DE734226C

DE734226C - Tube amplifier for low frequency with dynamic control

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Publication number: DE734226C
Application number: DET45789D
Authority: DE
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1935-09-25
Filing date: 1935-09-25
Publication date: 1943-04-10

Description

Röhrenverstärker für Niederfrequenz- mit Dynamikregelung Bekanntlich ist in elektroakustischen Übertragungsanlagen häufig erforderlich, die Dynamik einzuengen und später wieder auszuweiten, um durch Übertragungskanäle mit engem Amplitudenumfang Schallereignisse größeren Amplitudenumfanges übertragen zu können. Ebenso ist es bekannt, daß die Dynamikregelung zur Vermeidung nichtlinearer Verzerrungen mit einer gewissen Trägheit arbeiten muß. Diese Trägheit darf andererseits ein bestimmtes Maß nicht überschreiten, da sonst die dynamikbeeinflussende Wirkung bei plötzlich auftretenden Schallereignissen zu spät einsetzen und das zu übertragende Schallereignis dadurch unzulässig fälschen würde.Tube amplifier for low frequency with dynamic control is well known is often necessary in electroacoustic transmission systems to narrow the dynamics and later to be expanded again to include transmission channels with a narrow amplitude range To be able to transmit sound events of greater amplitude range. It is the same known that the dynamic control to avoid non-linear distortion with a have to work with a certain indolence. On the other hand, this indolence may be a definite one Do not exceed the limit, otherwise the dynamics-influencing effect suddenly occurs occurring sound events start too late and the sound event to be transmitted would thereby falsify inadmissibly.

Bei Verstärkern mit Rückwärtsregelung, d. h. also bei solchen Verstärkern, bei denen vom Verstärkerausgangskreis Energieanteile abgenommen, gleichgerichtet und vorher liegenden Stufen zugeführt werden, sind Einregelzeitkonstanten von 2o m/Sek. bereits vorgeschlagen worden. Diese Werte genügen zwar hinsichtlich der den Regelvorgang begleitenden Störimpulse, deren Größe von der Größe der Einregelzeitkonstanten abhängig ist, jedoch sind sie in vielen Fällen zu groß im Vergleich zur physiologischen Einschwingzeit des Ohres.For amplifiers with backward regulation, i. H. so with such amplifiers, in which parts of the energy are removed from the amplifier output circuit, rectified and previous stages are supplied, settling time constants of 2o m / sec. has already been proposed. These values are sufficient with regard to the Interference pulses accompanying the control process, the size of which depends on the size of the settling time constant is dependent, however, in many cases they are too large compared to the physiological one Settling time of the ear.

Es hat sich nun herausgestellt, daß bei dynamikgei-egeltenVerstärkern folgende Größen maßgebend für die Ermittlung der günstigsten Einregelzeitkonstanten sind: i. Die Lautstärke der den Regelvorgang begleitenden Impulse muß so gering sein, daß diese neben dem übertragenen Schallereignis nicht hörbar werden; dies bedingt im allgemeinen große Zeitkonstanten.It has now been found that in the case of dynamically controlled amplifiers The following values are decisive for the determination of the most favorable settling time constants are: i. The volume of the impulses accompanying the control process must be so low be that these are not audible next to the transmitted sound event; this generally requires large time constants.

2. Die Dynamikregelung muß so schnell arbeiten, daß auch die Ausgleichvorgänge der übertragenen Wechselströme nicht hörbar gefälscht werden. Solche Fälschungen treten auf, wenn die Einschwingzeit des- Verstärkers größer ist als die physiologische Einschwingzeit des Ohres. Diese Forderung wird mithin erfüllt, wenn kleine Zeitkonstanten benutzt werden.2. The dynamic control must work so quickly that the compensation processes of the transmitted alternating currents are not audibly falsified. Such fakes occur when the settling time of the amplifier is greater than the physiological one Settling time of the ear. This requirement is therefore fulfilled when small time constants to be used.

Dazu kommen noch Rücksichten auf den lilirrfaktor und wie weit die Übertragungsanlage gegen Übersteuerungen zu schützen ist und ähnliche Nebengründe, die aber, wie sich herausgestellt hat, immer auf die vorerwähnten beiden Hauptgründe zurückzuführen sind.In addition, there are considerations of the lilirr factor and how far it is The transmission system is to be protected against overloading and similar ancillary reasons, but, as it turned out, always based on the two main reasons mentioned above are due.

Bei kurzen Regelzeiten treten bekanntlich hörbare Störgeräusche durch den Einregelstoß auf. Dieser Einregelstoß ist auf die Änderungen des Anodenruhestromes durch die bei der Regelung auftretende Verlagerung des Gitterpotentials zurückzuführen.As is well known, audible interference noises occur with short control times the control surge. This control surge is due to the changes in the anode quiescent current due to the shift of the grid potential occurring during the regulation.

In der Abb. i ist nun diejenige Höhe eines Gleichstromstoßes angegeben, die neben einem Wechselstrom der an der Abszissenachse angegebenen Frequenz und einer Wechselstronianlplitude von der Höhe i beim.plötzlichen Einschalten gerade eben hörbar ist.In Fig. I, the height of a direct current surge is given, those next to an alternating current indicated on the abscissa axis frequency and an alternating current amplitude of height i when suddenly switched on is just audible.

Als weitere L-nt#-rlage für die Berechnung ist in der Abb.2 die Lautstärke eines exponentiell nach dem Gesetz i=iO ansteigenden Gleichstromstoßes angegeben. Hierin ist 10 der Strom zur Zeit t=o und T die in Abh. 2 als Abszisse aufgetragene Zeitkonstante. e ist die Basis des natürlichen Loharithnlens_ystenlc. Die Lautstärke ist experimentell ermittelt worden. Aus diesen beiden Kurven läßt sich für jeden Einzelfall die richtige Einregelzeitkonstante ermitteln.As a further L-nt # -rlage for the calculation, the volume of an exponential according to the law i = iO is in Fig.2 increasing direct current impulse. Here, 10 is the current at time t = 0 and T is the time constant plotted as the abscissa in dependency 2. e is the basis of the natural Loharithnlens_ystenlc. The volume has been determined experimentally. The correct settling time constant can be determined for each individual case from these two curves.

Es sei z. B. ein Schallereignis zu übertragen, in dein noch Töne der Frequenz 3000 Hz häufig mit großer Intensität auftreten, höhere Töne aber mit geringerer Intensität, so daß sie die Dynarnikregeluiig nicht mehr beeinflussen, sclbstverständlich aber noch übertragen werden müssen. Es ist nun durch eigene und fremde Untersuchungen (C?. S t e u d e 1, Zeitschrift für Hochfrequenztechnik und Akustik, Bd..I1, 1933, S, 116) festgestellt worden, dali allgemein das Knackgeräusch eines Gleichstromes etwa 161'lion leiser escheint als der durch einen @\'ecllselstrom mittlerer Frequenz und gleicher Amplitude hervorgerufene Toll. Besitzt nun der Regelstoß, d. h. die Anodenruhestromänderung der Regelröhre, bei einem bestimmten Regelfaktor z. B. die zchilfache Amplitude de: Wechselstromes, so ist der durch diese Anodenruhestromänderung erzeugte Regelknack um 2o Phon lauter als ein Knack, der erzeugt wird durch einen Gleichstrom, welcher die gleiche Amplitude wie der Wechselstrom besitzt. Der Lautstärkeunterschied zweier Laute, die erzeugt werden durch Regelströme mit den Amplituden il und i., errechnet sich in Phon zu 2o-log stärkenmäßig, wie oben erwähnt, 16 Pllon Da dieser letztere aber lautunter der Lautstärke des ainplitudengleichen Wechselstromes liegt, so übertrifft ein Regelknack mit zehnfacher Amplitude den Wechselstromvorgang lautstärkenmäßig tiln 4 Phon. Dieser Knack darf nun aber neben denn Wechselstrom flicht mehr hörbar werden. Dies ist der Fall. wenn das Amplitudenverhältnis nach Abb. i etwa 1 : 0,15 beträgt, d.ll. die Amplitude des Gleichstromes darf nur das 0,i5faclie der @\'ecllselstr^inamplitude betragen. Dann liegt der Gleichstromknack 17 Plion unter dein amplitudengleichen Knack, also lautstärkeiltnä ßig um 33 (16 -1- 17) Phon unter dem Wechselstromvorgang. In diesem Beispiel ist der Regelstoß 4 Phon lauter als der Wechselstrom, muß also insgesamt um 37 Plion abgesenkt werden, um praktisch unhörbar zu «-erden. Die vorstellende Rechnung gilt für einen Regelvorgang, dessen Zeitkonstante gleich -Null ist. Wie oben erwähnt, wird der Gleicllstronistoll wesentlich lautschwächer, wenn der Regelvorgang mit Zeitkonstante verläuft. Wie groß diese Zeitkonstante sein muß, läßt sich von Fall zii Fall aus der Abb. 2 entnehmen. In dem obigen Beispiel ist eine Zeitkonstante von etwa 13111/Sek. erforderlich, um die Lautstäl-l:e eines plötzlich geschalteten GleichstrOmstOßes um 37 Phon zu senken, den 1Zegelstoß also unhörbar zu machen.Let it be B. to transmit a sound event in which tones of the frequency 3000 Hz often occur with great intensity, but higher tones with lower intensity, so that they no longer influence the dynamics, but of course still have to be transmitted. It is now by own and other studies (?. C S teude 1, Journal of high frequency and Acoustics, Bd..I1 1933 S, 116) has been found DALI generally to the click sound of a direct current about 161'lion quieter esch one than the Toll caused by an @ \ 'ecllselstrom of medium frequency and the same amplitude. If the control surge, ie the anode quiescent current change of the control tube, has a certain control factor z. B. the zchilfold amplitude de: alternating current, the control crack generated by this anode quiescent current change is 20 Phon louder than a crack generated by a direct current, which has the same amplitude as the alternating current. The difference in volume between two sounds, which are generated by control currents with the amplitudes i1 and i., Is calculated in Phon as 2o-log in terms of strength, as mentioned above, 16 Pllon Since the latter is loudly below the volume of the equal-amplitude alternating current, a control crack with ten times the amplitude exceeds the volume of the alternating current process by 4 phon. This crack may now become more audible next to the alternating current flicht. This is the case. if the amplitude ratio according to Fig. i is about 1: 0.15 , d.ll. the amplitude of the direct current may only be 0.1% of the @ \ 'ecllselstr ^ inamplitude. Then the direct current crack is 17 plion below your amplitude-equal crack, that is to say in terms of volume by 33 (16 -1-17) Phons below the alternating current process. In this example the control pulse is 4 Phon louder than the alternating current, so it has to be reduced by a total of 37 plion in order to be practically inaudible. The present calculation applies to a control process whose time constant is zero. As mentioned above, the Gleicllstronistoll is considerably weaker if the control process runs with a time constant. How large this time constant must be can be seen from case to case in Fig. 2. In the example above, a time constant is about 13111 / sec. required to lower the volume of a suddenly switched direct current surge by 37 phon, i.e. to make the cone surge inaudible.

Die %eitkonstailte muß um so länger werden, je höher die Frequenz des höchsten, die Dynainikregelung noch betätigenden Wechselstromes und je größer die zu einer bestimmten Verstärkungsregelung notwendige Gleichstromänderung im Verhältnis zum geregelten Wechselstrom ist.The constant must become longer, the higher the frequency the highest alternating current still operating the Dynainik control and the greater the ratio of the change in direct current required for a specific gain control to regulated alternating current.

Die Donnereffekte, die auftreten, wenn hohe Frequenzen zur Gleichrichtung herangezogen werden., lassen sich vermeiden, wenn man das auf den Regelgleichrichter gelangende hreqticnzband einengt. Da die hohen Töne meistens nur in Begleitung von tiefen Tönen auftreten, ist dies auch ohne weiteres möglich. Die 1-Iatiinalenergien treten in der Regel im Frequenzintervall -2oo bis 2ooo Hz 4uf, das daher zur Auslösung der Regelung in etwa gleicher Weise heranzuziehen ist. Die außerhalb dieses Bereiches liegenden Töne sollen um so weniger zur Auslösung der Regelung benutzt werden, je weiter sie von diesem Intervall abliegen. Es sei noch bemerkt, daß in diesem Zusammenhang nur die obere Grenze interessiert.The thunderous effects that occur when rectifying high frequencies can be avoided if you apply this to the control rectifier reaching hreqticnzband narrows. Since the high notes are usually only accompanied by If deep tones occur, this is also easily possible. The 1-ionic energies usually occur in the frequency interval -2oo to 2ooo Hz 4uf, which is therefore triggering the regulation is to be used in approximately the same way. Those outside of this range lying tones should be used the less to trigger the regulation, depending further away they are from this interval. It should also be noted that in this context only interested in the upper limit.

-Nachdem die allgemeinen Grundlagen für die Berechnung unhörbarer Regelungen angegeben sind, sollen im nachstehenden einige Beispiele näher erläutert werden. Es soll ein Gegentaktverstärker mit einem der Dynamikregelung unterworfenen Frequenzband bis zu äooo Hz betrachtet werden. Bei völliger Svminetrie wäre der Regelstoß kompensiert, doch gelingt praktisch diese Kompensation nur bis auf Reste von etwa io°1o. Ist der Regelstoß der Einzelröhre 2olnal so groß wie der übertragene Wechselstrom, so bleibt unter der obenerwähnten Annahme von 1o01, also ein Regelstoß vom Doppelten der Wechselstromamplitude übrig, während nach Abb. i nur das o,i5fache zulässig ist. Der Stoß ist also um das - 13,3fache oder 2z Phon lauter als der eben unhörbare Stoß. Nach Abb. 2 ergibt eine Zeitkonstante von etwa .l in ;@Sek. dann eine Verringerung der Stoßlautstärke um 22 Phon. Begnügt man sich mit einer Absenkung der Stoßlautstärke auf die Wechselstromlautstärke, die, was Versuche ergeben haben, noch zulässig ist, so genügt eine Einregelzeitkonstante von i m/Sek. Der wichtigste Fall ist der eines geregelten Tones von etwa 2ooo Hz, für den sich Zeitkonstanten von 3 b@zw. i m/Sek. ergeben. Die Einregelzeitkonstante eines Gegentaktverstärkers mit Denamikregelung wird also zweckmäßig zwischen i und 3 bis 4 m/Sek. gewählt.-After the general principles for the calculation of inaudible regulations have been given, some examples are to be explained in more detail below. A push-pull amplifier with a frequency band subject to dynamic control of up to 100 Hz is to be considered. In the case of complete symmetry, the control pulse would be compensated, but in practice this compensation only succeeds to a remainder of about 10 ° 1o. If the control pulse of the single tube is twice as large as the transmitted alternating current, then under the above-mentioned assumption of 1o01, that is, a control pulse of twice the alternating current amplitude remains, while according to Fig. I only 0.15 times that is permissible. So the thrust is about that - 13.3 times or 2z phon louder than the just inaudible burst. According to Fig. 2 there is a time constant of about .l in; @sec. then a 22 Phon reduction in the burst volume. If one is satisfied with lowering the shock volume to the alternating current volume, which tests have shown is still permissible, then a settling time constant of im / sec is sufficient. The most important case is that of a regulated tone of about 2,000 Hz, for which time constants of 3 b @ zw. in / sec. result. The settling time constant of a push-pull amplifier with Denamic control is therefore expediently between 1 and 3 to 4 m / sec. chosen.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist also anzustreben mit Rücksicht auf die physiologische Einschwingungszeit des Ohres, kurze Zeitkonstanten zu benutzen, die aber dann die Gefahr der Hörbarkeit des Gleichstromstoßes mit sich bringen. Es muß also ein Kompromiß zwischen den auseinanderstrebenden Forderungen geschlossen werden.As can be seen from the foregoing, one should therefore strive with consideration on the physiological settling time of the ear to use short time constants, but which then entail the risk of audibility of the direct current surge. A compromise must therefore be struck between the diverging demands will.

Dies soll an 1=iand von Abb. 3 noch näher erläutert werden. Auf der Abszisse ist die Zeitkonstante ira Metersekunden, auf der Ordinate die Störwirkung aufgetragen. Die Kurve a zeigt den Verlauf der Störwirkung durch die physiologische Einschwingungszeit des Ohres, -die Kurve b den Verlauf der Störwirkung durch den den Regelvorgang begleitenden Gleichstromstoß. Die Kurve a läuft, wie Untersuchungen von U. S t e u d e 1 er--eben und eigene Untersuchungen bestätigt haben, etwa bei 0,3 m/Sek. durch \u11. Die Kurve b trifft die Abszissenachse, wie oben ausführlich erörtert, bei 4 m/Sek. Aus diesen Kurven ist zu ersehen, daß ein Bereich von etwa i bis ¢ m/Sek. vorhanden ist, in dem die Summe der Störwirkungen am gLringsten ist. Für eine Regelschaltung mit einfacher Exponentialröhre, also ohne Anwendung der Gegentaktschaltung, gelten andere Werte. Es sei angenommen, daß eine Regelspannung von 25 V benutzt wird, während die auslösende Gitterwechselspannung 0,5 V beträgt. Das Verhältnis der Anodengleichstromänderung zum Anodenwechselstrom betrage bei einer bestimmten Röhre 2o : i. Die obere auslösende Regelfrequenz sei 2ooo Hz. Dann darf der relative Gleichstromstoß nach Abb. i den Wert 0,24 betragen, während er, wie erwähnt, den Wert 2o besitzt, also um 38 Phon zu laut ist. Aus Abb. 2 ergibt sich damit für einen unhörbaren Gleichstromstoß eine Zeitkonstante von i S m/Sek., während ein mit dem Ton gleich lauter Stoß eine Zeitkonstante von .4 ni/Sek. erfordert.This will be explained in more detail at 1 = iand of Fig. 3. The time constant ira meter seconds is plotted on the abscissa and the interference effect is plotted on the ordinate. Curve a shows the course of the disturbance effect due to the physiological settling time of the ear, curve b shows the course of the disturbance effect due to the direct current surge accompanying the control process. As investigations by U. S teude 1 have just confirmed and our own investigations have confirmed, curve a runs at around 0.3 m / sec. by \ u11. Curve b meets the abscissa axis, as discussed in detail above, at 4 m / sec. From these curves it can be seen that a range from about 1 to ¢ m / sec. is present in which the sum of the interference effects is the smallest. For a control circuit with a simple exponential tube, i.e. without using the push-pull circuit, other values apply. It is assumed that a control voltage of 25 V is used, while the triggering alternating grid voltage is 0.5 V. The ratio of the change in anode direct current to the anode alternating current is 2o: i for a given tube. The upper triggering control frequency is 2oo Hz. Then the relative direct current surge according to Fig. I may be 0.24, while, as mentioned, it has the value 2o, i.e. is 38 phon too loud. From Fig. 2 there is thus a time constant of i S m / sec. For an inaudible direct current impulse, while a shock equal to the sound has a time constant of .4 ni / sec. requires.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Tube amplifier for low frequency with dynamic control, in particular by shifting the potential of an auxiliary electrode as a function of the rectified components of the pulses to be amplified, characterized by such a dimensioning of the switching elements decisive for the settling time constant that the time constant for push-pull switching between i and q. m / sec., with simple switching -. up to 1 5 m / sec. amounts to.

2. Amplifier according to claim i, characterized in that screen elements are connected in front of the cone rectifier, which strongly attenuate the frequency range above 2000 Hz. . e lind Err'Linz u @ .1t; 3%> 1g.tt Zur Pa, telltscift 734 226 K Class 21a.2 ü'ru1J.e 1; 3/070 In the @a ten t sc @ :. rii-c is on S c-Lt e 17 file r127 Page 27 Line 73 and -J21, Page 39 Line-4i 4i 7 @ 1) r 317 33? 35y 529 54e 6 @ j 67 the designation "m @ se? _, @:.; U erset ezl by "ursec", and in line 22 on page 3 @ 'i @ eterse'_Zden " dure_2 The patent seeker is considered to be the inventor; "eeben been: ' Dr: ^ I = @. O Terner B i. re h- in Berlin-Zehlondorf3 Drö Paul Köt o. @, S L i it, _ Berlin - 1'e @: @ x @ el Klo Dr "Hu ;; o 1 ic h. Te in B er? In I, a11 '-. Vrit:, P