspalt eines Magnetkreises angeordnet ist. In diesem dynamischen Lautsprecher wird die elektrische Leistung einer Schwingspule zugeführt. Die Schwingspule ist mit Hilfe eines Spulenverlängerungsdrahts aus Litzendraht mit einem an einem Lautsprecherkorb vorgesehenen Eingangsanschluß verbunden, so daß keine unerwünschte Schwingung und kein unerwünschter Widerstand auf das Schwingungssystem, einschließlich der Schwingspule, einwirken.
Man hat außerdem in Betracht gezogen, die Schwingspule bei diesem dynamischen Lautsprecher in Abschnitte zu unterteilen, die der Bitzahl eines digitalen Tonsignals entsprechen, und die betreffenden Spulen direkt durch die entsprechenden Datenbits des digitalen Tonsignals anzusteuern.
Wie oben beschrieben wurde, gehören eine hervorragende Wärmeabgabe und die Widerstandsfähigkeit gegen große Eingangssignale sowie die Fähigkeit, Verzerrungen zu reduzieren, zu den Vorteilen des elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers. Wenn die Breite des Luftspalts in dem Magnetkreis größer wird, nimmt jedoch die magnetische Empfindlichkeit der Primärspule und der Sekundärspule ab. Es ist deshalb nicht möglich, die Windungszahl der Primärspule und der Sekundärspule zu erhöhen.
Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die Induktivitäten der Primärspule und der Sekundärspule zu vergrößern, und die elektromagnetische Kopplungskraft, mittels derer der durch die Primärspule fließende Signalstrom einen sekundären elektrischen Strom in der Sekundärspule induziert, nimmt bei niedrigen Frequenzen unterhalb einiger Kilohertz ab. Deshalb ist z. B. eine angemessene Wiedergabe eines Frequnezbereichs von beispielsweise 1 kHz bis 20 Hz, der für die Tonwiedergabe erforderlich ist, nicht möglich. Infolgedessen wird der elektromagnetisch gekoppelte Lautsprecher vorwiegend als Lautsprecher für die Wiedergabe von hohen Tönen eingesetzt.
Auf der anderen Seite ist in einem dynamischen Lautsprecher, wie oben beschrieben, eine Schwingspule mit Hilfe eines aus Litzendraht bestehenden Spulenverlängerungsdrahts mit einem an dem Lautsprecherkorb vorgesehenen Eingangsanschluß verbunden. Weiterhin wurde erwogen, die Schwingspule von dynamischen Lautsprechern in Abschnitte für die Bitzahl eines digitalen Tonsignals zu unterteilen und die betreffenden Spulen direkt durch die Daten der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals anzusteuern.
Derzeit ist es jedoch übliche Praxis, bei der Digitalisierung eines Tonsignals das digitale Tonsignal mit 16 Bit zu bilden, um eine originalgetreue Wiedergabe zu erreichen. Man benötigt deshalb sechzehn Paare von Spulenverlängerungsdrähten (d. h. zweiunddreißig Drähte) für einen Lautsprecher, wenn die Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers mit einem digitalen Tonsignal angesteuert wird.
Da jedoch der Litzendraht, der den Spulenverlängerungsdraht bildet, mit der Vibration der Schwingspule stark mitschwingt, weil der Litzendraht von einem sich bewegenden Objekt, nämlich einer sich bewegenden Schwingspule, ausgeht, ist es nicht möglich, den Abstand zwischen ihnen zu verringern. Es ist deshalb sehr schwierig, eine große Zahl von beispielsweise zweiunddreißig Litzendrähten in einem Lautsprecher anzuordnen. Es ist insbesondere schwierig, einen Lautsprecher mit kleinen Abmessungen herzustellen.
Dementsprechend ist bei der vorliegenden Erfindung eine Wiedergabe bis hinunter zu tiefen Frequenzen mittels eines elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers möglich.
Patent Abstracts of Japan, Band 017, Nr. 199 (E-1352), 19. April 1993 und JP-A-04 342400 stellen den nächstliegenden Stand der Technik dar und bilden die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1. Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 33 (E-157), 16. November 1982 und JP-A-57 185793 offenbaren ebenfalls ein dem Oberbegriff von Anspruch 1 ähnliches Gerät.
DE-A-41 29 793 offenbart die Verwendung eines digitalen Signals für die Ansteuerung von Lautsprecherspulen und offenbart Merkmale, die sich auf die Verwendung von Brücken-Treiberschaltungen und Tristate-Daten beziehen.
US-A-4 566 120 offenbart einen Lautsprecher mit mehreren Schwingspulenabschnitten, deren Zahl gleich der Bitzahl eines digitalen Signals ist. Das digitale Signal wird umgewandelt und die Schwingspulen werden durch ein entsprechendes Bit des digitalen Signals parallel angesteuert.
Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 123 (E-249), 8. Juni 1984 und JP-A-59 034 795 offenbaren eine Anordnung für die Ansteuerung eines Lautsprechers unter Verwendung eines digitalen Signals. Ein digitales PCM-Eingangssignal wird in Bits mit hohem Stellenwert und Bits mit niedrigem Stellenwert aufgeteilt, die durch entsprechende PCM-PWM-Wandler getrennt in PWM-Signale umgewandelt werden. Die beiden resultierenden PWM-Signale werden den geeigneten Treiberspannungen entsprechend gewichtet und jeweils an die zugeordnete Schwingspule für die Ansteuerung des Lautsprechers angelegt.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Lautsprechergerät vor, das aufweist: eine Lautsprechereinheit mit einer Primärspule, die in der Nachbarschaft eines Luftspalts in einem mit diesem Luftspalt ausgestatteten Magnetkreis angeordnet und relativ zu dem Luftspalt fixiert ist, sowie mit einer Sekundärspule, die in dem Luftspalt angeordnet und an einer Schwingungsplatte befestigt ist, so daß im Betrieb durch einen durch die Primärspule fließenden Signalstrom in der Sekundärspule ein sekundärer Strom induziert wird, der eine Auslenkung der Schwingungsplatte bewirkt, wobei das Gerät ferner eine Lautsprechertreiberschaltung auf weist, die die Primärspule der Lautsprechereinheit im Betrieb mit einem Signal ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Schaltung zum Einstellen einer ansteuerungsfreien Periode vorgesehen ist, die in jedem Abtastzyklus des zugeführten digitalen Tonsignals eine Periode einstellt, deren Zeitdauer kürzer ist als der Abtastzyklus und in der kein Signalstrom durch die Primärspule fließt, wobei die Lautsprechertreiberschaltung die Primärspule im Betrieb mit einem Signal aus der genannten Schaltung zum Einstellen einer ansteuerungsfreien Periode ansteuert.
Wenn ein Tonsignal digitalisiert wird, benutzt man als Abtastfrequenz eine hohe Frequenz von zweimal 20 kHz, die als obere Grenze der hörbaren Frequenzen betrachtet wird, oder eine höhere Frequenz, z. B. 44,1 kHz oder 48 kHz. Deshalb werden die Komponenten eines Tonsignals, die vor der Digitalisierung eine niedrige Frequenz von wenger als 1 kHz haben, zu hohen Frequenzen, die als digitales Tonsignal 20 kHz übersteigen.
Außerdem wird bei einem elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher selbst dann, wenn die Luftspaltbreite eines Magnetkreises verkleinert und die Windungszahl der Primärspule und der Sekundärspule verringert wird, um eine Verringerung der Empfindlichkeit zu verhindern, die elektromagnetische Kopplungsstärke nicht herabgesetzt, wenn die Frequenz des durch die Primärspule fließenden Signalstroms eine hohe Frequenz ist, z. B. 20 kHz übersteigt, wodurch eine Tonwiedergabe ermöglicht wird.
Da in dem Lautsprechergerät gemäß der Erfindung, das in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, die Primärspule des elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers mit einem digitalen Tonsignal angesteuert wird, werden die Komponenten des Tonsignals, die vor der Digitalisierung niederfrequent sind, zu hohen Frequenzen, die 20 kHz übersteigen, wenn ein Signalstrom durch die Primärspule fließt. Dadurch wird die Wiedergabe bis hinunter zu tiefen Frequenzen mit einem elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher möglich.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt ein Beispiel eines Tonwiedergabesystems mit einem Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt in Form eines Blockdiagramms,
2 zeigt ein Beispiel einer Lautsprechereinheit in einer Schnittansicht,
3 zeigt ein anderes Beispiel der Lautsprechereinheit in einer Schnittansicht,
4 zeigt ein weiteres Beispiels der Lautsprechereinheit in einer Schnittansicht,
5 zeigt ein Beispiel eines digitalen Tonsignals,
6 zeigt ein Beispiel für den Spulenaufbau der Lautsprechereinheit,
7 zeigt die Schaltung eines Beispiels für ein Lautsprechergerät gemäß der Erfindung,
8 zeigt eine Darstellung des Datenmodus der einzelnen Bits eines digitalen Tonsignals,
9 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung zur Einstellung einer ansteuerungsfreien Periode,
10 zeigt eine Illustration der in 9 dargestellten Schaltung zur Einstellung einer ansteuerungsfreien Periode,
11 zeigt die Schaltung eines Beispiel einer Spulen-Treiberschaltung mit einer Konstantspannungsquelle,
12 zeigt die Schaltung eines weiteren Beispiels der Spulen-Treiberschaltung,
13 zeigt eine Illustration der Spulen-Treiberschaltung von 12,
14 zeigt die Schaltung eines weiteren Beispiels des Lautsprechergeräts gemäß der Erfindung,
15 zeigt die Schaltung eines anderen Beispiels des Lautsprechergeräts gemäß der Erfindung,
16 zeigt die Schaltung eines weiteren Beispiels des Lautsprechergeräts gemäß der Erfindung,
17 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels des Tonwiedergabesystems, bei dem das Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt wird,
18 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels des Tonwiedergabesystems, bei dem das Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt wird.
1 zeigt ein Beispiel für ein Tonwiedergabesystems, bei dem ein Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt wird, und zeigt außerdem einen Fall, in welchem der Ton entsprechend einem digitalen Tonsignal aus einem digitalen Tonausgabegerät reproduziert wird.
Ein digitales Tonausgabegerät 210 ist ein CD-Player, ein digitales Tonbandgerät (DAT-Rekorder) oder dgl. An einem digitalen Ausgang dieses Geräts wird ein stereophonisches Tonsignal, bestehend aus einem linkskanaligen und einem rechtskanaligen Tonsignal, die mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 44,1 kHz oder 48 kHz abgetastet und mit 16 Bits digitalisiert sind, als serielle Daten bei jeder Abtastung abwechselnd für die Tondaten des linken und rechten Kanals ausgegeben. Das digitale 16-Bit Tonsignal der seriellen Daten aus dem digitalen Tonausgabegerät 210 wird einem Serien-Parallel-Wandler 220 zugeführt, der die digitalen Tonsignale des linken und rechten Kanals trennt und jedes Signal in parallele Daten umwandelt. Die auf diese Weise in parallele Daten umgewandelten digitalen Tonsignale des linken und rechten Kanals werden einem linken bzw. einem rechten Lautsprechergerät 100L bzw. 100R zugeführt.
Im vorliegenden Beispiel besitzen das linke und das rechte Lautsprechergerät 100L bzw. 100R jeweils einen Dekodierer 70, eine Lautsprecher-Treiberschaltung 40 und eine Laut sprechereinheit 10. In jedem Dekodierer 70 wird aus dem digitalen 16-Bit-Tonsignal, das von dem Serien-Parallel-Wandler 220 in parallele Daten umgewandelt wurde, ein weiter unten beschriebenes Steuersignal erzeugt. Dieses Steuersignal wird der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 zugeführt und veranlaßt die Lautsprecher-Treiberschaltung 40 eine weiter unten beschriebene Primärspule der Lautsprechereinheit 10 anzusteuern.
2 zeigt ein Beispiel für die Lautsprechereinheit 10. In der Lautsprechereinheit 10 nach diesem Beispiel ist im oberen Teil eines zentralen Polstücks 12 eines Jochs 11 ein umlaufender abgesetzter Teil 13 ausgebildet. Das kreiszylindrische zentrale Polstück 12 ist vertikal in dem zentralen Bereich eines Flanschteils, das die Form einer kreisförmigen Platte hat, einstückig mit dieser ausgebildet. In den abgesetzten Teil 13 ist eine Primärspule 1 eingesetzt und so an dem zentralen Polstück 12 montiert.
Die Primärspule 1, in der mehrere Leiterwindungen in Ringform gewickelt sind, ist in den abgesetzten Teil 13 eingesetzt und dort verklebt und so an dem zentralen Polstück 12 montiert. Alternativ können mehrere Leiterwindungen direkt um den abgesetzten Teil 13 gewickelt sein, so daß die Primärspule 1 auf diese Weise an dem zentralen Polstück 12 montiert ist. Bei einer nicht dargestellten Alternative sind mehrere Leiterwindungen um einen Magnetspulenkörper gewickelt, und der Magnetspulenkörper ist in den abgesetzteb Teil 13 eingesetzt, so daß die Primärspule 1 auf diese Weise an dem zentralen Polstück montiert ist.
In dem Flanschteil 14 des Jochs 11 ist in einer kontinuierlich an das zentrale Polstück angrenzenden Position eine Öffnung (ein Loch) 15 ausgebildet, und an der Rückseite des Flanschteils 14 ist eine Anschlußplatte 16 montiert. Ein Spulenverlängerungsdraht 17 der Primärspule 1, der beispielsweise aus einem Litzendraht hergestellt ist, ist in die Öffnung 15 eingeführt und an der Umfangsfläche des zentralen Polstücks 12 verklebt und durch Löten mit einem Eingangsanschluß 18 der Anschlußplatte 16 verbunden.
Für jeden Wicklungsanfang und jedes Wicklungsende der Primärspule ist jeweils ein Spulenverlängerungsdraht 17 vorgesehen und mit einem separaten Eingangsanschluß verbunden. Für den Fall, daß die Primärspule 1 aus mehreren Spulen besteht, wie dies weiter unten beschrieben wird, ist der Spulenverlängerungsdraht 17 jeder Spule in die Öffnung 15 so eingesetzt, daß sie mit der Umfangsfläche des zentralen Polstücks 12 verklebt und mit dem Eingangsanschluß 18 der Anschlußplatte 16 verbunden ist.
An der Vorderseite des Flanschteils 14 des Jochs 11 ist ein ringförmiger Magnet 21 befestigt. An der Vorderseite dieses ringförmigen Magnets 21 ist ein Platte 22 befestigt. Diese Teile bilden einen Magnetkreis 20, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des oberen Teils des zentralen Polstücks 12 und der inneren Umfangsfläche der Platte 22 einen Luftspalt 23 aufweist.
In den Luftspalt 23 des Magnetkreises 20 ist eine Sekundärspule eingesetzt, die eine Kurzschlußspule bildet. Im vorliegenden Beispiel ist die Sekundärspule 2 als zylindrisches Formteil aus einem nichtmagnetischen leitfähigen Material, z. B. Aluminium, hergestellt und bildet eine Spule mit der Länge einer Windung.
An der Sekundärspule 2 sind ein Konus 32 mit einem Rand 31 an seinem Außenumfang und einem Dämpfer 34 so montiert, daß die zentralen Öffnungen des Konus und des Dämpfers ineinandergepaßt und miteinander verklebt sind. Eine Kappe 33 ist so montiert, daß sie die zentrale Öffnung des Konus 32 überdeckt und einen Deckel bildet. An der Platte 22 ist ein Lautsprecherkorb 35 montiert. An dem Lautsprecherkorb 35 sind der am Außenumfang des Konus 32 vorgesehene Rand 31 und eine Dichtung 36 montiert. Der Dämpfer 34 ist mit seinem Außenumfang ebenfalls an dem Lautsprecherkorb 35 befestigt.
Wie 3 zeigt, kann an der Umfangsfläche des oberen Teils des zentralen Polstücks 12 eine Spule 1a montiert sein, die einen Teil der Primärspule 1 bildet, während an der inneren Umfangsfläche der Platte 22 eine Spule 1b montiert sein kann, die den übrigen Teil der Primärspule 1 bildet. Der nicht dargestellte Spulenverlängerungsdraht der an der Platte 22 montierten Spule 1b wird in diesem Fall z. B. zwischen der Platte 22 und dem Magneten 21 geführt und mit dem Eingangsanschluß der Anschlußplatte verbunden, die an der äußeren Umfangsfläche der Platte 22 montiert ist. Es kann auch, wie in 4 dargestellt, die ganze Primärspule 1 an der inneren Umfangsfläche der Platte 22 befestigt sein. In diesem Fall ist der Spulenverlängerungsdraht ebenfalls zwischen der Platte 22 und dem Magneten angeordnet und nach außen geführt.
Wir 2, 3 und 4 zeigen, kann der Spulenkörper, auf dem die Sekundärspule 2 gewickelt ist, weggelassen werden, indem man die Sekundärspule 2 aus einem zylindrischen Teil für eine Windung bildet. Durch das Weglassen der Spule kann die Zahl der Teile verringert werden, und die magnetische Empfindlichkeit kann vergrößert werden, indem man die Breite des Luftspalts 23 um den der Dicke des Spulenkörpers entsprechenden Betrag verringert.
Wenn in einem Beispiel, bei dem die Primärspule aus mehreren Spulen besteht, das digitale 16-Bit-Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 von 1 dem in 5 dargestellten Zweierkomplement-Code entspricht, und ein linear quantisiertes Signal ist, dessen höchstwertiges Bit (MSB) ein Vorzeichenbit ist, wie dies in 5 und 6 dargestellt ist, ist die Primärspule aus fünfzehn Spulen 1A, 1B ... 1N, 1P gebildet, wobei die Spule 1A dem niedrigstwertigen Bit (LSB) entspricht und beispielsweise aus zwei Windungen besteht. Die Spulen 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1N, 1I, 1J, 1K, 1L, 1M, 1N und 1P entsprechen dann den Bits 15SB, 14SB, 13SB, 12SB, 11SB, 10SB, 9SB, 8SB, 7SB, 6SB, 5SB, 4SB, 3SB und 2SB und haben jeweils die doppelte Windungszahl der Spule, die einem um einen Stellenwert niedrigeren Bit zugeordnet ist, also 4, 8, 16 ... Windungen.
7 zeigt im Detail Beispiele der Teile der Lautsprechereinheit 7 und der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 von 1 für diesen Fall. Die Lautsprecher-Treiberschaltung 40 besitzt fünfzehn Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P entsprechend den fünfzehn Spulen 1A bis 1N und 1P der Primärspule 1.
Die jeweiligen Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P sind so ausgebildet, daß Konstantstromquellen 41A bis 41N und 41P, vier Feldeffekttransistoren (FETs) 51 bis 54, die jeweils als Schaltelement dienen, und die entsprechenden Spulen 1A bis 1N und 1P in Brücke geschaltet sind. Wenn die FETs 51 und 53 eingeschaltet und die FETs 52 und 54 ausgeschaltet sind, fließt ein elektrischer Strom Ia aus der entsprechenden Konstantstromquelle in positiver Richtung durch die jeweilige Spule. Wenn die FETs 51 und 53 ausgeschaltet und die FETs 52 und 54 eingeschaltet sind, fließt ein elektrischer Strom Ia aus der entsprechenden Konstantstromquelle in negativer Richtung durch die jeweilige Spule.
Alle elektrischen Ströme der Konstantstromquellen 41A bis 1N und 41P haben die gleiche Stromstärke, wie dies durch den elektrischen Strom Ia angedeutet ist. Wenn in der gleichen Spulen-Treiberschaltung alle FETs 51 bis 54 eingeschaltet oder ausgeschaltet sind, fließt durch die entsprechende Spule kein elektrischer Strom.
Der Dekodieren 70 weist fünfzehn Steuersignal-Generatorschaltungen 70A bis 70N und 70P auf entsprechend den fünfzehn Spulen 1A bis 1N und 1P, d. h. den 15 Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220. Die Steuersignal-Generatorschaltungen 70A bis 70N und 70P können auf der Basis des MSB des digitalen Tonsignals und der niedrigerwertigen Bits (LSB bis 2SB) aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 jeweils vier Steuersignale G1 bis G4 liefern, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, die den jeweiligen Steuersignal-Generatorschaltungen 70A bis 70N und 70P entsprechen. Diese Steuersignale G1 bis G4 werden den Gates der FETs 51 bis 54 der entsprechenden Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 zugeführt.
Was die vier Steuersignale G1 bis G4 betrifft, so erreichen die Steuersignale G1 und G3 dann, wenn das MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 gleich 0 ist und das entsprechende niedrigerwertige Bit gleich 1 ist, einen Pegel, bei dem die FETs 51 und 53 eingeschaltet werden und die Steuersignale G2 und G3 erreichen einen Pegel, bei dem die FETs 52 und 54 ausgeschaltet werden. Wenn das MSB gleich 0 ist und das entsprechende niedrigerwertige Bit ebenfalls gleich 0 ist, oder wenn das MSB gleich 1 ist und das entsprechende niedrigerwertige Bit ebenfalls gleich 1 ist, erreichen die Steuersignale G1 bis G4 einen Pegel, bei dem die FETs 51 bis 54 ausgeschaltet werden. Wenn das MSB gleich 1 ist und das entsprechende niedrigerwertige Bit gleich 0 ist, erreichen die Steuersignale G1 und G3 einen Pegel, bei dem die FETs 51 und 53 ausgeschaltet werden, und die Steuersignale G1 und G4 erreichen einen Pegel, bei dem die FETs 52 und 54 eingeschaltet werden.
Wenn das MSB gleich 0 ist und nur wenn ein bestimmtes niedrigerwertiges Bit gleich 1 ist, fließt deshalb der elektrische Strom Ia in positiver Richtung durch die diesem Bit entsprechende Primärspule. Wenn hingegen das MSB gleich 1 ist und nur wenn ein bestimmtes niedrigerwertiges Bit gleich 0 ist, fließt der elektrische Strom Ia in negativer Richtung durch die diesem Bit entsprechende Primärspule.
Die Antriebskraft F des Schwingungssystems eines elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers läßt sich durch die folgende Beziehung F = B·L·i als Produkt des in der Sekundärspule induzierten sekundären elektrischen Stroms i, der Dichte B des magnetischen Flusses, der in dem Luftspalt eines Magnetkreises auftritt, und der Länge L der in dem Luftspalt des Magnetkreises vorhandenen Sekundärspule ausdrücken. Da die magnetische Flußdichte B und die Länge L konstant sind, ist die Antriebskraft F des Schwingungssystems dem in der Sekundärspule induzierten sekundären elektrischen Strom i proportional. Der in der Sekundärspule induzierte sekundäre elektrische Strom i ist dem Produkt des durch die Primärspule fließenden Signalstroms und der Windungszahl (Impedanz) der Primärspule proportional.
Als Ergebnis der Festlegung der Windungszahlen für die einzelnen Spulen 1A bis 1N und 1P der Primärspule 1 proportional zu dem Gewicht der einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 wird in dem oben beschriebenen Beispiel in der Sekundärspule 2 ein sekundärer elektrischer Strom induziert, dessen Stromstärke dem Gewicht des dieser Primärspule entsprechenden Bits proportional ist, und zwar in einer Richtung die dem Wert des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entspricht.
Deshalb wird der Konus 32, an dem die Sekundärspule 2 befestigt ist, um einen Betrag ausgelenkt, der dem Gewicht des dieser Primärspule entsprechenden Bits proportional ist, und zwar in einer Richtung, die dem Wert des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entspricht. Auf diese Weise wird in der Lautsprechereinheit 10 der Ton dem digitalen Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entsprechend originalgetreu reproduziert.
In diesem Fall ist das digitale Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 ein Signal, das mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 44,1 kHz oder 48 kHz digitalisiert ist, und die einzelnen Spulen 1A bis 1N und 1P der Primärspule 1 werden entsprechend einem digitalen Signal mit der gleichen Abtastfrequenz angesteuert. Deshalb werden die Komponenten des Tonsignals, die vor der Digitalisierung niederfrequent sind, als Signalstrom, der durch die Spulen 1A bis 1N und 1P der Primärspule 1 fließt, zu hohen Frequenzen, die 20 kHz übersteigen.
Deshalb ermöglicht die Lautsprechereinheit 10, die ein elektromagnetisch gekoppelter Lautsprecher ist, eine Wiedergabe bis hinunter zu niedrigen Frequenzen, so daß man einen Lautsprecher für den vollen Frequenzbereich realisieren kann, der Töne von niedriger Tonhöhe bis zu hoher Tonhöhe wiedergibt.
Ähnlich wie bei einem herkömmlichen Lautsprecher spricht das Schwingungssystem der Lautsprechereinheit 10 nicht leicht auf hohe Frequenzen an und ist insbesondere kaum in der Lage, Komponenten mit hohen Frequenzen, z. B. über 20 kHz, wiederzugeben. Deshalb wird selbst dann, wenn jede der Spulen 1A bis 1P der Primärspule 1 mit einem digitalen Signal mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz oder 48 kHz angesteuert wird, diese Abtastfrequenzkomponente kaum wiedergegeben. Falls die Komponenten mit sehr niedrigem Schalldruck wiedergegeben würden, könnte das menschliche Ohr Schall mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz kaum wahrnehmen. Deshalb gibt es beim Hören von Musik kein Problem. Es ist außerdem ohne weiteres möglich, absichtlich ein mechanisches Filter mit einem Dämpfungsband von 20 kHz oder höher herzustellen und in die Lautsprechereinheit 10 einzubauen, so daß mit Sicherheit ausgeschlossen ist, daß die Abtastfrequenz wiedergegeben wird.
Es ist weiterhin möglich, ein Lautsprechergerät zu herzustellen, das geringe Verzerrungen und eine große maximale Ausgangsleistung aufweist und Schall direkt durch ein digitales Tonsignal und ohne Verwendung eines D/A-Wandlers oder eines Leistungsverstärkers wiedergibt.
Es kann verhindert werden, daß die Baugröße das Tonwiedergabesystem von 1 anwächst, indem man es so aufbaut, daß z. B. die Komponenten von dem Serien-Parallel-Wandler 220 bis zu der Lautsprecher-Treiberschaltung 20 als eine integrierte Schaltung (IC) ausgebildet werden, die mit dem digitalen Tonausgabegerät 210 verbunden ist. Darüber hinaus ist die Lautsprechereinheit 10 mit diesem Gerät verbunden.
Als Schaltelemente der Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P können außer FETs auch andere Elemente benutzt werden, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten.
Es gibt den Fall, daß ein bestimmtes Bit des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 einen Wert annimmt, bei dem ein Signalstrom durch die zugeordnete Primärspule während einer Periode von mehreren kontinuierlichen Abtastzyklen fließt.
Mit anderen Worten, wenn das digitale Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 der in 5 dargestellte Zweierkomplement-Code ist, wie dies in 8 dargestellt ist, gibt es den Fall, daß in einer Periode Tp aus mehreren kontinuierlichen Abtastzyklen das MSB gleich 0 wird und z. B. das 2SB gleich 1 wird, und daß in einer ähnlichen Periode Ta das MSB gleich 1 wird und z. B. das LSB gleich 0 wird. In einer solchen Zeit fließt in der Periode Tp der elektrische Strom Ia kontinuierlich in positiver Richtung durch die Primärspule 1P, und in der Periode Ta fließt der elektrische Strom Ia kontinuierlich in negativer Richtung durch die Primärspule 1A.
In diesem Fall verringert sich jedoch die scheinbare Abtastfrequenz der 2SB- und LSB-Daten und wird z. B. 1 kHz, wenn die Perioden Tp und T eine Dauer von 1 ms haben. Dadurch wird die elektromagnetische Koppelkraft der Lautsprechereinheit 10 herabgesetzt, und es wird keine optimale Ansteuerung der Lautsprechereinheit 10 erreicht.
Deshalb wird in dem in 1 und 7 dargestellten Dekodierer 70 für jede Abtastfrequenz in den Daten der einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 eine Periode eingestellt, in der kein Signalstrom durch die zugeordnete Primärspule fließt.
9 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung zur Einstellung einer ansteuerungsfreien Periode in einem solchen Fall. In dem Dekodierer 70 ist diese Schaltung 80 zum Einstellen einer ansteuerungsfreien Periode für der einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 vorgesehen. In der Zeichnungsfigur ist jedoch nur eine derartige Schaltung zur Einstellung einer ansteuerungsfreien Periode dargestellt, die einem dieser Bits entspricht.
In der Schaltung 80 zur Einstellung der ansteuerungsfreien Periode werden ein in 10 dargestelltes Taktsignal SCLK, das mit dem digitalen Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 synchronisiert ist und dessen Frequenz gleich der Abtastfrequenz des digitalen Tonsignals ist, und ein in 10 dargestelltes Taktsignal DCLK, das mittels einer Verzögerungsschaltung 81 um eine Zeit verzögert wird, die kürzer ist als ein Abtastzyklus Ts des digitalen Tonsignals, einem Exklusiv-ODER-Glied 82 zugeführt, wodurch das in 10 dargestellte Signal EX gewonnen wird. Das Signal EX und der Takt SCLK werden einem NAND-Glied 83 zugeführt, wodurch das in 10 dargestellte Signal NA gewonnen wird. Das Signal NA und die Eingangsdaten Di eines entsprechenden Bits werden einem UND-Glied 84 zugeführt, wodurch die Ausgangsdaten Do gewonnen werden.
Wenn das MSB gleich 0 ist, werden die ursprünglichen Eingangsdaten Di beibehalten, wie sie sind. Wenn das MSB gleich 1 ist, werden die ursprünglichen Eingangsdaten Di auf der Eingangsseite der Schaltung 80 zur Einstellung der ansteuerungsfreien Periode invertiert. Wenn die ursprünglichen Daten der Bits 2SB und LSB in Relation zu dem Wert des MSB so sind, wie in 8 dargestellt, werden die Daten der Bits 2SB und LSB so, wie sie als Daten Di (2SB) bzw. Di (LSB) in 10 dargestellt sind.
In dem in 1 und 7 dargestellten Dekodierer 70 werden die oben beschriebenen Steuersignale G1 bis G4 aus den Ausgangsdaten Do der Schaltung 80 zur Einstellung einer ansteuerungsfreien Periode erzeugt. Deshalb nehmen auch die Steuersignale G1 bis G4 eine Form an, bei der in jedem Abtastzyklus Ts eine Periode festgesetzt wird, in der kein Signalstrom durch die betreffende Primärspule fließt und deren Zeit kürzer ist als der Abtastzyklus Ts.
Unabhängig von den Inhalten des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 wird deshalb die elektromagnetische Koppelkraft der Lautsprechereinheit 10 nicht herabgesetzt, weil die scheinbare Abtastfrequenz der Daten der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals verringert wird. Auf diese Weise wird die Lautsprechereinheit 10 immer optimal angesteuert. Je kürzer die Periode ist, in der der Signalstrom nicht fließt, desto besser ist es. Die Periode wird auf der Basis der Beziehung zu den Eigenschaften der zu benutzenden Elemente festgesetzt.
Die Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 können auch aus Konstantspannungsquellen bestehen. 11 zeigt ein Beispiel für diesen Fall, bei dem eine gesteuerte Konstantspannungsquelle 42, vier FETs 51 bis 54, die jeweils als Schaltelement dienen, und eine entsprechende Spule, nämlich die Spule 1A im Fall der Spulen-Treiberschaltung 40A, in Brückenschaltung angeordnet sind.
Wenn die FETs 51 und 53 eingeschaltet und die FETs 52 und 54 ausgeschaltet sind, fließt ein elektrischer Strom in positiver Richtung von der Konstantspannungsquelle 42 in die betreffende Spule. Wenn die FETs 51 und 53 ausgeschaltet sind, fließt ein elektrischer Strom in negativer Richtung von der Konstantspannungsquelle 42 in die betreffende Spule.
Da die Windungszahlen des Spulen 1A bis 1N und 1P der Primärspule 1 unterschiedlich sind, ist im vorliegenden Fall der Ansteuerung mit konstanter Spannung die Ausgangsimpedanz der Konstantspannungsquelle 42 für jede der Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P unterschiedlich, und selbst wenn der Spannungswert der Konstantspannungsquelle 42 konstant gehalten wird, differieren die Werte der elektrischen Ströme, die durch die jeweiligen Spulen 1A bis 1N und 1P fließen. Aus diesem Grund wird die Verstärkung der Konstantspannungsquelle 42 mit einem Justierwiderstand 43 so eingestellt, daß die Werte der durch die jeweiligen Spulen 1A bis 1N und 1P fließenden elektrischen Ströme gleich werden.
Die Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P können auch so ausgebildet sein, daß die mit einer Primärspule verbundene Konstantstromquelle auf der Basis von dreiwertigen Daten aus dem Dekodierer 70 gesteuert wird.
12 zeigt ein Beispiel für einen Fall, bei dem Daten Xa bis Xp der einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 als dreiwertige Daten aus dem Dekodierer 70 gewonnen werden. Die Daten Xa und Xp werden jeweils dem positiven Eingang einer Konstantstromquelle 44 vom Differentialtyp zugeführt, und die Ausgänge der Konstantstromquelle 44 sind über Widerstände 45, entsprechende Spulen 1A bis 1N und 1P und Widerstände 46 mit Masse verbunden. Die an dem Verbindungspunkt zwischen den entsprechenden Spulen 1A bis 1N und 1P und den Widerständen 46 auftretenden Spannungen werden dem negativen Eingang der Konstantspannungsquelle 44 zugeführt. Der Widerstandswert der Widerstände 46 ist z. B. auf 0,1 Ω eingestellt.
Die Daten Xa bis Xn und Xp werden zu positiven Spannungen, wenn das MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 gleich 0 ist und die entsprechenden niedrigerwertigen Bits (LSB bis 2SB) gleich 1 sind. Sie haben hingegen Massepotential, wenn das MSB gleich 0 ist und die entsprechenden niedrigerwertigen Bits ebenfalls gleich 0 sind. Sie werden zu negativen Spannungen, wenn das MSB gleich 1 ist und die entsprechenden niedrigerwertigen Bits gleich 0 sind.
Auch in diesem Fall wird, wie in 13 dargestellt, in den Daten Xa bis Xn und Xp in jedem Abtastzyklus Ts eine Periode des Massepotentials eingestellt, in der kein Signalstrom durch die entsprechenden Spulen 1A bis 1N und 1P fließt, wobei diese Periode kürzer ist als der Abtastzyklus Ts.
Wenn im vorliegenden Beispiel die Daten Xa bis Xp positive Spannungen sind, fließt ein konstanter elektrischer Strom in positiver Richtung durch die entsprechenden Spulen 1A bis 1P. Wenn die Daten Xa bis Xn und Xp Massepotential haben, fließt kein elektrischer Strom durch die entsprechenden Spulen 1A bis 1N und 1P, und wenn die Daten Xa bis Xn und Xp negative Spannungen sind, fließt ein konstanter elektrischer Strom in negativer Richtung durch die entsprechenden Spulen 1A bis 1N und 1P.
Wenn das MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 gleich 0 ist und nur wenn ein bestimmtes niedrigerwertiges Bit gleich 1 ist, fließt deshalb, ähnlich wie bei dem Beispiel von 7, ein Signalstrom in positiver Richtung durch die diesem Bit entsprechende Primärspule. Wenn hingegen das MSB gleich 1 ist und nur wenn ein bestimmtes niedrigerwertiges Bit gleich 0 ist, fließt ein Signalstrom in negativer Richtung durch die diesem Bit entsprechende Primärspule. Bei diesem Beispiel werden Schaltelemente, wie die FETs 51 bis 54, nicht benötigt, und die Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P können vereinfacht werden.
Das oben beschriebene Beispiel zeigt einen Fall, bei dem dadurch, daß die Windungszahl der einzelnen Spulen 1A bis 1N und 1P, aus denen die Primärspule 1 besteht, auf eine dem Gewicht jedes Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 proportionale Windungszahl festgesetzt wird, die Differenz in den Gewichten jedes Bits des digitalen Tonsignals wiedergegeben wird. Durch das Festlegen identischer Windungszahlen für die einzelnen Spulen 1A bis 1N und 1P und durch Ändern der elektrischen Stromwerte der Konstantstromquellen 41A bis 41N und 41P der diesen Spulen entsprechenden Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P kann ebenfalls die Differenz in den Gewichten jedes Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 reproduziert werden.
14 zeigt ein Beispiel für diesen Fall, bei dem fünfzehn Spulen 1A bis 1N, 1P, die die Primärspule 1 bilden, mit der gleichen Windungszahl, z. B. mit 10 Windungen, ausgestattet sind. Die elektrischen Ströme Ia bis In und Ip der Konstantstromquellen 41A bis 41N und 41P der den Spulen 1A bis 1N und 1P entsprechenden Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40N und 40P werden verändert, wie dies weiter unten beschrieben wird. Die übrigen Punkte sind die gleichen wie bei dem Beispiel von 7.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Antriebskraft des Schwingungssystems der Lautsprechereinheit 10 dem sekundären elektrischen Strom i proportional, der in der Sekundärspule 2 induziert wird, und der sekundäre elektrische Strom i ist wiederum dem Produkt aus dem durch die Primärspule 1 fließenden Signalstrom und der Windungszahl (Impedanz) der Primärspule 1 proportional.
Zu diesem Zweck wird in diesem Beispiel, obwohl dies in 14 nicht dargestellt ist, der elektrische Strom Ib der Konstantstromquelle der Spulen-Treiberschaltung, die der Spule 1B entspricht, die dem Bit 15SB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 zugeordnet ist, doppelt so groß gemacht wie der elektrische Strom Ia der Konstantstromquelle 41A der Spulen-Treiberschaltung 40A, die der dem LSB entsprechenden Spule 1A entspricht, d. h. Ib = 2·Ia.
Im folgenden sind die elektrischen Ströme Ic, Id, Ie ... der Konstantstromquellen der Spulen-Treiberschaltungen, die den Spulen 1C, 1D, 1E ... entsprechen, die den Bits 14SB, 13SB, 12SB ... zugeordnet sind, doppelt so groß wie die elektrischen Ströme Ib, Ic, Id ....
Deshalb wird, ähnlich wie in dem Beispiel von 7, der Konus 32 in der Lautsprechereinheit 10 um einen Betrag ausgelenkt, der dem Gewicht des Bits proportional ist, das der Primärspule zugeordnet ist, durch die der Signalstrom in einer Richtung fließt, die von dem Wert des MSB des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 abhängig ist. Auf diese Weise wird der Ton dem digitalen Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entsprechend originalgetreu reproduziert.
Falls die Differenz zwischen den Gewichten der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals durch Ändern des elektrischen Stromwerts der Konstantstromquelle wiedergegeben wird, wie dies oben beschrieben wurde, kann eine einzige Primärspule 1 benutzt werden.
15 zeigt ein Beispiel für diesen Fall. Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Fall, bei dem das digitale 16-Bit-Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 ein natürlicher Binärcode ist, oder um einen Fall, bei dem das digitale Tonsignal eines in 5 dargestellten Zweierkomplement-Codes von dem Serien-Parallel-Wandler 220 in einen natürlichen Binärcode umgewandelt wird.
Die Primärspule 1 besteht hier aus nur einer Spule. Mit dieser Primärspule 1 sind über entsprechende Schalter 62A, 62B bis 62N, 62P und 62Q Konstantstromquellen 61A, 61B bis 61N, 61P und 61Q mit den elektrischen Strömen Ia, Ib bis In, Ip und Iq verbunden, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden. Die Schalter 62A, 62B bis 62N, 62P und 62Q werden auf der Basis der Daten des entsprechenden Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 geschaltet.
Das heißt, wenn ein bestimmtes Bit des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 gleich 1 ist, wird der entsprechende Schalter eingeschaltet und bewirkt, daß der elektrische Strom der zugeordneten Konstantstromquelle durch die Primärspule 1 fließt. Der elektrische Strom Ib der Konstantstromquelle 61B, die dem Bit 15SB entspricht, wird doppelt so groß gemacht wie der elektrische Strom Ia der Konstantstromquelle 61A, die dem LSB entspricht. Der einem bestimmten Bit entsprechende elektrische Strom der Konstant stromquelle wird also doppelt so groß gemacht wie der elektrische Strom der Konstantstromquelle, die dem Bit entspricht, dessen Stellenwert um 1 niedriger ist.
Deshalb wird in diesem Beispiel der Konus 32 in der Lautsprechereinheit 10 in einer Richtung um einen Betrag ausgelenkt, der dem Gewicht der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 proportional ist, und auf diese Weise wird in der Lautsprechereinheit 10 der Ton dem digitalen Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entsprechend originalgetreu reproduziert.
Selbst wenn das digitale Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 ein Zweierkomplement-Code ist, wie in 5 dargestellt, ist es möglich, eine einzige Primärspule 1 zu benutzen, indem man die Spulen-Treiberschaltungen 40A bis 40P so ausbildet, wie dies in 14 dargestellt ist, so daß sie auf der Basis der Daten der einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals geschaltet werden können.
Es ist weiterhin auch möglich, die Differenz zwischen den Gewichten der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals zu reproduzieren, indem man die Differenz der Windungszahlen mehrerer Primärspulen und die Differenz der elektrischen Stromwerte mehrerer Konstantstromquellen miteinander kombiniert.
16 zeigt ein Beispiel für einen solchen Fall. Bei diesem Beispiel handelt es sich ebenfalls um einen Fall, bei dem das digitale 16-Bit-Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 ein natürlicher Binärcode ist, oder um einen Fall, bei dem das digitale Tonsignal eines in 5 dargestellten Zweierkomplement-Codes von dem Serien-Parallel-Wandler 220 in einen natürlichen Binärcode umgewandelt wird.
Die Primärspule 1 besteht in diesem Fall aus vier Spulen 1S, 1T, 1U und 1V, deren Windungszahlverhältnis weiter unten beschrieben wird. Die Spule 1S ist über Schalter 62A bis 62D mit Konstantstromquellen 61A bis 61D mit den elektrischen Strömen Ia bis Id, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, verbunden. Die Spule 1T ist über Schalter 62E bis 62N mit Konstantstromquellen 61E bis 61N mit den elektrischen Strömen Ie bis Ih, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, verbunden. Die Spule 1U ist über Schalter 62I bis 62L mit Konstantstromquellen 61I bis 61L mit den elektrischen Strömen Ii bis Il, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, verbunden. Die Spule 1V ist über Schalter 62M, 62N, 62P und 62Q mit Konstantstromquellen 61M, 61N, 61P und 61Q mit den elektrischen Strömen Im, In, Ip und Iq, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, verbunden. Die Schalter 62A, 62B bis 62N, 62P und 62Q werden auf der Basis der Daten der zugeordneten Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 geschaltet.
Das Verhältnis der Windungszahlen der Spulen 1S, 1T, 1U und 1V ist z. B. auf 1 : 4 : 16 : 64 festgesetzt, und die elektrischen Ströme Ia bis In, Ip und Iq sind folgendermaßen festgesetzt:
Ib = 2·Ia, Ic = 2²·Ia, Id = 2³·Ia, Ie = Ic = 2²·Ia, If = Id = 2³·Ia, Ig = 2⁴·Ia, Ih = 2⁵·Ia, Ii = Ig = 2⁴·Ia, Ij = Ich = 2⁵·Ia, Ik = 2⁶·Ia, Il = 2⁷·Ia, Im = Ik = 2⁶·Ia, In = Il = 2⁷·Ia, Ip = 2⁸·Ia und Iq = 2⁹·Ia.
Die Antriebskraft F des Schwingungssystems der Lautsprechereinheit 10 ist, wie oben beschrieben wurde, dem in der Sekundärspule 2 induzierten sekundären elektrischen Strom i proportional, und der sekundäre elektrische Strom i ist dem Produkt aus dem durch die Primärspule 1 fließenden Signalstrom und der Windungszahl (Impedanz) der Primärspule 1 proportional.
Wenn ein bestimmtes Bit des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 gleich 1 wird, wird in diesem Beispiel das zugeordnete Exemplar der Schalter 62A bis 62N, 62P und 62Q eingeschaltet, so daß ein Signalstrom durch die Primärspule 1S, 1T, 1U oder 1V fließt. Dadurch wird das Verhältnis der sekundären elektrischen Ströme, die in die Sekundärspule 2 induziert werden, gleich dem Verhältnis der Gewichte der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220.
Ähnlich wie in dem Beispiel von 15, wird deshalb in der Lautsprechereinheit 10 der Konus 32 in einer Richtung um einen Betrag ausgelenkt, der dem Gewicht der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 proportional ist, so daß auf diese Weise der Ton dem digitalen Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 entsprechend originalgetreu reproduziert wird.
In diesem Beispiel kann das Verhältnis zwischen der Windungszahl der Spule 1S mit der kleinsten Windungszahl hat, und dem der Spule 1V mit der größte Windungszahl auf 1 : 64 = 1 : 26 reduziert werden. Außerdem kann das Verhältnis zwischen dem kleinsten elektrischen Stromwert Ia und dem größten elektrischen Stromwert Iq auf 1 : 2⁹ verringert werden.
Alle vorangehend beschriebenen Beispiele stellen Fälle dar, in denen das digitale Tonsignal, das die Primärspule 1 der Lautsprechereinheit 10 ansteuert, linear quantisiert ist, und falls die Primärspule 1 aus mehreren Spulen besteht, können die Windungszahlen der mehreren Spulen, oder der elektrische Stromwert, der den einzelnen Bits mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals entspricht, oder die einzelnen Bits einschließlich des MSB des digitalen Tonsignals nach Art einer geometrischen Reihe geändert werden. Wenn das digitale Tonsignal, mit dem die Primärspule 1 angesteuert wird, jedoch nicht linear quantisiert ist, und wenn die Primärspule 1 aus mehreren Spulen besteht, können die Windungszahlen der mehreren Spulen oder der elektrische Stromwert der jedem Bit mit Ausnahme des MSB des digitalen Tonsignals entsprechenden Konstantstromquelle oder jedes Bit einschließlich des MSB des digitalen Tonsignals dem Quantisierungsmodus entsprechend geändert werden.
17 zeigt ein weiteres Beispiel des Tonwiedergabesystems, das das Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt, bei dem ein analoges Tonsignal aus einem Gerät mit analoger Tonausgabe in ein digitales Tonsignal umgewandelt und das digitale Tonsignal für die Tonwiedergabe verarbeitet wird.
Ein analoges Tonausgabegerät 310 ist ein Kassettengerät, ein FM-Tuner oder dgl.. An seinem linken und rechten Tonausgang 311L bzw. 311R werden ein analoges Tonsignal für den linken Kanal bzw. für den rechten Kanal ausgegeben. A/D-Wandlern 320L und 320R wandeln die analogen Tonsignale für den linken Kanal und den rechten Kanal in digitale 16-Bit-Tonsignale um.
Die digitalen Tonsignale für den rechten und den linken Kanal aus den A/D-Wandlern 320L und 320R werden einem Effektor 330 zugeführt, der einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder dgl. benutzt. Der Effektor 330 führt Prozesse aus, wie die Lokalisierung eines Tonbilds, die Erzeugung eines Schallfelds und die Erzeugung eines Nachhalls, wodurch vordere und hintere, linke und rechte digitale Tonsignale mit jeweils 16 Bits gewonnen werden können. Jedes dieser vorderen und hinteren, linken und rechten digitalen Tonsignale wird entsprechenden Lautsprechergeräten zugeführt.
Jedes Lautsprechergerät weist einen Dekodierer 70FL, 70FR, 70BL oder 70BR auf, ferner eine Lautsprecher-Treiberschaltung 40FL, 40FR, 40BL oder 40BR und eine Lautsprechereinheit 10FL, 10FR, 10BL oder 10BR. Die einzelnen Lautsprecher-Treiberschaltungen 40FL, 40FR, 40BL und 40BR sind in der gleichen Weise ausgebildet wie die oben beschriebene Lautsprecher-Treiberschaltung 40, und die Lautsprechereinheiten 10FL, 10FR, 10BL und 10BR sind in der gleichen Weise ausgebildet wie die oben beschriebene Lautsprechereinheit 10.
Bei dem Tonwiedergabesystem dieses Beispiels sind z. B. die Komponenten von den A/D-Wandlern 320L und 320R bis zu den Lautsprecher-Treiberschaltungen 40FL, 40FR, 40BL und 40BR als eine Einheit ausgebildet, und diese ist mit dem analogen Tonausgabegerät 310 verbunden. Außerdem sind die Lautsprechereinheiten 10FL, 10FR, 10BL und 10BR damit verbunden. Oder die Komponenten von den A/D-Wandlern 320L und 320R bis zu den Lautsprechereinheiten 10FL, 10FR, 10BL und 10BR sind als eine Einheit ausgebildet, und diese ist mit dem analogen Tonausgabegerät 310 verbunden. Auf diese Weise kann ein ana loges Eingangstonsignal in ein digitales Tonsignal umgewandelt werden, und anschließend wird das digitale Tonsignal verarbeitet, so daß der Ton wiedergegeben werden kann.
Auch das Tonwiedergabegerät von 1 ist so aufgebaut, daß ein digitales Tonsignal aus dem Serien-Parallel-Wandler 220 in ähnlicher Weise verarbeitet und das verarbeitete digitale Tonsignal dem Lautsprechergerät zugeführt wird.
18 zeigt noch ein Beispiel des Tonwiedergabegeräts, bei dem das Lautsprechergerät gemäß der Erfindung benutzt wird, und zeigt außerdem einen Fall, bei dem Tondaten von den Daten eines Datenausgabegeräts getrennt werden und der Ton reproduziert wird.
Ein Datenausgabegerät 410 ist ein Personalcomputer oder dgl.. Dieses Datenausgabegerät 410 gibt Daten, in denen digitale Tonsignaldaten und andere Daten in einem vorbestimmten Format integriert sind, als serielle Daten aus.
Die Daten aus dem Datenausgabegerät 410 werden dann einem USB-(Universal Serial Bus)-Dekodierer 420 zugeführt, so daß nur die digitalen Tonsignaldaten als parallele Daten ausgegeben werden. Das digitale Tonsignal wird dem Dekodierer 70 des oben beschriebenen Lautsprechergeräts zugeführt, das aus dem Dekodierer 70, der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 und der Lautsprechereinheit 10 besteht.
Bei dem Tonwiedergabegerät nach diesem Beispiel sind z. B. die Komponenten von dem USB-Dekodierer 420 bis zu der Lautsprecher-Treiberschaltung 40 als eine Einheit ausgebildet, und diese ist mit dem Datenausgabegerät 410 verbunden, und außerdem ist die Lautsprechereinheit 10 damit verbunden. Oder die Komponenten von dem USB-Dekodierer 420 bis zu Lautsprechereinheit 10 sind als eine Einheit ausgebildet, und diese ist mit dem Datenausgabegerät 410 verbunden. Auf diese Weise kann Ton wiedergegeben werden, wobei Tondaten benutzt werden, die in integrierten Daten aus einem Personalcomputer oder dgl. vorhanden sind.
Es ist weiterhin möglich, einen Lautsprecher mit geringer Verzerrung und großer maximaler Leistung zu realisieren, der Töne entsprechend einem digitalen Tonsignal direkt ohne D/A-Wandler oder Leistungsverstärker reproduziert.
Es lassen sich viele verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung konstruieren, ohne daß der Geist und der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die in diesen Unterlagen beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die Erfindung soll im Gegenteil verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen abdecken, die im Geist und Rahmen der Er findung enthalten sind, wie sie weiter unten beansprucht wird. Dem Rahmen der folgenden Ansprüche soll die breiteste Interpretation zukommen, damit alle derartigen Modifizierungen, äquivalenten Strukturen und Funktionen eingeschlossen sind.

Claims

Lautsprechergerät, das aufweist: eine Lautsprechereinheit (10) mit einer Primärspule (1), die in der Nachbarschaft eines Luftspalts (23) in einem mit diesem Luftspalt (23) ausgestatteten Magnetkreis (20) angeordnet und relativ zu dem Luftspalt (23) fixiert ist, sowie mit einer Sekundärspule (2), die in dem Luftspalt (23) angeordnet und an einer Schwingungsplatte (32) befestigt ist, so daß im Betrieb durch einen durch die Primärspule (1) fließenden Signalstrom in der Sekundärspule (2) ein sekundärer Strom induziert wird, der eine Auslenkung der Schwingungsplatte (32) bewirkt, wobei das Gerät ferner eine Lautsprechertreiberschaltung (40) aufweist, die die Primärspule (1) der Lautsprechereinheit (10) im Betrieb mit einem digitalen Tonsignal ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Schaltung (80) zum Einstellen einer ansteuerungsfreien Periode vorgesehen ist, die in jedem Abtastzyklus des zugeführten digitalen Tonsignals eine Periode einstellt, deren Zeitdauer kürzer ist als der Abtastzyklus und in der kein Signalstrom durch die Primärspule (1) fließt, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) die Primärspule (1) im Betrieb mit einem Signal aus der genannten Schaltung (80) zum Einstellen einer ansteuerungsfreien Periode ansteuert.
Lautsprechergerät nach Anspruch 1, bei dem die Primärspule (1) aus einer Anzahl von Wicklungen (1A–1P) mit jeweils unterschiedlichen Windungszahlen besteht, die der Bitzahl des digitalen Tonsignals entsprechen, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) eine Anzahl von Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) umfaßt, die die Primärspule (1) bilden, den betreffenden Wicklungen (1A–1P) einen Signalstrom zuführen und der Bitzahl des digitalen Tonsignals entsprechen und wobei jede der Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) durch ein entsprechendes Bit des digitalen Tonsignals gesteuert wird.
Lautsprechergerät nach Anspruch 2, bei dem jede der genannten Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) so ausgebildet ist, daß eine entsprechende Wicklung (1A–1P) der Primärspule (1), eine Konstantstromquelle (41A–41P) und eine Mehrzahl von Schalterelementen (51, 52, 53, 54) in Brückenschaltung angeordnet sind.
Lautsprechergerät nach Anspruch 2, bei dem jede der genannten Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) so ausgebildet ist, daß eine entsprechende Wicklung der Primärspule (1A–1P), eine Konstantstromquelle (42) und eine Mehrzahl von Schalterelementen (51, 52, 53, 54) in Brückenschaltung angeordnet sind.
Lautsprechergerät nach Anspruch 2, bei dem jede der genannten Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) so ausgebildet ist, daß eine mit einer entsprechenden Wicklung (1A–1P) der Primärspule verbundene Konstantstromquelle (44) auf der Basis von dreiwertigen Daten des betreffenden Bits (Xa–Xp) des digitalen Tonsignals gesteuert wird.
Tonwiedergabesystem mit einer Lautsprechereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Serien-Parallel-Wandler (220) zur Umwandlung von digitalen Tonsignalen aus seriellen Daten in parallele Daten, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) im Betrieb die Primärspule (1) unter Verwendung von durch den Serien-Parallel-Wandler (220) aus seriellen Daten ungewandelten parallelen Daten ansteuert.
Tonwiedergabesystem mit einer Lautsprechereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mit einer digitalen Tonsignal-Verarbeitungseinrichtung (330) zur Verarbeitung eines digitalen Tonsignals, mit dem die Lautsprechertreiberschaltung (40) die Primärspule (1) der Lautsprechereinheit (10) ansteuert.
Tonwiedergabesystem mit einer Lautsprechereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mit einer digitalen Tonsignal-Trenneinrichtung (420) zum Abtrennen von digitalen Tonsignaldaten aus Daten, in denen digitale Tonsignaldaten und anderen Daten in einem vorbestimmten Format integriert sind, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) im Betrieb die Primärspule (1) der Lautsprechereinheit (10) mit einem durch die digitale Tonsignal-Trenneinrichtung (420) abgetrennten digitalen Tonsignal ansteuert.
Lautsprechergerät nach Anspruch 1, bei dem die Primärspule (1) aus einer Anzahl von Wicklungen (1A–1P) mit gleicher Windungszahl besteht, wobei die Zahl der Wicklungen der Bitzahl des digitalen Tonsignals entspricht, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) eine Anzahl von Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) aufweist, die die Primärspule (1) bilden, der betreffenden Wicklung (1A–1P) einen Signalstrom zuführen und der Bitzahl des digitalen Tonsignals entsprechen, wobei jede der Wicklungstreiberschaltungen (40A–40P) durch ein entsprechendes Bit des digitalen Tonsignals gesteuert wird und jeder Signalstrom (Ia–Ip) dem Gewicht des entsprechenden Bits proportional ist.
Lautsprechergerät nach Anspruch 1, bei dem die Primärspule (1) aus einer Wicklung (10) besteht, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) eine der Bitzahl des digitalen Signals entsprechende Zahl von Wicklungstreiberschaltungen zur Zuführung eines Signalstroms (Ia–Ip) zu der Primärspule (1) aufweist, wobei jede Wicklungstreiberschaltung eine Konstantstromquelle (61A–61P) und einen von einem entsprechendem Bit des digitalen Tonsignals gesteuerten Schalterkreis (62A–62Q) aufweist und jeder Signalstrom (Ia–Iq) dem Gewicht des betreffenden Bits entsprechend eingestellt ist.
Lautsprechergerät nach Anspruch 1, bei dem die Primärspule (1) aus einer Mehrzahl von Wicklungen (1S–1V) besteht, wobei die Lautsprechertreiberschaltung (40) eine der Bitzahl des digitalen Signals entsprechende Zahl von Wicklungstreiberschaltungen zur Zuführung eines Signalstroms (Ia–Ip) zu der Primärspule (1S–1V) aufweist, wobei jede Wicklungstreiberschaltung einer Konstantstromquelle (61A–61P) und einen von einem entsprechendem Bit des digitalen Tonsignals gesteuerten Schalterkreis (62A–62Q) aufweist und jeder Signalstrom (Ia–Iq) dem Gewicht des betreffenden Bits entsprechend eingestellt ist, und wobei jeder Signalstrom (Ia–Iq) entsprechend der Windungszahl der befreffenden Wicklung (1S–1V) der Primärspule (1) eingestellt ist.
Lautsprechergerät nach Anspruch 10, bei dem die Zahl der Wicklungen (1S–1V) der Primärspule (1) kleiner ist als die Zahl der Wicklungstreiberschaltungen, die der Bitzahl des digitalen Signal entspricht.