DK168681B1 - Højttaler med midler til frekvensafhængig amplituderegulering - Google Patents

Description

i DK 168681 B1

Den foreliggende opfindelse angår en højttaler med midler til frekvensafhængig amplituderegulering af det indgående signal i det lave frekvensområde, jfr. det, der er angivet i den indledende del af krav 1.

5 Det er en meget benyttet teknik, at man kan forbed re basgengivelsen ved sædvanlige højttalere ved at sørge for en ekstra forstærkning af de lave frekvenser i det tilførte signal. Højttalernes frekvenskarakteristik er vigende nedefter i det basfrekvente område, og ved ud-10 førelse af en passende amplitudehævning i dette område tvinger man højttalermembranen til at arbejde med forøget 'pumpevirkning7 i området, hvorved der kan rettes en del op på frekvenskarakteristikken. Selv en forholdsvis lille højttaler kan så præstere en overraskende god 15 basgengivelse.

Der er dog en begrænsning for denne teknik, nemlig givet af højttalerens evne til at reagere korrekt på de forholdsvis kraftige delsignaler, idet membranen har en begrænset operativ slaglængde. Hvis denne udnyttes mak-20 simalt ved en given signalstyrke vil der blive tale om en overstyring, hvis signalet i perioder bliver endnu kraftigere, og det samme kan gælde for den tilhørende forstærker, der jo ideelt er afpasset til højttaleren.

Der vil ikke være noget formål med at lade forstærkeren 25 kunne håndtere signaler, som højttaleren alligevel ikke kan gengive. Det må således accepteres, at et sådant højttalersystem kun kan udstyres til en vis grænse, hvis man ønsker en nogenlunde korrekt gengivelse af også de kraftigere signalpassager.

30 Det er imidlertid allerede kendt, at der kan mild- nes på dette, nemlig ved at der gøres brug af en detektering af signalniveauet og en deraf styret regulering af amplitudehævningen, således at der indføres en gradvis dæmpning af denne hævning, jo kraftigere signalet 35 er. Herved kan opnås en normalt acceptabel gengivelse også af 'overkraftige' signaler indenfor et mærkbart DK 168681 B1 2 frekvensområde i nedadgående forlængelse af det område, som højttaleren kan gengive på fuldt korrekt måde, idet der blot vil optræde en med styrken gradvis øget kompression af de pågældende signaler. En given højttaler kan således generelt arbejde med forøget lydstyrke uden 5 at der optræder markante overstyringer i tilfælde af ekstra kraftige passager, idet der blot sker en relativ dæmpning af disse.

Højttaleren bør kunne arbejde med signalfrekvenser også oven over det område, hvori det er aktuelt at udfø-10 re den nævnte amplitudehævning, men i dette øvre område kan højttaleren godt gengive også de kraftige passager, som altså ikke bør dæmpes ved virkningen af amplitudedetektoren. Det er derfor aktuelt at indskyde et båndpas-eller lavpasfilter foran detektorenheden, således at 15 denne ikke reagerer på kraftige amplituder i det 'ufarlige7 frekvensområde.

Denne kendte teknik, f.eks. repræsenteret ved US-A-4,327,250, er illustreret på tegningens fig. 1. Forstærkersignalet tilføres til et højpasfilter 2 med 20 regulerbar hævning af de optrædende basfrekvenser. Udgangssignalet fra denne enhed føres direkte til den tilsluttede højttaler LS såvel som til et lavpasf ilter 4, der kun tillader gennemgang af de signalfrekvenser, som ligger i det betragtede nedre, 'farlige' område. Udgang-25 en 6 af dette filter er forbundet til en amplitudedetektor 8, som er styreforbundet med højpasfilteret 2 på en sådan måde, at dette hæver den nedre afskæringsfrekvens ved en konstateret stigende amplitude af det detekterede og filtrerede signal.

30 Som vist ved overføringskurven oven over enheden 2 vil dette betyde, at amplitudehævningen af de lave frekvenser vil svækkes, jo kraftigere signalet er ved disse frekvenser, og netop herved kan det sikres, at højttaleren LS uden mekanisk forvrængning kan gengive kraftige 35 signalpassager.

DK 168681 B1 3

Dette er en enkel løsning, men den er forbundet med ganske mærkbare problemer, nemlig at der ved brugen af det pågældende filter vil optræde en vis tidsmæssig forvrængning af signalet, hvorved amplitudedetekteringen 5- og virkningen af samme bliver en smule forsinket. Derved kan forstærker/højttaler-enheden nå at være overstyret en kort tid inden detektoren nedregulerer signalniveauet, hvilket kan være yderst hørbart. Modsvarende kan detektorkredsløbet få forsinket information om, at en 10 nedregulering har fundet sted til det ønskede niveau, hvorved der kan ske en nedregulering til et lavere niveau end ønsket. For at modvirke sidstnævnte risiko kan reguleringshastigheden nedsættes, men det betyder, at risikoen for overstyring i begyndelsen af en kraftig 15 passage øges på grund af trægheden i reguleringssystemet.

Det er ved opfindelsen erkendt, at disse vanskeligheder kan undgås på enkel måde. Opfindelsen bygger på den betragtning, at det indenfor visse grænser vil være 20 acceptabelt at udføre en dæmpning af signalet som helhed ved optrædende kraftige passager i det hele taget, hvilket kan foregå nærmest momentant, uden brug af et forkoblet lavpasfilter, når man så blot efterfølgende indfører dels den ønskede amplitudehævning af de lave fre-25 kvenser i det dæmpede signal og dels en generel signalforstærkning svarende til den indledende, detektorstyrede dæmpning af signalet.

I overensstemmelse hermed er opfindelsen ejendommelig ved de trask, der er angivet i den kendetegnende del 30 af krav 1.

Det signalmodtagende båndpasfilter vil afgive sit udgangssignal direkte til amplitudedetektoren, som så ved optrædende kraftige signalpassager kan styre bånd-pasfilteret til i passende grad at øge den nedre af-35 skæringsfrekvens, hvorved der automatisk opnås en generel signalsvækkelse proportionalt med Overstyrken' af DK 168681 B1 4 tilgangssignalet. Det således svækkede signal føres gennem et højpasfilter, som er indrettet til selektivt at amplitudehæve netop de betragtede lave frekvenser, og slutteligt føres signalet gennem et differentierende trin, der forstærker hele signalet i samme grad som 5 dette blev dæmpet i det signalmodtagende båndpasfilter, hvorved signalet kan afleveres til højttaleren i ufor-vrænget tilstand og med den ønskede hævning af amplituden af signalets lavfrekvente dele.

Det er konstateret, at amplitudedetektoren herved 10 kan reagere så momentant på en pludselig forøgelse af signalstyrken, f.eks. ved et optrædende paukeslag, at den tilhørende nedregulering kan være tilendebragt inden signalet kan nå at give anledning til nogen form for overstyring.

15 I det følgende forklares opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 som allerede nævnt er et blokdiagram til illustration af den nærmeste kendte teknik på området, medens 20 fig. 2 er et tilsvarende diagram af en indretning følge opfindelsen.

Ved opfindelsen, jfr. fig. 2, er det signalmodtagende filter 2 erstattet med et regulerbart båndpasf ilter 10, som leverer sit udgangssignal direkte til amplitude-25 detektoren 8, som således detekterer signalet ved fuld frekvensbåndbredde af dette. Gennem sin udgangsledning 12 påvirker denne enhed BP-filteret 10 til regulering af den nedre afskæringsfrekvens jfr. det overliggende viste symbol for filterets overføringsfunktion, hvorved sig-30 nalet generelt, med tilhørende partiel dæmpning af de lave frekvenser, dæmpes med 6 dB pr. oktav.

Via en afgangsledning 14 fra filteret 10 videreføres signalet desuden til et højpasfilter 16, som er permanent indrettet til at udføre en selektiv amplitude-35 hævning af indkommende lavfrekvente signaler, medens DK 168681 B1 5 filteret i øvrigt er lineært, jfr. den over enheden viste overføringskurve.

Fra filterenheden 16 føres signalet til et differentierende trin 18, hvori signalet generelt forstærkes med 6 dB pr. oktav, således at den dæmpning, der blev 5 udført i det første filter 10, nu udlignes. Ved afgangen fra trinnet 18 er vist den samlede overføringsfunktion, som jo vil være summen af funktionerne af de tre enheder 10, 16 og 18, og det vil ses, at denne funktion netop er den, der tilstræbes.

10 Amplitudedetektoren 8 vil reagere umiddelbart på amplitudeændringer på udgangen af BP-filteret 10, og det er ved forsøg konstateret, at dette kan ske allerede under første halvperiode af et pludseligt øget signal, hvorved reguleringen udøves så hurtigt, at der ikke når 15 at opstå hørbar forvrængning i det hele taget.

Reguleringskredsen er på kendt måde således indrettet, at der ved aftagende signalstyrke udføres en dæmpet og altså i givet fald ikke en tilsvarende pludselig tilbageregulering, f.eks. udstrakt over 1-2 sek., hvor-20 ved det bliver mindre hørbart, at der foregår en reguler ing.

Forudsætningen for den pågældende enkle løsning, nemlig den samlede dæmpning og efterfølgende tilbageforstærkning af hele signalet, kan ikke i sig selv siges at 25 være fordelagtig, da denne funktion ikke just fremmer et godt signal/støj-forhold, hvis den drives for vidt. Det kan derfor foretrækkes, at der parallelt med den viste signallinie arrangeres en direkte forbindelse til højttaleren, hvori der blot er anbragt et filter til udkob-30 ling af de. lave frekvenser.

Det skal bemærkes, at højpasfilteret 16 udmærket kan placeres foran BP-filteret 10, ligesom det også kan være anbragt efter det differentierende trin. Det væsentlige er, at overføringsfunktionerne af de viste 35 enheder adderes.

DK 168681 B1 6

Navnlig i tilfælde af store højttalere, som i forvejen har en tilfredsstillende basgengivelse, Jean det være unødigt at frembringe den kunstige amplitudehævning, og i så fald kan højpasfilteret 16 helt undværes. Det kan fortsat være yderst relevant at arbejde med den 5 momentant styrede regulering af den nedre grænsefrekvens, og enhederne 10,8,18 udgør således de grundlæggende dele i et system ifølge opfindelsen.

Da det samlede reguleringssystem bør være nøje afpasset til den benyttede højttaler vil det være det 10 naturligste, at systemet forekommer indbygget i højttalerkabinettet, og det vil så også være naturligt, at der deri indbygges en effektforstærker foran indgangen til højttaleren. Det vil dog forstås, at opfindelsen ikke er begrænset til dette, da systemet ligeså vel kan 15 være anbragt i en separat forstærkerenhed.

Claims (2)

1. Højttaler med midler til frekvensafhængig amplituderegulering af basfrekvenser, omfattende midler til amplitudehævning af frekvenser i et nedre basområde, en amplitudedetektor (8) og deraf styrede filtermidler til 5 selektiv regulering af amplitudehævningen i afhængighed af optrædende amplitudeændringer, med henblik på undgåelse af overstyring ved særligt kraftige bassignaler, kendetegnet ved, at amplitudedetektoren (8) er direkte tilsluttet henholdsvis udgang og styreindgang af 10 et regulerbart båndpasfilter (10), der modtager tilgangssignalet fra en forstærker, og at dette filters udgang er forbundet til højttaleren (LS) gennem et højpasfilter (16), der er indrettet til udførelse af den nævnte amplitudehævning, og gennem et differentierende 15 trin (18), der forstærker totalsignalet (6 dB/oktav) svarende til signaldæmpningen i det nævnte båndpasfilter (10).

2. Højttaler ifølge krav l, kendetegnet ved, at der yderligere findes en parallel og direkte 20 signaltilgang, hvori der blot er anbragt et filter til afskæring af de lave frekvenser indenfor det område, der berøres af amplitudehævning^n.