EP1500299A1 - Lautsprechersystem - Google Patents

Lautsprechersystem

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EP1500299A1
EP1500299A1 EP03747401A EP03747401A EP1500299A1 EP 1500299 A1 EP1500299 A1 EP 1500299A1 EP 03747401 A EP03747401 A EP 03747401A EP 03747401 A EP03747401 A EP 03747401A EP 1500299 A1 EP1500299 A1 EP 1500299A1
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EP
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output
loudspeaker
pass filter
bridge
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a speaker system with three or more speakers.
  • a separate power amplifier is usually used for each loudspeaker used in a motor vehicle. This entails costs and space requirements. In addition, the efficiency of the overall arrangement is unfavorable.
  • DE 41 06 267 A1 describes using bridge output stages to increase the speaker power, the two outputs of which are in opposite phase. This enables them to double the voltage swing for a given supply voltage compared to a single output stage.
  • a multimedia computer loudspeaker system with a left and a right broadband loudspeaker and a bass loudspeaker in which an amplifier is provided for each of the two broadband loudspeakers.
  • One amplifier is inverted and, with respect to the other amplifier / broadband speaker pair, is connected in reverse to the connections of the associated broadband speaker.
  • the broadband speakers are connected to earth with one connection each.
  • the bass speaker is connected in parallel to the two amplifiers with a low-pass filter in series. The configuration is such that the bass speaker receives more amplifier power than the wideband speakers, with no separate amplifier required for the bass speaker.
  • the level of the bass loudspeaker can thus only be set passively, for example via a resistor.
  • a high / low pass control can also only be carried out passively.
  • Changes to the settings of the two equalizers or the potentiometers each affect one of the broadband speakers and the bass speaker.
  • the amplifier arrangements of the known loudspeaker systems have to be practically doubled if additional loudspeakers are installed in the system, for example the loudspeakers are arranged in pairs (front and rear in the vehicle).
  • the invention has for its object to provide a speaker system in which a separate control of bass speakers and the other speakers and an independent level control of individual speakers is possible.
  • the loudspeaker system according to the invention is advantageously characterized in that, in an arrangement with two bridge output stages, a common mode signal is also impressed in addition to the existing differential signal of each output stage.
  • the common mode signal of one output stage is opposite in phase to the common mode signal of the other output stage. This enables the control of a third loudspeaker (usually a bass loudspeaker) with an independent signal and thus also an active level setting.
  • the users of a vehicle can thus park a loudspeaker branch (front / rear) (so-called fading). Nevertheless, the bass speaker can still be fully controlled. With this system design, costs can be reduced due to the saving of components (power amplifier or external frequency). With three bridge amplifiers consisting of four amplifiers, it is possible to control three loudspeakers.
  • the independent control of the loudspeakers means that the functions can be optimized.
  • the frequency band can also be set individually for the speakers (in pairs).
  • a frequency filter can be placed in front of the power amplifier, i.e. in the small signal range, which means that cheaper components can be used. This also results in an active control option and thus improved system security.
  • a filter is expediently used for dividing the audio signal, a high-pass and low-pass arrangement being used in an advantageous exemplary embodiment of the invention.
  • a broadband signal can be given to both bridge amplifiers. This is possible with analog filter technology or with digital signal processing.
  • the coil connections can then be placed in any arrangement at the outputs of the two bridge output stages, provided that each coil is connected in phase opposition.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a loudspeaker system according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 2 is an extract from a block diagram of a speaker system according to a second embodiment of the invention.
  • 1 shows a schematic block diagram of a loudspeaker system which is provided for use in a motor vehicle with three loudspeakers LF (front), LR (rear) and LB (bass).
  • a high-pass filter HP and a low-pass filter TP are connected in parallel to an audio output AUA.
  • Two level adjusters PF and PR designed as potentiometers are connected in parallel to the output of the high-pass filter HPA.
  • the output of the potentiometer PF is connected directly to the input of a first output stage FD and via an inverter IF to the inverting input of a second output stage F1.
  • the final stage FD and the final stage VI together form a bridge final stage BF, which is illustrated in broken lines in FIG. 1.
  • the front loudspeaker LF is connected to the opposite phase outputs FDA and FIA of the two output stages FD and Fl, i.e. the bridge amplifier BF.
  • the output of the potentiometer PR is connected directly to the input of a third output stage RD and via an inverter IR to the inverting input of a fourth output stage R1.
  • the final stage RD and the final stage R1 together form a bridge final stage BR, which is illustrated in broken lines in FIG. 1.
  • the rear speaker LR is connected to the opposite phase outputs RDA and RIA of the two output stages RD and Rl, i.e. the bridge power amplifier BR.
  • a level adjuster PB which is also designed as a potentiometer, is connected to the output of the low-pass filter TP. Its output is connected to the common mode inputs of the bridge output stage BF via two summers SF, SF.
  • the common mode signal applied in this way is thus impressed in addition to the existing differential signal of the bridge output stage BF, but does not produce any amplification on the loudspeaker LF, which is amplified by the differential signal.
  • the output of the potentiometer PB is connected in parallel to the summers SF, SF to an inverter IB and is connected via this and two summers SR, SR to the common mode inputs of the bridge output stage BR.
  • the common mode signal applied in this way is impressed on the bridge output stage BR, but has no effect on the operation of the loudspeaker LR. In this way, antiphase common-mode signals are present at the output of the two bridge output stages BF and BR.
  • a third bass loudspeaker LB is connected to the output connections FDA and RDA of the two bridge output stages. For this, the two bridge output stages BF and BR again represent a bridge output stage with respect to the common mode signal.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a speaker system according to the invention. This differs only in the design of the bass speaker LB and its connection to the two bridge output stages BF, BR from the previously described embodiment. Therefore, only an extract of the block diagram is shown.
  • the loudspeaker LB is a double-coil loudspeaker with two voice coils S1 and S2, which are electrically independent.
  • One connection A, B and one connection C, D of the two voice coils is connected to a bridge output stage BF, BR, so that all output stages of the bridge output stages BF, BR are used.
  • the connections of the two bridge output stages and the two voice coils are connected to one another as follows: FDA-A, FIA-C, RDA-B, RIA-D. This results in a symmetrical utilization of the output stages FD, Fl, RD, Rl.
  • the loudspeaker LB can thus work with maximum system performance.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Lautsprechersystem mit drei Lautsprechen (LF, LR, LB), umfassend einen ersten und einen zweiten Verstärker (BF, BR), die jeweils einen Kanal eines Audiosignals verstärken. Die Ausgänge der Verstärker (FDA, FIA; RDA, RIA) sind gegenphasig, wobei die Ausgänge der Verstärker (RDA, FIA; RDA, FIA) jeweils mit den Eingängen des ersten und zweiten Lautsprechers (LF, LR) verbunden sind. Die Ausgänge der Verstärker (RDA, FIA; RDA, FIA) sind zusätzlich mit den Eingängen des dritten Lautsprechers (LB) verbunden. Ein Hochpassfilter (HP) und ein Tiefpassfilter (TP), die als Mittel zur Aufteilung des Audiosignals verwendet werden, sind parallel geschaltet. Als Verstärker sind Brückenendstufen (BF, BR) vorgesehen. Der Ausgang des Hochpassfilters (HPA) ist mit den Eingängen jeweils beider Brückenendstufen (BF, BR) verbunden. Zwischen dem Ausgang des Hochpassfilters (HPA) und jeweils einem der Eingänge der Brückenendstufen (BF, BR) ist jeweils ein Invertierer (IF, IR) vorgesehen ist. Den Eingängen der Brückenendstfufen (BF, BR) sind jeweils Summierer (SF, SR) vorgeschaltet und der Ausgang des Tiefpassfilters ist mit den Eingängen der Summierer (SF, SR) verbunden. Bei einer Brückenendstufe (BR) ist ein Invertierer (IB) zwischen dem Ausgang des Tiefpassfilters (TP) und den Eingängen der Summierer (SR) vorgesehen. Der dritte Lautsprecher (LB) ist mit zwei gegenphasigen Ausgängen der beiden Brückenendstufen (BF, BR) verbunden.

Description

Lautsprechersystem
Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem mit drei oder mehr Lautsprechern.
Üblicherweise wird für jeden in einem Kraftfahrzeug verwendeten Lautsprecher eine separate Endstufe eingesetzt. Dies bringt Kosten und Raumbedarf mit sich. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung ungünstig. Beispielsweise ist in der DE 41 06 267 A1 beschrieben, zur Vergrößerung der Lautsprecherleistung Brü- ckenendstufen einzusetzen, deren zwei Ausgänge gegenphasig sind. Damit ermöglichen sie bei einer gegebenen Versorgungsspannung gegenüber einer Einfachendstufe den doppelten Spannungshub.
Aus der US 2001/0018621 A1 ist ein Multimedia-Computer-Lautsprechersystem mit einem linken und einem rechten Breitbandlautsprecher sowie einem Baßlautsprecher bekannt, bei dem für jeden der beiden Breitbandlautsprecher ein Verstärker vorgesehen ist. Ein Verstärker invertiert und ist in bezug auf das andere Verstärker- /Breitbandlautsprecher-Paar umgekehrt an die Anschlüsse des zugehörigen Breitbandlautsprechers angeschlossen. Die Breitbandlautsprecher sind mit einem Anschluß jeweils auf Erde gelegt. Der Baßlautsprecher ist parallel an die beiden Verstärker mit einem Tiefpaßfilter in Serie angeschlossen. Die Konfiguration ist so, daß der Baßlautsprecher mehr Verstärkerleistung als die Breitbandlautsprecher erhält, wobei kein separater Verstärker für den Baßlautsprecher benötigt wird.
Bei diesem bekannten Lautsprechersystem kann der Pegel des Baßlautsprechers somit nur passiv, beispielsweise über einen Widerstand, eingestellt werden. Eine Hoch-/Tiefpaß-Regelung kann ebenfalls nur passiv durchgeführt werden. Einstelländerungen der beiden Equalizer oder der Potentiometer beeinflussen jeweils einen der Breitbandlautsprecher und den Baßlautsprecher. Es ist lediglich eine Pegelver- Stellung des linken und rechten Audiokanals durch gekoppelte Potentiometer vorgesehen (Balanceregelung). Würde beispielsweise einer der Breitbandlautsprecher ausgeschaltet, erhielte der Baßlautsprecher nur noch die halbe Leistung und würde nicht mehr zufriedenstellend arbeiten. Die Verstärkeranordnungen der bekannten Lautsprechersysteme müssen praktisch gedoppelt werden, wenn zusätzliche Lautsprecher in das System eingebaut werden, z.B. die Lautsprecher paarweise (jeweils vorne und hinten im Fahrzeug) angeordnet werden. Denn im Einsatzfall bestehen neben der Forderung nach einem kosten- günstigen und leistungsstarken Lautsprechersystem noch Benutzeranforderungen. Soll beispielsweise bei der paarweisen Anordnung von Lautsprechern eines der Lautsprecherpaare ausgeschaltet oder jedenfalls dessen Pegel verstellt werden unter Beibehaltung des Pegels des anderen Lautsprecherpaars, so kann eine solche getrennte Steuerung z.B. bei dem System gemäß US 2001/0018621 A1 nicht durchgeführt werden, da eine getrennte Pegelbeeinflussung unabhängig vom Baßlautsprecher nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lautsprechersystem zu schaffen, bei dem eine getrennte Steuerung von Baßlautsprecher und den übrigen Lautsprechern und eine unabhängige Pegelbeeinflussung einzelner Lautsprecher möglich ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Lautsprechersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Lautsprechersystem zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß bei einer Anordnung mit zwei Brückenendstufen neben dem vorhandenen Differenzsignal jeder Endstufe auch ein Gleichtaktsignal aufgeprägt wird. Das Gleichtaktsignal der einen Endstufe ist zu dem Gleichtaktsignal der anderen Endstufe ge- genphasig. Dies ermöglicht die Ansteuerung eines dritten Lautsprechers (gewöhnlich Baßlautsprecher) mit einem unabhängigen Signal und damit auch eine aktive Pegeleinstellung.
Die Benutzer eines Fahrzeugs können so einen Lautsprecherzweig (vorne/hinten) abstellen (sogenanntes Fading). Dennoch kann der Baßlautsprecher noch voll ausgesteuert werden. Durch diese Systemausgestaltung können infolge der Einsparung von Bauteilen (Endstufe oder externe Frequenz) Kosten reduziert werden. Mit drei Brückenendstufen, bestehend aus vier Endstufen, ist es möglich, drei Lautsprecher anzusteuern.
Weiter wird bei gegebener Anzahl der Endstufen durch die unabhängige Ansteuer- barkeit der Lautsprecher eine Funktionsoptimierung erreicht. Zusätzlich zur separaten Pegeleinstellung kann auch das Frequenzband einzeln für die Lautsprecher (paarweise) eingestellt werden. Ein Frequenzfilter kann dabei vor der Endstufe, d.h. im Kleinsignalbereich, eingebaut werden, womit billigere Bauteile verwendet werden können. Weiter ergibt sich damit eine aktive Regelmöglichkeit und somit eine verbesserte Systemabsicherung.
Zur Aufteilung des Audiosignals wird zweckmäßig ein Filter eingesetzt, wobei bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Hochpaß- und Tiefpa- ßanordnung eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein Breitbandsignal auf beide Brückenendstufen gegeben werden. Dies ist in analoger Filtertechnik oder mit digitaler Signalverarbeitung möglich.
Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lautsprechersystems mit zugleich symmetrischer Auslastung der Endstufen, die sonst nur in einem Zweig belastet sind, ergibt sich, wenn als Baßlautsprecher ein Doppelspulenlautsprecher verwendet wird. Es können dann die Spulenanschlüsse in beliebiger Anordnung an die Ausgänge der beiden Brückenendstufen gelegt werden, vorausgesetzt, jede Spule ist gegenphasig angeschlossen.
Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Lautsprechersystems gemäß einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 2 einen Auszug aus einem Blockschaltbild eines Lautsprechersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Lautspre-chersystems, das für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit drei Lautsprechern LF (vorne), LR (hinten) und LB (Baß) vorge-sehen ist.
Ein Hochpaßfilter HP und ein Tiefpaßfilter TP sind parallel an einen Audioausgang AUA angeschlossen. An den Ausgang des Hochpaßfilters HPA sind zwei als Potentiometer ausgeführte Pegelsteller PF und PR parallel angeschlossen. Der Ausgang des Potentiometers PF ist direkt auf den Eingang einer ersten Endstufe FD und über einen Invertierer IF auf den invertierenden Eingang einer zweiten Endstufe Fl ge- legt. Die Endstufe FD und die Endstufe VI bilden zusammen eine Brückenendstufe BF, die in Fig. 1 gestrichelt veranschaulicht ist. An die gegenphasigen Ausgänge FDA und FIA der beiden Endstufen FD und Fl, d.h. der Brückenendstufe BF, ist der Front-Lautsprecher LF angeschlossen.
Der Ausgang des Potentiometers PR ist direkt auf den Eingang einer dritten Endstufe RD und über einen Invertierer IR auf den invertierenden Eingang einer vierten Endstufe Rl gelegt. Die Endstufe RD und die Endstufe Rl bilden zusammen eine Brückenendstufe BR, die in Fig. 1 gestrichelt veranschaulicht ist. An die gegenphasigen Ausgänge RDA und RIA der beiden Endstufen RD und Rl, d.h. der Brücken- endstufe BR, ist der Rear-Lautsprecher LR angeschlossen.
Mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters TP ist ein ebenfalls als Potentiometer ausgeführter Pegelsteller PB angeschlossen. Dessen Ausgang ist über zwei Summierer SF, SF jeweils mit den Gleichtakteingängen der Brückenendstufe BF verbunden. Das so angelegte Gleichtaktsignal wird damit neben dem vorhandenen Differenzsignal der Brückenendstufe BF aufgeprägt, bewirkt aber am Lautsprecher LF, der durch das Differenzsignal verstärkt wird, keine Verstärkung.
Der Ausgang des Potentiometers PB ist parallel zu den Summierern SF, SF auf einen Invertierer IB geführt und über diesen und zwei Summierer SR, SR jeweils mit den Gleichtakteingängen der Brückenendstufe BR verbunden. Das so angelegte Gleichtaktsignal wird der Brückenendstufe BR aufgeprägt, wirkt sich aber nicht auf den Betrieb des Lautsprechers LR aus. Damit liegen am Ausgang der beiden Brückenendstufen BF und BR jeweils ge- genphasige Gleichtaktsignale an. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist an die Ausgangsanschlüsse FDA und RDA der beiden Brückenendstufen ein dritter Baß-Lautsprecher LB angeschlossen. Für diesen stellen die beiden Brückenendstu- fen BF und BR wieder eine Brückenendstufe bezüglich des Gleichtaktsignals dar.
Fig. 2 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lautsprechersystems dar. Dieses unterscheidet sich lediglich in der Ausführung des Baßlautsprechers LB und dessen Anschluß an die beiden Brückenendstufen BF, BR von dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Daher ist nur ein Auszug des Blockschaltbilds dargestellt.
Der Lautsprecher LB ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Doppelspulenlautsprecher mit zwei Schwingspulen S1 und S2, die elektrisch unabhängig sind. Jeweils ein Anschluß A, B und ein Anschluß C, D der beiden Schwingspulen ist an eine Brückenendstufe BF, BR angeschlossen, so daß alle Endstufen der Brückenendstufen BF, BR genutzt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse der beiden Brückenendstufen und der beiden Schwingspulen wie folgt miteinander verbunden: FDA-A, FIA-C, RDA-B, RIA-D. Es ergibt sich eine symmetrische Auslastung der Endstufen FD, Fl, RD, Rl. Der Lautsprecher LB kann so mit maximaler Leistung des Systems arbeiten.

Claims

Patentansprüche
1. Lautsprechersystem mit drei Lautsprechern (LF, LR, LB), umfassend einen ersten und einen zweiten Verstärker (BF, BR), die jeweils einen Kanal eines Audiosignals verstärken, wobei die Ausgänge der Verstärker (FDA, FIA; RDA, RIA) gegenphasig sind, wobei die Ausgänge der Verstärker (RDA, FIA; RDA, FIA) jeweils mit den Eingängen des ersten und zweiten Lautsprechers (LF, LR) verbunden sind, wobei die Ausgänge der Verstärker (RDA, FIA; RDA, FIA) zusätzlich mit den
Eingängen des dritten Lautsprechers (LB) verbunden sind, wobei als Verstärker Brückenendstufen (BF, BR) vorgesehen sind, wobei ein Mittel (HP, TP) zur Aufteilung des Audiosignals in mindestens zwei parallele Kanäle mit den Eingängen beider Brückenendstufen (BF, BR) ver- bunden ist, wobei zwischen dem Ausgang des Mittels (HPA) zu dem mindestens einen ersten Kanal und jeweils einem der Eingänge der Brückenendstufen (BF, BR) jeweils ein Invertierer (IF, IR) vorgesehen ist, wobei den Eingängen der Brückenendstufen (BF, BR) jeweils Summierer (SF, SR) vorgeschaltet sind und der Ausgang des Mittels (TP) zu einem zweiten Kanal mit den Eingängen der Summierer (SF, SR) verbunden ist, wobei bei einer Brückenendstufe (BR) ein Invertierer (IB) zwischen dem Ausgang des Mittels (TP) zu dem zweiten Kanal und den Eingängen der Summierer (SR) vorgesehen ist, und wobei der dritte Lautsprecher (LB) mit zwei gegenphasigen Ausgängen der beiden Brückenendstufen (BF, BR) verbunden ist.
2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Mittel zur Aufteilung des Audiosignals ein Filter ist.
3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Mittel zur Aufteilung des Audiosignals ein Hochpaßfilter (HP) und ein Tiefpaßfilter (TP) umfaßt, die zur Aufteilung des Audiosignals parallel geschaltet sind, wobei der Ausgang des Hochpaßfilters (HPA) zu dem mindestens einen ersten Kanal führt und wobei der Ausgang des Tiefpaßfilters zu dem mindestens zweiten Kanal führt.
4. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Hochpaßfilters (HP) jeweils über einen Pegelsteller (PF, PR) mit den Eingängen der Brückenendstufen (BF, BR) verbunden ist.
5. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Tiefpaßfilters (TP) über einen Pegelsteller (PB) mit den Eingängen der Brückenendstufen (BF, BR) verbunden ist.
6. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Lautsprecher (LB) ein Tieftonlautsprecher ist.
7. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei separate, elektrisch unabhängige Schwingspulen (S1, S2) aufweist, deren Anschlüsse (S1, S2) jeweils mit den Ausgängen der beiden Brückenendstufen (BF, BR) verbunden sind.
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