DE967169C

DE967169C - Negative coupling arrangement for electrodynamic loudspeakers

Info

Publication number: DE967169C
Application number: DEH12940A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Holle
Original assignee: WERNER HOLLE DR ING
Current assignee: WERNER HOLLE DR ING
Priority date: 1952-06-20
Filing date: 1952-06-20
Publication date: 1957-10-17

Description

Es sind eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden, denen die Aufgabestellung zugrunde liegt, mit Hilfe einer Gegenkopplungsanordnung die Wiedergabe von Lautsprechern zu verbessern. Die Vorschläge waren zum Teil durch eine unmögliche Zielsetzung nicht realisierbar, so z. B. solche, die sich die Aufgabe gesetzt hatten, die Gegenkopplungsspannung von der Bewegung der gesamten Membran abzuleiten. Die meisten Vorschläge sehen vor, als Gegenkopplungsspannung eine »Bewegungsspannung« herzunehmen, wobei zur Gewinnung dieser Gegenspannung meist eine zusätzliche Tauchspule, wie bei einem Tauchspulmikrophon, vorgeschlagen wird. Diese wird von der Triebspule des Lautsprechers durch eine geeignete Maßnahme entkoppelt, oder die in der Triebspule selbst induzierte »Bewegungsspannung« wird aus der vielfach größeren Speisespannung durch eine Kunstschaltung herausgelöst.A number of proposals have become known based on the task at hand is to improve the reproduction of loudspeakers with the help of a negative feedback arrangement. the Some suggestions were not feasible due to an impossible objective. B. those that had set themselves the task of removing the negative feedback voltage from the movement of the entire Derive membrane. Most of the proposals provide for a "motion voltage" to be used as the negative feedback voltage, whereby for the gain this counter-voltage usually an additional moving coil, as in a moving coil microphone, suggested will. This is decoupled from the drive coil of the loudspeaker by a suitable measure, or the "motion tension" induced in the drive coil itself becomes multiple larger supply voltage released by an artificial circuit.

Es haben jedoch alle diese Anordnungen zu ao keinem befriedigenden Ergebnis geführt. Dies liegt hauptsächlich daran, daß die von einem elektrodynamischen Empfangssystem gelieferte Spannung proportional der »Schnelle« der bewegten Spule ist. Benutzt man die der »Schnelle« proportionale as Spannung zur Gegenkopplung, so erzwingt man damit bei hinreichend großer Gegenkopplung, daß bei konstanter Spannung am Verstärkereingang die Schnelle der Lautsprechermembran frequenzunabhängig wird. Damit zwingt man dem Lautsprecher einen völlig unerwünschten Frequenzgang auf. Da der Strahlungswiderstand eines Lautsprechers mit dem Quadrat der Frequenz ansteigt, bis die Wellenlänge in die Größenordnung des DurchmessersHowever, none of these arrangements have led to any satisfactory result. This lies mainly because the voltage supplied by an electrodynamic receiving system is proportional to the "speed" of the moving coil. If one uses the as proportional to the "fast" Voltage for negative feedback, so one forces with sufficiently large negative feedback that with constant voltage at the amplifier input, the speed of the loudspeaker membrane is frequency-independent will. This forces the loudspeaker to have a completely undesirable frequency response. There the radiation resistance of a loudspeaker increases with the square of the frequency until the wavelength in the order of magnitude of the diameter

709 722/22709 722/22

kommt, muß die Schnelle proportional mit der Frequenz abfallen, was bekanntlich beim Lautsprecher ohne Gegenkopplung durch die Massenhemmung des oberhalb der Eigenresonanz des betriebenen Systems erreicht wird.comes, the speed must decrease proportionally with the frequency, which is known to be the case with loudspeakers without negative feedback through the mass inhibition of the above the natural resonance of the operated System is achieved.

Die Erfindung sieht daher vor, daß als Gegenkopplungsspannung eine der Beschleunigung der Membranbewegung, zumindest im Bereich zwischen der Eigenresonanz und der Frequenz, bei der die ίο Wellenlänge gleich dem Membrandurchmesser wird, proportionale Spannung benutzt wird. Diese »Beschleunigungsspannung« kann durch einen sehr klein ausführbaren Beschleunigungsempfänger, der in geeigneter Weise an der Membran oder am Spulenhals eingebaut ist, gewonnen werden. Ein solcher Beschleunigungsempfänger läßt sich z. B. für den benötigten Frequenzbereich sehr einfach als Kristallbieger aufbauen.The invention therefore provides that the negative feedback voltage one of the acceleration of the membrane movement, at least in the range between the natural resonance and the frequency at which the ίο The wavelength is equal to the diaphragm diameter, proportional voltage is used. This "accelerating voltage" can be carried out by a very small acceleration receiver, which is in a suitable manner on the membrane or on Bobbin neck is built in, can be obtained. Such an acceleration receiver can be, for. B. set up very easily as a crystal bender for the required frequency range.

Weiterhin ist es aber auch möglich, die Beschleunigungsspannung durch elektrische Differentiation einer »Schnelle-Spannung« zu gewinnen; dafür wird ein C2?-Glied benutzt. Dieses Ci?-Glied kann weiterhin erfindungsgemäß so dimensioniert werden, daß von einer bestimmten Frequenz ab keine Differentiation mehr stattfindet, so daß unterhalb dieser Frequenz eine »Beschleunigungsspannung« und oberhalb dieser eine »Schnelle-Spannung« geliefert wird. Die »Schnelle-Spannung« kann auf eine der eingangs erwähnten Arten gewonnen werden.However, it is also possible to determine the acceleration voltage by electrical differentiation to gain a "rapid tension"; a C2? link is used for this. This Ci? Link can furthermore be dimensioned according to the invention so that from a certain frequency differentiation no longer takes place, so that below this frequency an "acceleration voltage" and above this a "rapid tension" is delivered. The "fast tension" can be obtained in one of the ways mentioned at the beginning.

Es ist zwar schon bekanntgeworden, zwischen der erzeugten »Schnelle-Spannung« und dem Einkopplungspunkt in den Verstärker zusätzliche Schaltelemente zur Beeinflussung des Frequenzganges vorzusehen, doch sollen diese verhindern, daß an den Frequenzbandgrenzen des Verstärkers die Gegenkopplung zur Mitkopplung wird.It has already become known, between the generated "rapid voltage" and the coupling point Additional switching elements in the amplifier to influence the frequency response to be provided, but these are intended to prevent the amplifier from reaching the frequency band limits the negative feedback becomes positive feedback.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

In Fig. ι ist 1 der Kern des Magnetsystems des dynamischen Lautsprechers, 2 die Polplatte, 3 die Schwingspule, 4 der innere Teil der Membran. Am Spulenhals ist außer der Membran 4 ein Beschleunigungsempfänger angebracht, bestehend aus einem Gehäuse 5, in das ein Piezokristallbieger 6 eingesetzt ist. Beim Schwingen der Schwingspule 3 und der Membran 4 erzeugt der Kristallbieger 6 eine Spannung, die an den Zuführungen 7 erscheint und in den nicht dargestellten Verstärker im Sinne einer negativen Rückkopplung eingespeist wird.In Fig. Ι 1 is the core of the magnet system of the dynamic loudspeaker, 2 the pole plate, 3 the voice coil, 4 the inner part of the membrane. At the In addition to the diaphragm 4, an acceleration receiver is attached to the spool neck, consisting of one Housing 5 into which a piezo crystal bender 6 is inserted. When the voice coil 3 and of the membrane 4, the crystal bender 6 generates a tension which appears at the leads 7 and is fed into the amplifier, not shown, in the sense of a negative feedback.

In den Fig. 2 und 3 sind Beispiele gegeben, eine »Schnelle-Spannung« zu erzeugen und die differenzierte »Schnelle-Spannung« als Gegenkopplungsspannung in den Verstärker zurückzuspeisen. In den beiden Figuren sind 8 die Eingangsklemmen des Verstärkers 9, der auf den Lautsprecher 10 arbeitet.In FIGS. 2 and 3, examples are given of generating a "rapid voltage" and the differentiated one To feed back "fast voltage" as negative feedback voltage into the amplifier. In In the two figures, 8 are the input terminals of the amplifier 9, which is connected to the loudspeaker 10 is working.

In der Fig. 2 ist der Ausgangstransformator 11 außerhalb des Verstärkers 9 dargestellt, weil er eine Zusatzwicklung 12 erhält. Zwischen der Sekundärseite des Ausgangstransformators und dem Lautsprecher 10 ist außerdem eine Nachbildung, bestehend aus der Selbstinduktion 13 und dem Widerstand 14, eingeschaltet. Diese bildet den elektrischen Schwingspulenwiderstand nach; allerdings ist vorgesehen, daß diese Nachbildung nur einen bestimmten Prozentsatz des Scheinwiderstandes erhält, um Leistungsverluste zu vermeiden. Das Verhältnis der Windungszahl der Zusatzwicklung 12 zur übrigen Sekundärwicklung wird nach dem gleichen Prozentsatz bemessen (oder aus Stabilitätsgründen etwas größer gewählt). Die von der Zusatzwicklung gelieferte Spannung ist also ein bestimmter Bruchteil der an den Lautsprecher gelieferten Spannung. Wird nun von dieser Spannung der Spannungsabfall an der Nachbildung subtrahiert, so bleibt die in der Schwingspule induzierte Spannung — geteilt durch das Windungsverhältnis — übrig. Die zwischen den Punkten 15 und 16 liegende Spannung ist also ein bestimmter Bruchteil der in der stromlos gedachten Spule infolge der Bewegung induzierten Spannung. Diese Spannung ist auf Grund des Induktionsgesetzes der Schnelle proportional. Um aus dieser »Schnelle-Spannung« eine »Beschleunigungsspannung« zu gewinnen, wird eine Differentiation durch das CR-GYitd 17, 18 vorgenommen. Die Spannung am Widerstand 18 wird als Differenzspannung zur Klemmspannung 8 in den Eingang des Verstärkers zurückgeführt, goIn FIG. 2, the output transformer 11 is shown outside the amplifier 9 because it has an additional winding 12. In addition, between the secondary side of the output transformer and the loudspeaker 10, a simulation consisting of the self-induction 13 and the resistor 14 is switched on. This simulates the electrical voice coil resistance; However, it is provided that this simulation only receives a certain percentage of the impedance in order to avoid power losses. The ratio of the number of turns of the additional winding 12 to the rest of the secondary winding is measured according to the same percentage (or selected somewhat larger for reasons of stability). The voltage supplied by the additional winding is therefore a certain fraction of the voltage supplied to the loudspeaker. If the voltage drop across the simulation is subtracted from this voltage, the voltage induced in the voice coil remains - divided by the turns ratio. The voltage between points 15 and 16 is therefore a certain fraction of the voltage induced in the coil, which is imagined to be de-energized, as a result of the movement. Due to the law of induction, this voltage is proportional to the speed. In order to obtain an “acceleration voltage” from this “rapid voltage”, a differentiation is carried out by the CR-GYitd 17, 18. The voltage across the resistor 18 is fed back to the input of the amplifier as a differential voltage to the terminal voltage 8, go

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer andersartigen Gewinnung der »Schnelle-Spannung«, die ebenfalls mit Hilfe des Ci?-Gliedes 17, 18 differenziert und als Gegenkopplungsspannung in den Verstärker zurückgeführt wird. Zwischen dem Verstärker 9, der einen nicht dargestellten Ausgangsübertrager einschließt, und dem Lautsprecher 10 ist wiederum die Nachbildung 13,14 eingeschaltet. Die Spannung über 13, 14 wird über einen Übertrager mit den Wicklungen 19 und 20 herauf transformiert, und zwar etwa im Verhältnis des Scheinwiderstandes von 13,14 zum Scheinwiderstand der festgebremsten Schwingspule. Die Spannung an der Wicklung 20 wird mit der Klemmenspannung des Lautsprechers derartig gepolt in Reihe gelegt, daß der transfermierte Spannungsabfall an der Nachbildung und der elektrische Spannungsabfall in der Schwingspule sich kompensieren, so daß die — in diesem Falle gesamte — Induktionsspannung in der Schwingspule übrigbleibt.Fig. 3 shows an example of a different way of obtaining the "rapid voltage", which is also differentiated with the help of the Ci? member 17, 18 and is fed back into the amplifier as a negative feedback voltage. Between the amplifier 9, which includes an output transformer, not shown, and the loudspeaker 10 is in turn the replica 13,14 switched on. The voltage across 13, 14 is transmitted to the Windings 19 and 20 transformed up, approximately in the ratio of the impedance of 13.14 to the impedance of the braked voice coil. The voltage on the winding 20 is connected in series with the terminal voltage of the loudspeaker in such a way that the transferred Voltage drop across the replica and the electrical voltage drop in the voice coil compensate, so that the - in this case entire - induction voltage in the Voice coil remains.

Bekanntlich kommt bei den normalenAusführungen der elektrodynamischen Lautsprecher in der Größenordnung 1000 Hz der Membrandurchmesser in die Größe der Wellenlänge, so daß der Strahlungswiderstand nicht mehr ansteigt. Es kann daher vorteilhaft sein, das Ci?-Glied so zu bemessen, daß die differenzierende Wirkung oberhalb Hz allmählich aufhört, was durch eine entsprechende Wahl der Grenzfrequenz des CR-Gliedes leicht erreicht werden kann.As is known, in the normal designs of the electrodynamic loudspeaker in the Magnitude 1000 Hz of the membrane diameter in the size of the wavelength, so that the Radiation resistance no longer increases. It can therefore be advantageous to dimension the Ci? that the differentiating effect gradually ceases above Hz, which is indicated by a corresponding Choice of the cutoff frequency of the CR element can be easily achieved.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Negative feedback arrangement for electrodynamic loudspeakers, in which one of the Movement of the diaphragm-derived electrical

Voltage coupled as negative feedback voltage into the amplifier feeding the loudspeaker is, characterized in that the negative feedback voltage is one of the acceleration the membrane movement, at least in the range between natural resonance and the frequency the first diaphragm division, proportional voltage is used.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that that to generate the negative feedback voltage, a mechanical-electrical device placed on the membrane or on the coil neck Accelerometer is used.

3. Arrangement according to claim 2, characterized by the use of a piezoelectric Acceleration receiver.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the negative feedback voltage is proportional to the "speed" of the membrane electrical voltage is obtained via a differentiating Ci? element.

5. Arrangement according to claim /]., Characterized in that that the "rapid tension" by an electrodynamic or electromagnetic Recipient is won.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that that the direct electrical or magnetic impairment of the "receiver" system by the "instinct" system with help a bridge or compensation circuit is made ineffective.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the "fast voltage" from the voltage on the drive coil subtracting the voltage on a replica the drive coil is obtained, which is in series with the drive coil.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the self-induction and the ohmic resistance of the drive coil are simulated.

Considered publications:

German Patent No. 719499;

U.S. Patent No. 1822758;

"Textbook of radio reception technology" by Pitsch, 1948, p. 506;

Book by H. F. Olson "Elements of Acourtical Engineering", 2nd edition, New York 1947, p. 158 / 159

1 sheet of drawings