EP0477591A1 - Amplifier unit - Google Patents

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EP0477591A1
EP0477591A1 EP91114737A EP91114737A EP0477591A1 EP 0477591 A1 EP0477591 A1 EP 0477591A1 EP 91114737 A EP91114737 A EP 91114737A EP 91114737 A EP91114737 A EP 91114737A EP 0477591 A1 EP0477591 A1 EP 0477591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
amplifier
circuit
loudspeaker
unit
characteristic
Prior art date
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Granted
Application number
EP91114737A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0477591B1 (en
Inventor
Roger Schultheiss
Paul Zwicky
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Harman International Industries Inc
Original Assignee
Studer Professional Audio AG
Studer Revox AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP0477591A1 publication Critical patent/EP0477591A1/en
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Publication of EP0477591B1 publication Critical patent/EP0477591B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response

Definitions

  • the invention relates to an amplifier unit for feeding an electrodynamic loudspeaker unit, which is arranged in a housing together with a device which is coupled to the loudspeaker unit and adds the sound energy in a limited frequency range to the same energy as that which is emitted from the front of the loudspeaker unit.
  • bass reflex housings with amplifier units which are provided for supplying the loudspeaker units arranged in the bass reflex housing.
  • two resonance circuits are usually coupled to one another.
  • One resonant circuit is represented by the loudspeaker unit and the other resonant circuit is represented by the above-mentioned device, this device consisting, for example, of an opening in the housing which is coupled via the air in the housing to the back of the membrane of the loudspeaker unit.
  • Such bass reflex housings usually offer acoustic support in a narrowly limited frequency range. It is from the Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 19, No. 6, June 1971, A.N. Thiele: "Loudspeakers in Vented Boxes: Part II" known to feed such loudspeaker units with an amplifier with negative output impedance, which improves the adaptation of the loudspeaker unit to their housing and vice versa.
  • Another such amplifier unit for feeding the voice coil of a bass speaker is known for example from DE-OS-27 13 023.
  • the amplifier unit has an output impedance that is equivalent to a negative resistance that is in series with a parallel resonant circuit.
  • the negative resistance has practically the same value as the resistance of the voice coil.
  • a loudspeaker system is known from EP 0 322 679, in which a membrane drives a first resonator with its front side and a second resonator with its rear side and thus does not produce any sound acting directly to the outside. Compared to a system with a single resonator, the frequency range in which resonance and thus bass amplification occur can thus be expanded. By feeding such a system with an amplifier with negative output impedance, the frequency response for low frequencies can be improved.
  • the invention as characterized in the claims solves the problem of creating an amplifier unit which is as ideal as possible from the bass range to the high frequency range, i.e. straight frequency and phase response without having to do without the acoustic support of a housing resonator.
  • the advantages achieved by the invention can be seen in particular in the fact that the amplifier unit according to the invention can be connected very well with a loudspeaker which is installed in a housing which has a Helmholtz resonator or any other vibratable element, such as for example for so-called bass reflex boxes apply. Due to the special design of the amplifier unit, the advantages that a negative output impedance offers at the amplifier unit can be combined with the advantages that, for example, bass reflex systems offer.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7.
  • the input 12 is connected via a line 49 in series with a first differentiator 50, a first adder 51, a node 52, a second differentiator 53, a second adder 54, an integrator 55 and an First-order low-pass filter 56 connected to output 18.
  • a further line 57 leads from the input 12 to the first adder 51 and from the node 52 a further line 58 to the second adder 54.
  • This circuit is mathematically represented by the formula shown.
  • the exemplary embodiments for the circuit 7, as shown in FIGS. 7 to 12, are thus relatively simple filters which the person skilled in the art can easily replicate. Therefore they are not described further. It is also clear to the person skilled in the art that an integrator can also be designed as a low-pass filter or can be understood as such. Correspondingly, two successive first-order low-pass filters can then also be designed as a second-order low-pass filter. The same also applies to differentiators, which can be designed as high-pass filters.
  • FIG. 11 shows a representation of a frequency response 59 as it applies to a bass reflex loudspeaker known per se.
  • frequency values are plotted logarithmically in Hertz.
  • values for amplitudes are plotted in decibels.
  • 3dB point which is labeled 62. This means that the amplitude of a signal with a frequency of 40Hz is reduced by 3dB compared to the amplitude of a signal with a multiple frequency.
  • FIG. 12 shows a representation of the phase shift 63 for signals which are reproduced in the above-mentioned bass reflex loudspeaker.
  • the frequency along a horizontal 64, as in FIG. 11, and along a vertical 65 values for the phase difference from 0 ° to 360 ° are given.
  • FIG. 13 shows a representation of the transit times 66 of signals with different frequencies in the above-mentioned bass reflex loudspeaker. For this purpose, 67 values of frequencies are plotted along a horizontal line and 68 values of times or time differences in seconds along a vertical line. For example, you can see from this that a signal with a frequency of 40Hz is delayed by approx. 0.015 sec.
  • FIG. 14 shows, corresponding to FIG. 11, a representation of a frequency response 69 for a housing with a Helmholtz resonator and with a loudspeaker unit which is connected to an amplifier with a negative output impedance. It can be seen that maximum amplitudes are achieved at a frequency of 40 Hz.
  • FIG. 15 shows, corresponding to FIG. 12, a representation of the phase shift 70 for signals originating from a loudspeaker unit with a housing, as is the case for FIG. 14.
  • FIG. 16 shows, corresponding to FIG. 13, a representation of the transit times 71 of signals with different frequencies as they originate from a loudspeaker unit with a housing, as is the case with the Figures 14 and 15 applies. You can see here that for this example the longest running time for a signal with approx. 40 Hz applies.
  • FIGS. 17, 18 and 19 show characteristics as they apply to a circuit 7 for changing the characteristics of the output signal.
  • FIGS. 11, 12 and 13 show characteristics according to the prior art
  • FIGS. 14, 15 and 16 show characteristics for a combination of a loudspeaker unit with a bass reflex housing and an amplifier with a negative output impedance, which is not part of the prior art because it was never executed.
  • This combination represents only one step in the development of the solution according to the invention, which is shown here for better understanding, but was never actually made because it has serious errors in the frequency response, phase response and timing.
  • FIG. 17 shows as a characteristic a frequency response 72 which is inverse to the frequency response 69 from FIG. 14. It is plotted above a horizontal 60 or next to a vertical 61, along which the frequency values or amplitude values are plotted, as is already the case for FIGS. 11 and 14.
  • FIG. 18 shows as a characteristic a representation of the phase shift 73, which is inverse to the representation of the phase shift in FIG. 15.
  • the values for the frequencies along the horizontal 64 are the same as in FIG. 15 and the values for the phase shift along the vertical 65 extend from 0 ° to -150 °.
  • FIG. 19 shows as a characteristic a representation of the transit times 74, which is inverse to the corresponding representation 71 in FIG. 16. The same values for the frequencies along the horizontal 67 and the same values for the transit times along the vertical 68 are plotted.
  • FIG. 20 shows an equivalent circuit 75 for the amplifier unit 1 together with the loudspeaker unit 2, the housing 3 and the device 5 as shown in FIG. 1.
  • the equivalent circuit 75 is a motion equivalent circuit. In it, electrical voltages correspond to the movements or speeds, for example the membrane of the loudspeaker unit or the air that is moved through it.
  • the equivalent circuit 75 has been simplified in a known manner in that the acoustic part and the mechanical part of a general equivalent circuit known from the publications mentioned have both been included in the electrical part. Accordingly, only a generator 76 can be seen therein, which is connected in series via a line 77 with resistors 78 and 79, with an inductor 80 and with a capacitor 81. Arranged in between and connected in parallel with the generator 76 with the resistors 78, 79 are also each a capacitor 82, an inductor 83 and a resistor 84.
  • the resistor 78 corresponds to the internal resistance of the generator 76
  • the resistor 79 corresponds to the voice coil resistance in the loudspeaker unit
  • the inductance 80 the acoustic mobility of the air cushion in the housing or the reciprocal of the acoustic spring constants of the air behind the membrane
  • the capacity 81 the acoustic mass of the air column in the tube of the Helmholtz resonator
  • the capacity 82 all other masses of the system added together (excluding the masses already mentioned above)
  • the inductance 83 the sum of the other mobilities or the reciprocal of all mechanical and acoustic spring forces in the system
  • the resistance 84 the sum of the reciprocal of the losses (mechanical friction, heating etc.) in the system, including radiation impedances of the membrane .
  • a resistor 85 which corresponds to the reciprocal of the acoustic losses, including radiation impedances in the Helmholtz resonator, is also connected in parallel with the capacitance 81.
  • the sum of the resistances in the resistors 78 and 79 must be zero.
  • circuits 7 for changing the output signal as shown in FIGS. 5 to 10 change an input signal as it is input at input 6 or 12, in accordance with the characteristics 72, 73, 74 as shown in FIGS. 19, 20, 21 show.
  • the signal modified in this way is then fed to the integrator 8 where it is integrated over time.
  • the frequency response of such an integrator is known per se and corresponds to a line falling with increasing frequency, with a logarithmic representation of the frequency.
  • the signal is then fed to the amplifier 9, which amplifies it and gives the signal the characteristic of a negative impedance.
  • the frequency response of this amplifier 9 together with the downstream loudspeaker unit with housing is inverse to the frequency response of the integrator 8, which is why it is connected upstream.
  • the signal emitted in total by the housing 3 then again has an ideal frequency response.
  • the characteristic over all elements of the amplifier unit 1, with the exception of the circuit 7, and of the loudspeaker is determined and compared with the ideal characteristic. This creates characteristics 69, 70, 71.
  • straight characteristics, inverse characteristics 72, 73, 74 are generated. This already compensates for interference that occurs in the loudspeaker unit 2.
  • the negative impedance must be able to have an undisturbed effect over as wide a frequency range as possible, for example at least up to two octaves above the resonance frequency of the loudspeaker unit.
  • the transfer function for a circuit 7 can then easily be derived from the above-mentioned transfer function, which is derived from the equivalent circuit 75 with a negative output impedance for the generator 76. It corresponds to the inverse transfer function and is:
  • circuit 7 for changing the characteristics of the output signal can be constructed using known digitally working means, and thus the characteristics can also be generated digitally.

Abstract

In electrodynamic loudspeaker units (2), in order to be able to use, on the one hand, the acoustic support by the bass reflex principle, which is advantageous from an energy point of view, and, on the other hand, the control of the movement of the diaphragm of the loudspeaker unit by driving it with an amplifier (9) having a negative output impedance, it is proposed to compensate for the resultant disadvantageous frequency characteristic with a preceding circuit (7) which generates a characteristic which is the inverse of the former characteristic. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstaerkereinheit zur Speisung einer elektrodynamischen Lautsprechereinheit, die in einem Gehaeuse zusammen mit einer Vorrichtung angeordnet ist, die an die Lautsprechereinheit angekoppelt ist und die Schallenergie in einem begrenzten Frequenzbereich derjenigen Energie gleichpolig addiert, die von der Vorderseite der Lautsprechereinheit abgegeben wird.The invention relates to an amplifier unit for feeding an electrodynamic loudspeaker unit, which is arranged in a housing together with a device which is coupled to the loudspeaker unit and adds the sound energy in a limited frequency range to the same energy as that which is emitted from the front of the loudspeaker unit.

Darunter fallen beispielsweise Bassreflexgehaeuse mit Verstaerkereinheiten, die zur Speisung der, im Bassreflexgehaeuse angeordneten, Lautsprechereinheiten vorgesehen sind. In einem Bassreflexgehaeuse sind ueblicherweise zwei Resonanzkreise miteinander gekoppelt. Der eine Resonanzkreis ist durch die Lautsprechereinheit und der andere Resonanzkreis ist durch die obengenannte Vorrichtung dargestellt, wobei diese Vorrichtung beispielsweise aus einer Oeffnung im Gehaeuse besteht, die ueber die Luft im Gehaeuse an die Rueckseite der Membran der Lautsprechereinheit angekoppelt ist. Solche Bassreflexgehaeuse bieten ueblicherweise in einem eng begrenzten Frequenzbereich akustische Unterstuetzung. Es ist aus dem Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 19, No. 6, June 1971, A.N.Thiele: "Loudspeakers in Vented Boxes: Part II" bekannt, solche Lautsprechereinheiten mit einem Verstaerker mit negativer Ausgangsimpedanz zu speisen, was die Anpasssung der Lautsprechereinheit an ihr Gehaeuse und umgekehrt verbessert.This includes, for example, bass reflex housings with amplifier units which are provided for supplying the loudspeaker units arranged in the bass reflex housing. In a bass reflex housing, two resonance circuits are usually coupled to one another. One resonant circuit is represented by the loudspeaker unit and the other resonant circuit is represented by the above-mentioned device, this device consisting, for example, of an opening in the housing which is coupled via the air in the housing to the back of the membrane of the loudspeaker unit. Such bass reflex housings usually offer acoustic support in a narrowly limited frequency range. It is from the Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 19, No. 6, June 1971, A.N. Thiele: "Loudspeakers in Vented Boxes: Part II" known to feed such loudspeaker units with an amplifier with negative output impedance, which improves the adaptation of the loudspeaker unit to their housing and vice versa.

Der Nachteil einer solchen Kombination von Bassreflexgehaeuse und Verstaerker besteht darin, dass deren Dimensionierung schwierig ist. Im Bassbereich haben diese Kombinationen einen Frequenzgang, dessen Abfall gegen Null, vierter Ordnung ist. Sie haben deshalb ein schlecht beherrschbares Einschwingverhalten und einen unguenstigen Phasengang.The disadvantage of such a combination of bass reflex housing and amplifier is that their dimensioning is difficult. In the bass range, these combinations have a frequency response whose decay is zero, fourth order. They therefore have a poorly controllable transient response and an unfavorable phase response.

Eine weitere solche Verstaerkereinheit zur Speisung der Schwingspule eines Basslautsprechers ist beispielsweise aus der DE-OS-27 13 023 bekannt. Dabei weist die Verstaerkereinheit eine Ausgangsimpedanz auf, die einem negativen Widerstand aequivalent ist, der in Serie mit einem Parallelschwingkreis liegt. Der negative Widerstand hat praktisch den gleichen Wert wie der Widerstand der Schwingspule. Durch den Betrieb des Basslautsprechers mit einem derartigen Verstaerker laesst sich eine Veraenderung des Bassslautsprechers erreichen, die aequivalent ist der Aenderung der mechanischen Parameter des Lautsprecherelementes wie beispielsweise dessen Masse, Rückstellkraft und Daempfung. Mit anderen Worten soll so die Resonanzfrequenz des Lautsprechers bekaempft und gleichzeitig eine andere Resonanzfrequenz erzwungen werden, die besser auf das Gehaeuse und die Vorrichtung, die an die Rueckseite des Lautsprechers angekoppelt ist, abgestimmt ist.Another such amplifier unit for feeding the voice coil of a bass speaker is known for example from DE-OS-27 13 023. The amplifier unit has an output impedance that is equivalent to a negative resistance that is in series with a parallel resonant circuit. The negative resistance has practically the same value as the resistance of the voice coil. By operating the bass loudspeaker with such an amplifier, a change in the bass loudspeaker can be achieved, which is equivalent to the change in the mechanical parameters of the loudspeaker element, such as its mass, restoring force and damping. In other words, the resonance frequency of the loudspeaker is to be fought and at the same time a different resonance frequency is to be enforced, which is better matched to the housing and the device which is coupled to the back of the loudspeaker.

Diese bekannte weitere Verstaerkereinheit ergibt Verbesserungen des Frequenzganges der angeschlossenen Lautsprechereinheit, die auf den Bereich mit niedrigen Frequenzen beschraenkt sind. Es handelt sich dabei um ein System vierter Ordnung mit den bereits erwaehnten Nachteilen. Fuer den Mittel-und Hochtonbereich ergeben sich daraus keine Verbesserungen.This known further amplifier unit results in improvements in the frequency response of the connected loudspeaker unit, which are limited to the range with low frequencies. It is a fourth-order system with the disadvantages already mentioned. This does not result in any improvements for the mid and high frequencies.

Aus der EP 0 322 679 ist ein Lautsprechersystem bekannt, bei dem eine Membran mit ihrer Vorderseite einen ersten Resonator und mit ihrer Rueckseite einen zweiten Resonator antreibt und damit keinen direkt nach aussen wirkenden Schall erzeugt. Gegenueber einem System mit einem einzigen Resonator kann damit der Frequenzbereich in dem Resonanz und damit Bassverstaerkung auftritt erweitert werden. Durch Speisung eines solchen Systemes durch einen Verstaerker mit negativer Ausgangsimpedanz kann der Frequenzgang fuer tiefe Frequenzen verbessert werden.A loudspeaker system is known from EP 0 322 679, in which a membrane drives a first resonator with its front side and a second resonator with its rear side and thus does not produce any sound acting directly to the outside. Compared to a system with a single resonator, the frequency range in which resonance and thus bass amplification occur can thus be expanded. By feeding such a system with an amplifier with negative output impedance, the frequency response for low frequencies can be improved.

Der Nachteil dieses Systemes besteht darin, dass es nur fuer tiefe Frequenzen Verbesserungen ergibt und dass zusaetzlich eine weitere Lautsprechereinheit vorgesehen werden muss, die Toene mit solcher Frequenz direkt abstrahlt, die nach oben an die Resonanzfrequenzen des hoeherfrequenten Resonators anschliessen. Ferner handelt es sich um ein System von mindestens 4. Ordnung mit den bereits erwaehnten Nachteilen.The disadvantage of this system is that improvements only result for low frequencies and that an additional loudspeaker unit must be provided, which emits tones with a frequency that connects upwards to the resonance frequencies of the higher-frequency resonator. Furthermore, it is a system of at least 4th order with the disadvantages already mentioned.

Die Erfindung wie sie in den Patentanspruechen gekennzeichnet ist, loest die Aufgabe, eine Verstaerkereinheit zu schaffen, die vom Bassbereich bis zum Hochtonbereich einen moeglichst idealen, d.h. gerade verlaufenden Frequenz und Phasengang aufweist ohne auf die akustische Unterstuetzung eines Gehaeuseresonators verzichten zu muessen.The invention as characterized in the claims solves the problem of creating an amplifier unit which is as ideal as possible from the bass range to the high frequency range, i.e. straight frequency and phase response without having to do without the acoustic support of a housing resonator.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass die erfindungsgemaesse Verstaerkereinheit sich dabei sehr gut mit einem Lautsprecher zusammenschalten laesst, der in einem Gehaeuse eingebaut ist, das einen Helmholtz-Resonator oder ein beliebiges anderes schwingfaehiges Element aufweist, wie dies beispielsweise fuer sogenannte Bassreflexboxen zutrifft. Durch die spezielle Ausbildung der Verstaerkereinheit lassen sich die Vorteile, die eine negative Ausgangsimpedanz an der Verstaerkereinheit bietet, vereinen mit den Vorteilen die beispielsweise Bassreflexsysteme bieten.The advantages achieved by the invention can be seen in particular in the fact that the amplifier unit according to the invention can be connected very well with a loudspeaker which is installed in a housing which has a Helmholtz resonator or any other vibratable element, such as for example for so-called bass reflex boxes apply. Due to the special design of the amplifier unit, the advantages that a negative output impedance offers at the amplifier unit can be combined with the advantages that, for example, bass reflex systems offer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen naeher erlaeutert. Es Zeigt

  • Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemaessen Verstaerkereinheit mit einem Lautsprecher in einem Gehaeuse,
  • Figur 2, 3 und 4 je eine weitere Ausfuehrungsform fuer ein Gehaeuse,
  • Figur 5 bis 10 je ein Ausfuehrungsbeispiel fuer ein Element der erfindungsgemaessen Verstaerkereinheit,
  • Figur 11, 12 und 13 je eine Charakteristik fuer eine Lautsprechereinheit mit einer Verstaerkereinheit gemaess dem Stand der Technik,
  • Figur 14, 15 und 16 je eine Charakteristik fuer eine Lautsprechereinheit mit einer weiteren Ausfuehrung einer Verstaerkereinheit,
  • Figuren 17, 18 und 19 je eine Charakteristik fuer einen Teil der erfindungsgemaessen Verstaerkereinheit und
  • Figur 20 ein Ersatzschaltbild fuer die Verstaerkereinheit mit Lautsprechereinheit und Gehaeuse.
  • Figur 1 zeigt eine Verstaerkereinheit 1 zur Speisung einer elektrodynamischen Lautsprechereinheit 2, die in einem Gehaeuse 3 angeordnet ist. Als Vorrichtung 5, die an die Rueckseite 4 der Lautsprechereinheit 2 angekoppelt ist, ist hier ein Helmholtz-Resonator vorgesehen. Die Koppelung zwischen der Rueckseite 4 und der Vorrichtung 5 geschieht in bekannter Weise hier beispielsweise durch die Luft im Gehaeuse 3. Die Verstaerkereinheit 1 besteht aus einem Eingang 6, einer Schaltung 7 zur Veraenderung der Charakteristik des Ausgangssignals, einem Integrierer 8 und einem Verstaerker 9, der eine negative Ausgangsimpedanz aufweist, die durch den negativen Widerstand 10 angedeutet ist.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel fuer ein Gehaeuse 3a in dem eine Vorrichtung 5a angeordnet ist. Als Vorrichtung 5a dient hier eine nicht angetriebene Membran, die ebenfalls ueber die Luft mit der Lautsprechereinheit 2 gekoppelt ist.
  • Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel fuer ein Gehaeuse 3b in dem eine Vorrichtung 5b angeordnet ist. Als Vorrichtung 5b dient hier ein gefalteter Kanal, der in eine Oeffnung 11 muendet.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel fuer ein Gehaeuse 3c in dem eine Vorrichtung 5c angeordnet ist. Als Vorrichtung 5c dient hier ein Horn.
  • Figur 5 zeigt hier ein Ausfuehrungsbeispiel einer Schaltung 7. Sie besteht aus einem Eingang 12, einem Tiefpassfilter 13 erster Ordnung, einem Integrierer 14, einem Additionsglied 15, einer Leitung 16, alle in Serie geschaltet und einer Parallelleitung 17, die vom Eingang 12 zum Additionsglied 15 fuehrt und zum Tiefpassfilter 13 und zum Integrierer 14 parallel geschaltet ist. Das Additionsglied 15 hat einen Ausgang 18. Mathematisch wird diese Schaltung durch eine Uebertragungsfunktion dargestellt, entsprechend der Formel
    Figure imgb0001
    mit s=JM , wobei jw (jomega) die komplexe Winkelgeschwindigkeit oder einfach eine frequenzabhaengige Groesse und T1 = L/R und T2 = RC bedeutet.
  • Figur 6 zeigt ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel der Schaltung 7. An den Eingang 12 ist ueber eine Leitung 19 ein Integrierer 20 und ein Tiefpassfilter 21 erster Ordnung an das Additionsglied 15 angeschlossen. Der Eingang 12 ist ferner ueber eine Leitung 22 und ein Tiefpassfilter 23 erster Ordnung und eine Leitung 24 und ein Hochpassfilter 25 erster Ordnung an das Additionsglied 15 angeschlossen. Das Additionsglied 15 hat hier ebenfalls einen Ausgang 18. Mathematisch wird diese Schaltung durch die Formel
    Figure imgb0002
    dargestellt.
  • Figur 7 zeigt ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel der Schaltung 7. An den Eingang 12 ist ueber eine Leitung 26 ein Tiefpassfilter 27 erster Ordnung und ein Integrierer 28 an das Additionsglied 15 mit dem Ausgang 18 angeschlossen und ueber eine Leitung 29 ist ein Hochpassfilter 30 erster Ordnung in gleicher Weise an den Eingang 12 und das Additionsglied 15 angeschlossen. Zwischen Tiefpassfilter 27 und Integrierer 28 ist eine weitere Leitung 31 angeschlossen, die zum Additionsglied 15 fuehrt. Mathematisch wird diese Schaltung durch dieselbe Formel beschrieben, wie sie fuer die Schaltung gemaess Figur 6 gilt.
  • Figur 8 zeigt ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel der Schaltung 7. An den Eingang 12 sind ueber eine Leitung 32 zwei Differenzierer 33, 34 und ueber eine Leitung 35 ein Differenzierer 36 angeschlossen. Zudem muenden die Leitungen 32 und 35 mit einer Leitung 37 in das Additionsglied 15. Zwischen dem Additionsglied 15 und dem Ausgang 18 sind ueber eine Leitung 38 noch ein Integrierer 39 und ein Tiefpassfilter 40 erster Ordnung in Serie geschaltet. Mathematisch wird diese Schaltung durch die Formel
    Figure imgb0003
    dargestellt.
  • Figur 9 zeigt ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel der Schaltung 7. Der Eingang 12 ist einerseits ueber eine Leitung 41 mit einem ersten Differenzierer 42 und einem zweiten Differenzierer 43 und andererseits ueber eine Leitung 44 mit dem Additionsglied 15 verbunden. Zwischen den beiden Differenzierern 42, 43 ist eine weitere Leitung 45 zugeschaltet, die von dort aus direkt in das Additionsglied 15 fuehrt. Dieses ist noch ueber eine Leitung 46, einen Integrierer 47 und ein Tiefpassfilter 48 an den Ausgang 18 angeschlossen. Mathematisch wird diese Schaltung durch die Formel, wie sie fuer die Schaltung gemaess Figur 8 gilt, dargestellt.
The invention is explained in more detail below with reference to drawings. It shows
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the amplifier unit according to the invention with a loudspeaker in a housing,
  • FIGS. 2, 3 and 4 each show a further embodiment for a housing,
  • FIGS. 5 to 10 each show an exemplary embodiment for an element of the amplifier unit according to the invention,
  • 11, 12 and 13 each have a characteristic for a loudspeaker unit with an amplifier unit according to the prior art,
  • 14, 15 and 16 each have a characteristic for a loudspeaker unit with a further embodiment of an amplifier unit,
  • Figures 17, 18 and 19 each have a characteristic for part of the amplifier unit according to the invention and
  • Figure 20 is an equivalent circuit diagram for the amplifier unit with loudspeaker unit and housing.
  • FIG. 1 shows an amplifier unit 1 for feeding an electrodynamic loudspeaker unit 2, which is arranged in a housing 3. A Helmholtz resonator is provided here as the device 5, which is coupled to the rear side 4 of the loudspeaker unit 2. The coupling between the rear side 4 and the device 5 takes place in a known manner, for example through the air in the housing 3. The amplifier unit 1 consists of an input 6, a circuit 7 for changing the characteristics of the output signal, an integrator 8 and an amplifier 9, which has a negative output impedance, which is indicated by the negative resistor 10.
  • Figure 2 shows another example of a housing 3a in which a device 5a is arranged. A non-driven membrane, which is also coupled to the loudspeaker unit 2 via the air, serves as the device 5a.
  • FIG. 3 shows a further example of a housing 3b in which a device 5b is arranged. A folded channel, which opens into an opening 11, serves as the device 5b.
  • FIG. 4 shows a further example of a housing 3c in which a device 5c is arranged. A horn serves as the device 5c.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a circuit 7. It consists of an input 12, a low-pass filter 13 of the first order, an integrator 14, an adder 15, a line 16, all connected in series and a parallel line 17 leading from the input 12 to the adder 15 leads and is connected to the low-pass filter 13 and the integrator 14 in parallel. The adder 15 has an output 18. Mathematically, this circuit is represented by a transfer function, according to the formula
    Figure imgb0001
     with s = J M , where jw (jomega) means the complex angular velocity or simply a frequency-dependent size and T 1 = L / R and T 2 = RC.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7. An integrator 20 and a first-order low-pass filter 21 are connected to the adder 15 via a line 19 at the input 12. The input 12 is also connected to the adder 15 via a line 22 and a first order low pass filter 23 and a line 24 and a first order high pass filter 25. The adder 15 also has an output 18 here. This circuit is mathematically represented by the formula
    Figure imgb0002
     shown.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7. A low-pass filter 27 of the first order is connected to the input 12 via a line 26 and an integrator 28 is connected to the adder 15 with the output 18, and a high-pass filter 30 of the first order is connected via a line 29 Way connected to the input 12 and the adder 15. Another line 31, which leads to the adder 15, is connected between the low-pass filter 27 and the integrator 28. This circuit is described mathematically by the same formula as it applies to the circuit according to FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7. Two differentiators 33, 34 are connected to the input 12 via a line 32 and a differentiator 36 is connected via a line 35. In addition, the lines 32 and 35 lead with a line 37 into the adder 15. Between the adder 15 and the output 18 there are also an integrator 39 and a via a line 38 First-order low-pass filter 40 connected in series. This circuit is mathematically represented by the formula
    Figure imgb0003
     shown.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7. The input 12 is connected on the one hand via a line 41 to a first differentiator 42 and a second differentiator 43 and on the other hand via a line 44 to the adder 15. A further line 45 is connected between the two differentiators 42, 43 and leads from there directly into the adder 15. This is still connected to the output 18 via a line 46, an integrator 47 and a low-pass filter 48. Mathematically, this circuit is represented by the formula as it applies to the circuit according to FIG. 8.

Figur 10 zeigt ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel der Schaltung 7. Der Eingang 12 wird dabei ueber eine Leitung 49 in Serie mit einem ersten Differenzierer 50, ein erstes Additionsglied 51 einen Knoten 52, einen zweiten Differenzierer 53, ein zweites Additionsglied 54, einen Integrierer 55 und ein Tiefpassfilter 56 erster Ordnung mit dem Ausgang 18 verbunden. Zudem fuert vom Eingang 12 eine weitere Leitung 57 zum ersten Additionsglied 51 und vom Knoten 52 eine weitere Leitung 58 zum zweiten Additionsglied 54. Mathematisch wird diese Schaltung durch die Formel

Figure imgb0004
dargestellt.FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of the circuit 7. The input 12 is connected via a line 49 in series with a first differentiator 50, a first adder 51, a node 52, a second differentiator 53, a second adder 54, an integrator 55 and an First-order low-pass filter 56 connected to output 18. In addition, a further line 57 leads from the input 12 to the first adder 51 and from the node 52 a further line 58 to the second adder 54. This circuit is mathematically represented by the formula
Figure imgb0004
 shown.

Die Ausfuehrungsbeispiele fuer die Schaltung 7, wie sie in den Figuren 7 bis 12 dargestellt sind, sind somit relativ einfache Filter, die der Fachmann leicht nachbauen kann. Deshalb sind sie nicht weiter beschrieben. Es ist dem Fachmann auch klar, dass ein Integrierer auch als Tiefpassfilter ausgebildet sein oder als solcher aufgefasst werden kann. Entsprechend koennen zwei aufeinanderfolgende Tiefpassfilter erster Ordnung dann auch als ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung ausgebildet sein. Dasselbe gilt auch fuer Differenzierer, die als Hochpassfilter ausgebildet sein koennen.The exemplary embodiments for the circuit 7, as shown in FIGS. 7 to 12, are thus relatively simple filters which the person skilled in the art can easily replicate. Therefore they are not described further. It is also clear to the person skilled in the art that an integrator can also be designed as a low-pass filter or can be understood as such. Correspondingly, two successive first-order low-pass filters can then also be designed as a second-order low-pass filter. The same also applies to differentiators, which can be designed as high-pass filters.

Figur 11 zeigt eine Darstellung eines Frequenzganges 59 wie er fuer einen an sich bekannten Bassreflexlautsprecher gilt. Laengs einer Horizontalen 60 sind Frequenzwerte in Hertz logarithmisch aufgetragen. Laengs einer Vertikalen 61 sind Werte fuer Amplituden in Dezibel aufgetragen. Man erkennt auch den sogenannten 3dB-Punkt, der mit 62 bezeichnet ist. Dieser bedeutet, dass die Amplitude eines Signales mit einer Frequenz von 40Hz um 3dB reduziert ist, gegenueber der Amplitude eines Signales mit vielfacher Frequenz.FIG. 11 shows a representation of a frequency response 59 as it applies to a bass reflex loudspeaker known per se. Along a horizontal line 60, frequency values are plotted logarithmically in Hertz. Along a vertical line 61, values for amplitudes are plotted in decibels. One can also see the so-called 3dB point, which is labeled 62. This means that the amplitude of a signal with a frequency of 40Hz is reduced by 3dB compared to the amplitude of a signal with a multiple frequency.

Figur 12 zeigt eine Darstellung der Phasenverschiebung 63 fuer Signale, die im obengenannten Bassreflexlautsprecher wiedergegeben werden. Dazu ist laengs einer Horizontalen 64 wie in Figur 11 die Frequenz und sind laengs einer Vertikalen 65 Werte fuer die Phasendifferenz von 0° bis 360° angegeben. Beispielsweise erkennt man daraus, dass ein Signal mit einer Frequenz von 40 Hz eine Phasenverschiebung von 180° erfaehrt.FIG. 12 shows a representation of the phase shift 63 for signals which are reproduced in the above-mentioned bass reflex loudspeaker. For this purpose, the frequency along a horizontal 64, as in FIG. 11, and along a vertical 65 values for the phase difference from 0 ° to 360 ° are given. For example, it shows that a signal with a frequency of 40 Hz experiences a phase shift of 180 °.

Figur 13 zeigt ein eine Darstellung der Laufzeiten 66 von Signalen mit verschiedenen Frequenzen im obengenannten an sich bekannten Bassreflexlautsprecher. Dazu sind laengs einer Horizontalen 67 Werte von Frequenzen und laengs einer Vertikalen 68 Werte von Zeiten oder Zeitdifferenzen in Sekunden aufgetragen. Beispielsweise erkennt man daraus, dass ein Signal mit einer Frequenz von 40Hz um ca. 0.015 sec verzoegert wird.FIG. 13 shows a representation of the transit times 66 of signals with different frequencies in the above-mentioned bass reflex loudspeaker. For this purpose, 67 values of frequencies are plotted along a horizontal line and 68 values of times or time differences in seconds along a vertical line. For example, you can see from this that a signal with a frequency of 40Hz is delayed by approx. 0.015 sec.

Figur 14 zeigt entsprechend Figur 11, eine Darstellung eines Frequenzganges 69 fuer ein Gehaeuse mit einem Helmholtz-Resonator und mit einer Lautsprechereinheit, die an einen Verstaerker mit negativer Ausgangsimpedanz angeschlossen ist. Man erkennt dabei, dass bei einer Frequenz von 40 Hz maximale Amplituden erreicht werden.FIG. 14 shows, corresponding to FIG. 11, a representation of a frequency response 69 for a housing with a Helmholtz resonator and with a loudspeaker unit which is connected to an amplifier with a negative output impedance. It can be seen that maximum amplitudes are achieved at a frequency of 40 Hz.

Figur 15 zeigt entsprechend Figur 12, eine Darstellung der Phasenverschiebung 70 fuer Signale, die aus einer Lautsprechereinheit mit einem Gehaeuse stammen, wie es fuer die Figur 14 gilt.FIG. 15 shows, corresponding to FIG. 12, a representation of the phase shift 70 for signals originating from a loudspeaker unit with a housing, as is the case for FIG. 14.

Figur 16 zeigt entsprechend Figur 13, eine Darstellung der Laufzeiten 71 von Signalen mit verschiedenen Frequenzen, wie sie aus einer Lautsprechereinheit mit einem Gehaeuse stammen, wie es fuer die Figuren 14 und 15 gilt. Man erkennt hier, dass fuer dieses Beispiel die groesste Laufzeit fuer ein Signal mit ca. 40 Hz gilt.FIG. 16 shows, corresponding to FIG. 13, a representation of the transit times 71 of signals with different frequencies as they originate from a loudspeaker unit with a housing, as is the case with the Figures 14 and 15 applies. You can see here that for this example the longest running time for a signal with approx. 40 Hz applies.

Die Figuren 17, 18 und 19 zeigen Charakteristiken, wie sie fuer eine Schaltung 7 zur Veraenderung der Charakteristik des Ausgangssignals gelten. Im Gegensatz dazu zeigen die Figuren 11, 12 und 13 Charakteristiken gemaess dem Stand der Technik und die Figuren 14, 15 und 16 zeigen Charakteristiken fuer eine Kombination einer Lautsprechereinheit mit einem Bassreflexgehaeuse und einem Verstaerker mit negativer Ausgangsimpedanz, wie sie nicht zum Stand der Technik gehoert, da sie nie ausgefuehrt wurde. Diese Kombination stellt lediglich einen Schritt in der Entwicklung zur erfindungsgemaessen Loesung dar, der hier der besser verstaendlichen Darstellung wegen gezeigt wird aber in Wirklichkeit nie gemacht wurde, weil er schwerwiegende Fehler im Frequenzgang, Phasengang und im Zeitverhalten aufweist.FIGS. 17, 18 and 19 show characteristics as they apply to a circuit 7 for changing the characteristics of the output signal. In contrast, FIGS. 11, 12 and 13 show characteristics according to the prior art and FIGS. 14, 15 and 16 show characteristics for a combination of a loudspeaker unit with a bass reflex housing and an amplifier with a negative output impedance, which is not part of the prior art because it was never executed. This combination represents only one step in the development of the solution according to the invention, which is shown here for better understanding, but was never actually made because it has serious errors in the frequency response, phase response and timing.

Die Figur 17 zeigt als Charakteristik einen Frequenzgang 72, der invers zum Frequenzgang 69 aus Figur 14 verlaeuft. Dabei ist er ueber einer Horizontalen 60 bzw. neben einer Vertikalen 61 aufgetragen, laengs der Frequenzwerte bzw. Amplitudenwerte aufgetragen sind, wie dies schon fuer die Figuren 11 und 14 gilt.FIG. 17 shows as a characteristic a frequency response 72 which is inverse to the frequency response 69 from FIG. 14. It is plotted above a horizontal 60 or next to a vertical 61, along which the frequency values or amplitude values are plotted, as is already the case for FIGS. 11 and 14.

Die Figur 18 zeigt als Charakteristik eine Darstellung der Phasenverschiebung 73, die zur Darstellung der Phasenverschiebung in Figur 15 invers verlaeuft. Dabei sind die Werte fuer die Frequenzen laengs der Horizontalen 64 dieselben wie in Figur 15 und die Werte fuer die Phasenverschiebung laengs der Vertikalen 65 erstrecken sich von 0° bis -150°.FIG. 18 shows as a characteristic a representation of the phase shift 73, which is inverse to the representation of the phase shift in FIG. 15. The values for the frequencies along the horizontal 64 are the same as in FIG. 15 and the values for the phase shift along the vertical 65 extend from 0 ° to -150 °.

Die Figur 19 zeigt als Charakteristik eine Darstellung der Laufzeiten 74 die invers zur entsprechenden Darstellung 71 in Figur 16 verlaeuft. Dabei sind die gleichen Werte fuer die Frequenzen laengs der Horizontalen 67 und die gleichen Werte fuer die Laufzeiten laengs der Vertikalen 68 aufgetragen.FIG. 19 shows as a characteristic a representation of the transit times 74, which is inverse to the corresponding representation 71 in FIG. 16. The same values for the frequencies along the horizontal 67 and the same values for the transit times along the vertical 68 are plotted.

Die Figur 20 zeigt eine Ersatzschaltung 75 fuer die Verstaerkereinheit 1 zusammen mit der Lautsprechereinheit 2, dem Gehaeuse 3 und der Vorrichtung 5 wie sie Figur 1 zeigt. Wie eine solche Ersatzschaltung ermittelt wird, ist dem Fachmann beispielsweise aus der Veroeffentlichung "Vented-Box Loudspeaker Systems" von Richard H. Small in Journal of the Audio Engineering Society, June 1973 und aus der Veroeffentlichung "Loudspeakers in Vented Boxes" von A.N.Thiele in Journal of the Audio Engineering Society, May 1971, fuer eine Impedanzersatzschaltung sowie fuer eine Bewegungsersatzschaltung bekannt. Die Ersatzschaltung 75 ist eine Bewegungsersatzschaltung. Darin entsprechen elektrische Spannungen den Bewegungen oder Geschwindigkeiten, beispielsweise der Membran der Lautsprechereinheit oder der Luft, die durch diese bewegt wird. Die Ersatzschaltung 75 ist in bekannter Weise vereinfacht worden, indem der akustische Teil und der mechanische Teil einer aus den genannten Veroeffentlichungen bekannten allgemeinen Ersatzschaltung, beide in den elektrischen Teil hineingerechnet wurden. Dementsprechend erkennt man darin nur noch einen Generator 76, der ueber eine Leitung 77 mit Widerstaenden 78 und 79, mit einer Induktivitaet 80 und mit einer Kapazitaet 81 in Serie geschaltet ist. Dazwischen angeordnet und mit dem Generator 76 mit den Widerstaenden 78, 79 parallel geschaltet sind auch noch je eine Kapazitaet 82, eine Induktivitaet 83 und ein Widerstand 84. Dabei entspricht der Widerstand 78 dem Innenwiderstand des Generators 76, der Widerstand 79 dem Schwingspulenwiderstand in der Lautsprechereinheit, der Induktivitaet 80 die akustische Beweglichkeit des Luftpolsters im Gehaeuse oder der Kehrwert der akustischen Federkonstanten der Luft hinter der Membran, der Kapazitaet 81 die akustische Masse der Luftsaeule im Rohr des Helmholtz-Resonators, der Kapazitaet 82 saemtliche uebrigen Massen des Systems zusammengerechnet (ausgenommen die bereits oben erwaehnten Massen), der Induktivitaet 83 die Summe der uebrigen Beweglichkeiten oder der Kehrwert saemtlicher mechanischen und akustischen Federkraefte im System, und dem Widerstand 84 die Summe der Kehrwerte der Verluste (mechanische Reibung, Erwaermung etc.) im System, inklusive Strahlungsimpedanzen der Membran. Parallel zur Kapazitaet 81 ist noch ein Widerstand 85 geschaltet, der dem Kehrwert der akustischen Verluste, inklusive Strahlungsimpedanzen im Helmholtz-Resonator entspricht. Fuer eine Verstaerkereinheit 1 mit negativer Ausgangsimpedanz gilt dann, dass die Summe der Widerstande in den Widerstaenden 78 und 79 Null sein muss.FIG. 20 shows an equivalent circuit 75 for the amplifier unit 1 together with the loudspeaker unit 2, the housing 3 and the device 5 as shown in FIG. 1. How such an equivalent circuit is determined is known to the person skilled in the art, for example, from the publication "Vented-Box Loudspeaker Systems" by Richard H. Small in Journal of the Audio Engineering Society, June 1973 and from the publication "Loudspeakers in Vented Boxes" by ANThiele in Journal of the Audio Engineering Society, May 1971, for an impedance equivalent circuit as well as a motion equivalent circuit. The equivalent circuit 75 is a motion equivalent circuit. In it, electrical voltages correspond to the movements or speeds, for example the membrane of the loudspeaker unit or the air that is moved through it. The equivalent circuit 75 has been simplified in a known manner in that the acoustic part and the mechanical part of a general equivalent circuit known from the publications mentioned have both been included in the electrical part. Accordingly, only a generator 76 can be seen therein, which is connected in series via a line 77 with resistors 78 and 79, with an inductor 80 and with a capacitor 81. Arranged in between and connected in parallel with the generator 76 with the resistors 78, 79 are also each a capacitor 82, an inductor 83 and a resistor 84. The resistor 78 corresponds to the internal resistance of the generator 76, the resistor 79 corresponds to the voice coil resistance in the loudspeaker unit , the inductance 80 the acoustic mobility of the air cushion in the housing or the reciprocal of the acoustic spring constants of the air behind the membrane, the capacity 81 the acoustic mass of the air column in the tube of the Helmholtz resonator, the capacity 82 all other masses of the system added together (excluding the masses already mentioned above), the inductance 83 the sum of the other mobilities or the reciprocal of all mechanical and acoustic spring forces in the system, and the resistance 84 the sum of the reciprocal of the losses (mechanical friction, heating etc.) in the system, including radiation impedances of the membrane . A resistor 85, which corresponds to the reciprocal of the acoustic losses, including radiation impedances in the Helmholtz resonator, is also connected in parallel with the capacitance 81. For an amplifier unit 1 with a negative output impedance, the sum of the resistances in the resistors 78 and 79 must be zero.

Alle Ausfuehrungsbeispiele fuer Schaltungen 7 zur Veraenderung des Ausgangssignales wie sie in den Figuren 5 bis 10 dargestellt sind, veraendern ein Eingangssignal, wie es am Eingang 6 oder 12 eingegeben wird, gemaess den Charakteristiken 72, 73, 74 wie sie die Figuren 19, 20, 21 zeigen. Das so veraenderte Signal wird anschliessend dem Integrierer 8 zugefuehrt wo es ueber die Zeit integriert wird. Der Frequenzgang eines solchen Integrierers ist an sich bekannt und entspricht einer mit steigender Frequenz abfallenden Geraden, bei logarithmischer Darstellung der Frequenz. Anschliessend wird das Signal dem Verstaerker 9 zugefuehrt, der es verstaerkt und der dem Signal die Charakteristik einer negativen Impedanz verleiht. Naturgemaess ist der Frequenzgang dieses Verstaerkers 9 zusammen mit der nachgeschalteten Lautsprechereinheit mit Gehaeuse invers zum Frequenzgang des Integrierers 8, weshalb eben dieser vorgeschaltet ist. Das vom Gehaeuse 3 gesamthaft abgestrahlte Signal hat dann wieder einen idealen Frequenzgang. Mit anderen Worten werden alle negativen Einfluesse, die das elektrische und das akustische Signal in der Lautsprechereinheit 2 und im Gehaeuse 3 mit der Vorrichtung 5 erleidet, durch die Schaltung 7, den Integrierer 8 und die negative Impedanzcharakteristik des Verstaerkers 9 vorkompensiert. Dazu wird fuer die Auslegung der Schaltung 7 die Charakteristik ueber alle Elemente der Verstaerkereinheit 1, ausgenommen die Schaltung 7, und des Lautsprechers ermittelt und mit der idealen Charakteristik verglichen. So entstehen Charakteristiken 69, 70, 71. Dann werden dazu und im Vergleich zu idealen, geraden Charakteristiken inverse Charakteristiken 72, 73, 74 erzeugt. Durch diese werden naemlich bereits Stoereinfluesse kompensiert, die in der Lautsprechereinheit 2 auftreten. Dabei ist es auch wichtig, dass die Wirkung der negativen Impedanz nicht durch weitere Mittel auf einen bestimmten Frequenzbereich beschraenkt ist. Die negative Impedanz muss ueber einen moeglichst weiten Frequenzbereich ungestoert wirksam sein koennen, beispielsweise mindestens bis zwei Oktaven oberhalb der Resonanzfrequenz der Lautsprechereinheit.All exemplary embodiments for circuits 7 for changing the output signal as shown in FIGS. 5 to 10 change an input signal as it is input at input 6 or 12, in accordance with the characteristics 72, 73, 74 as shown in FIGS. 19, 20, 21 show. The signal modified in this way is then fed to the integrator 8 where it is integrated over time. The frequency response of such an integrator is known per se and corresponds to a line falling with increasing frequency, with a logarithmic representation of the frequency. The signal is then fed to the amplifier 9, which amplifies it and gives the signal the characteristic of a negative impedance. Naturally, the frequency response of this amplifier 9 together with the downstream loudspeaker unit with housing is inverse to the frequency response of the integrator 8, which is why it is connected upstream. The signal emitted in total by the housing 3 then again has an ideal frequency response. In other words, all negative influences that the electrical and acoustic signal in the Loudspeaker unit 2 and in the housing 3 suffered with the device 5, pre-compensated by the circuit 7, the integrator 8 and the negative impedance characteristic of the amplifier 9. For this purpose, for the design of the circuit 7, the characteristic over all elements of the amplifier unit 1, with the exception of the circuit 7, and of the loudspeaker is determined and compared with the ideal characteristic. This creates characteristics 69, 70, 71. Then, in addition to and compared to ideal, straight characteristics, inverse characteristics 72, 73, 74 are generated. This already compensates for interference that occurs in the loudspeaker unit 2. It is also important that the effect of the negative impedance is not restricted to a certain frequency range by other means. The negative impedance must be able to have an undisturbed effect over as wide a frequency range as possible, for example at least up to two octaves above the resonance frequency of the loudspeaker unit.

Besonders vorteilhaft ist es, die Schaltung 7 ausgehend von einer ersten Charakteristik 69, 70, 71 zu ermitteln, die nicht experimentell, sondern durch theoretische Betrachtungen hergeleitet ist, beispielsweise ausgehend von einer elektrischen Ersatzschaltung, wie sie fuer eine Lautsprechereinheit mit einem Bassreflexgehaeuse allgemein bekannt und in Figur 20 dargestellt ist. Unter der hier vorgeschlagenen Voraussetzung, dass die Lautsprechereinheit durch einen Verstaerker mit negativer Ausgangsimpedanz gespiesen wird, muessen in einer solchen Ersatzschaltung der Widerstand in der Schwingspule und der Innenwiderstand des antreibenden Generators, die zusammen in Serie geschaltet sind, einander aufheben oder zusammengerechnet immer Null ergeben. So ergibt sich fuer die ganze Einrichtung wie sie in Figur 1 gezeigt ist, aber ohne die Schaltung 7 eine Uebertragungsfunktion der folgenden Form:

Figure imgb0005
It is particularly advantageous to determine the circuit 7 on the basis of a first characteristic 69, 70, 71, which is not derived experimentally, but rather by theoretical considerations, for example starting from an electrical equivalent circuit, as is generally known and known for a loudspeaker unit with a bass reflex housing is shown in Figure 20. Under the condition proposed here that the loudspeaker unit is powered by an amplifier with a negative output impedance, the resistance in the voice coil and the internal resistance of the driving generator, which are connected in series, must cancel each other or always add up to zero in such an equivalent circuit. This results in a transfer function of the following form for the entire device as shown in FIG. 1, but without the circuit 7:
Figure imgb0005

Darin bedeuten:

  • s = jω was einen Frequenzabhaengigen Ausdruck ergibt, wobei
  • die Winkelgeschwindigkeit ω= 2Pi·f ist
  • L = akustische Beweglichkeit im Helmholtz-Resonator
  • R = Verluste
  • C = Massen
  • Utot= Um - Uh wobei
  • Um der Membrangeschwindigkeit entspricht und
  • Uh der Luftgeschwindigkeit im Helmholtz-Resonator entspricht
  • Ug= Generatorspannung
Where:
  • s = jω which gives a frequency dependent expression, where
  • the angular velocity is ω = 2Pi · f
  • L = acoustic mobility in the Helmholtz resonator
  • R = losses
  • C = masses
  • U tot = Um - U h where
  • To correspond to the membrane speed and
  • U h corresponds to the air speed in the Helmholtz resonator
  • U g = generator voltage

Aus der oben angegebenen Uebertragungsfunktion, die von der Ersatzschaltung 75 mit negativer Ausgangsimpedanz fuer den Generator 76 abgeleitet ist, laesst sich dann leicht auch die Uebertragungsfunktion fuer eine Schaltung 7 ableiten. Sie entspricht der inversen Uebertragungsfunktion und lautet:

Figure imgb0006
The transfer function for a circuit 7 can then easily be derived from the above-mentioned transfer function, which is derived from the equivalent circuit 75 with a negative output impedance for the generator 76. It corresponds to the inverse transfer function and is:
Figure imgb0006

Dabei ist an sich bekannt, dass der Ausdruck

Figure imgb0007
die Uebertragungsfunktion eines Integrierers und dass der Ausdruck
Figure imgb0008
die Uebertragungsfunktion eines Tiefpassfilters ist. So lassen sich leicht die mathematischen Formeln, die fuer die Schaltungen gemaess den Figuren 5 bis 10 angegeben sind, durch an sich bekannte mathematische Umformungen wie Erweiterungen ableiten ° .It is known per se that the expression
Figure imgb0007
 the transfer function of an integrator and that the expression
Figure imgb0008
 is the transfer function of a low pass filter. It is thus easy to derive the mathematical formulas which are given for the circuits according to FIGS. 5 to 10 by known mathematical transformations such as extensions.

Ebenso laesst sich die Schaltung 7 zur Veraenderung der Charakteristik des Ausgangssignales mit bekannten digital arbeitenden Mitteln aufbauen und damit lassen sich die Charakteristiken auch digital erzeugen.Likewise, the circuit 7 for changing the characteristics of the output signal can be constructed using known digitally working means, and thus the characteristics can also be generated digitally.

Claims (5)

1. Verstaerkereinheit (1) zur Speisung einer elektrodynamischen Lautsprechereinheit (2), die in einem Gehaeuse (3) zusammen mit einer Vorrichtung (5) angeordnet ist, die an die Rueckseite der Lautsprechereinheit angekoppelt ist und die Schallenergie in einem begrenzten Frequenzbereich derjenigen Energie gleichpolig addiert, die von der Vorderseite der Lautsprechereinheit direkt abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstaerkereinheit (1) eine negative Ausgangsimpedanz (10) aufweist, dass die Lautsprechereinheit zusammen mit der Vorrichtung (5), einem Verstaerker (9) und einem Integrierer (8) ein Ausgangssignal mit einer ersten Charakteristik (69, 70, 71) abgibt und dass die Verstaerkereinheit (1) eine Schaltung (7) aufweist, die ein Eingangssignal gemaess einer zweiten Charakteristik (72, 73, 74) veraendert, die zur ersten Charakteristik mindestens annaehernd invers verlaeuft.1. amplifier unit (1) for supplying an electrodynamic loudspeaker unit (2) which is arranged in a housing (3) together with a device (5) which is coupled to the rear side of the loudspeaker unit and the sound energy in a limited frequency range equals that energy added, which is emitted directly from the front of the loudspeaker unit, characterized in that the amplifier unit (1) has a negative output impedance (10), that the loudspeaker unit together with the device (5), an amplifier (9) and an integrator (8 ) outputs an output signal with a first characteristic (69, 70, 71) and that the amplifier unit (1) has a circuit (7) which changes an input signal according to a second characteristic (72, 73, 74), which is at least related to the first characteristic almost inversely. 2. Verstaerkereinheit nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet, dass die Schaltung (7) als Filter ausgebildet ist.2. amplifier unit according to claim 1, characterized in that the circuit (7) is designed as a filter. 3. Verstaerkereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstaerker (9) eine negative Ausgangsimpedanz aufweist und so ausgebildet ist, dass die negative Ausgangsimpedanz mindestens ueber zwei Oktaven oberhalb der Resonanzfrequenz der Lautsprechereinheit (2) wirksam ist.3. amplifier unit according to claim 1, characterized in that the amplifier (9) has a negative output impedance and is designed such that the negative output impedance is effective at least over two octaves above the resonance frequency of the loudspeaker unit (2). 4. Verstaerkereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Charakteristik (69, 70, 71) durch Berechnung ausgehend von einer elektrischen Ersatzschaltung (22) fuer die Lautsprechereinheit (2) mit Gehaeuse (3), Vorrichtung (5) und Verstaerker (9) ermittelt wird.4. amplifier unit according to claim 1, characterized in that the first characteristic (69, 70, 71) by calculation based on an electrical equivalent circuit (22) for the loudspeaker unit (2) with housing (3), device (5) and amplifier ( 9) is determined. 5. Verstaerkereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (7) mit dem Integrierer (8) und dem Verstaerker (9) in Serie geschaltet ist.5. amplifier unit according to claim 1, characterized in that the circuit (7) with the integrator (8) and the amplifier (9) is connected in series.
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