EP1500299B1 - Lautsprechersystem - Google Patents

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EP1500299B1
EP1500299B1 EP03747401A EP03747401A EP1500299B1 EP 1500299 B1 EP1500299 B1 EP 1500299B1 EP 03747401 A EP03747401 A EP 03747401A EP 03747401 A EP03747401 A EP 03747401A EP 1500299 B1 EP1500299 B1 EP 1500299B1
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EP
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loudspeaker
inputs
bridge output
output
output stages
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • 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
    • H04R3/14—Cross-over networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • 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 multimedia computer speaker system with a left and a right broadband speaker and a bass speaker is known in which an amplifier is provided for each of the two broadband speakers.
  • One amplifier is inverted and, with respect to the other amplifier / broadband speaker pair, is inversely connected to the terminals of the associated full-range loudspeaker.
  • the broadband loudspeakers are each connected to earth with one connection.
  • 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 full range speakers, with no separate amplifier needed for the bass speaker.
  • the level of the bass loudspeaker can thus be set only passively, for example via a resistor.
  • a high / low pass control can also be done only passively.
  • Changes to the settings of the two equalizers or the potentiometers affect one of the full-range speakers and the bass loudspeaker. It is only a level adjustment of the left and right audio channel by coupled potentiometer provided (balance control). If, for example, one of the full-range speakers was switched off, the bass loudspeaker would only receive half the power and would no longer work satisfactorily.
  • the amplifier arrangements of the known speaker systems must be practically doubled when additional speakers are installed in the system, for example, the speakers are arranged in pairs (front and rear in the vehicle). Because in the case of application in addition to the demand for a cost-effective and powerful speaker system nor user requirements. If, for example, one of the pairs of loudspeakers is switched off during the pairwise arrangement of loudspeakers or at least its pitch! be adjusted while maintaining the level of the other pair of speakers, such a separate control, for example, in the system according to US 2001/0018621 A1 can not be performed, since a separate level control is independent of the bass speaker is not possible.
  • the invention has for its object to provide a speaker system in which a separate control of bass speaker and the other speakers and 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 in addition to the existing difference signal of each output stage and a common mode signal is impressed.
  • the common-mode signal of one output stage is in phase opposition to the common-mode signal of the other output stage. This allows the control of a third speaker (usually bass speaker) with an independent signal and thus an active level adjustment.
  • 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.
  • This system design can reduce costs due to component savings (power stage or external frequency). With three bridge output stages, consisting of four power amplifiers, it is possible to control three loudspeakers.
  • the frequency band can also be set individually for the speakers (in pairs).
  • a frequency filter can be before the final stage, i. in the small signal range, are installed, so that cheaper components can be used. Furthermore, this results in an active control option and thus an improved system protection.
  • a filter is expediently used, wherein in an advantageous embodiment of the invention a high-pass and low-pass arrangement are used.
  • a broadband signal can be given on both bridge output stages. This is possible in analog filter technology or with digital signal processing.
  • a control is for example from the US 5,856,759 known. It can then be placed in any arrangement to the outputs of the two bridge output stages, the coil terminals, provided that each coil is connected in phase opposition.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a speaker system, which is for use in a motor vehicle with three speakers LF (front), LR (rear) and LB (bass) is provided.
  • a high-pass filter HP and a low-pass filter TP are connected in parallel to an audio output AUA.
  • Two level potentiometers PF and PR are connected in parallel to the output of the high-pass filter HPA.
  • the output of the potentiometer PF is applied directly to the input of a first output stage FD and via an inverter IF to the inverting input of a second output stage FI.
  • the final stage FD and the final stage FI together form a bridge output stage BF, which in Fig. 1 is illustrated by dashed lines.
  • the in-phase outputs FDA and FIA of the two amplifiers FD and Fi ie the bridge output stage BF, are connected to the LF front loudspeaker.
  • the output of the potentiometer PR is applied directly to the input of a third output stage RD and via an inverter IR to the inverting input of a fourth output stage RI.
  • the amplifier RD and the amplifier RI together form a bridge amplifier BR, which in Fig. 1 is illustrated by dashed lines.
  • the rear-end loudspeaker LR is connected to the opposite-phase outputs RDA and RIA of the two output stages RD and RI, ie the bridge output stage BR.
  • PB Connected to the output of the low-pass filter TP is also a potentiometer PB which is also designed as a potentiometer. Its output is connected via two summers SF in each case with the common mode inputs of the bridge output stage BF. The thus applied common mode signal is thus impressed next to the existing difference signal of the bridge output stage BF, but causes the speaker LF, where the difference signal is applied, no playback.
  • the output of the potentiometer PB is fed parallel to the summers SF to an inverter IB and connected via this and two summers SR each with the common mode inputs of the bridge output stage BR.
  • the so-applied common-mode signal is impressed on the bridge output stage BR, but does not affect the operation of the loudspeaker LR.
  • a third bass speaker LB is connected to the output terminals FDA and RDA of the two bridge output stages.
  • the two bridge output stages BF and BR again represent a bridge output stage with respect to the common-mode signal.
  • Fig. 2 represents a second embodiment of an inventive loudspeaker system. This differs only in the execution of the bass speaker LB and its connection to the two bridge output stages BF, BR of the previously described embodiment. Therefore, only an excerpt of the block diagram is shown.
  • the speaker LB in this embodiment is a dual coil speaker having two voice coils S1 and S2 which are electrically independent.
  • a terminal A, B and a terminal 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 interconnected as follows: FDA-A, FIA-C, RDA-B, RIA-D. This results in a symmetrical utilization of the output stages FD, FI, RD, RI.
  • the speaker LB can thus work with maximum power of the system.

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Description

  • 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 Brückenendstufen 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 Pegelverstellung 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 kostengünstigen und leistungsstarken Lautsprechersystem noch Benutzeranforderungen. Soll beispielsweise bei der paarweisen Anordnung von Lautsprecher eines der Lautsprecherpaare ausgeschaltet oder jedenfalls dessen Pege! 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 gegenphasig. 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 Ansteuerbarkeit der Lautsprecher eine Funktionsoprimierung 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 Tiefpaßanordnung eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein Breitbandsignal auf beiden 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. Eine solche Ansteuerung ist zum Beispiel aus der US 5 856 759 bekannt. 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 Ausführungsbeispiel 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 angeschiossen. An den Ausgang des Hochpaßfilters HPA sind zwei ais 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 FI gelegt. Die Endstufe FD und die Endstufe FI bilden zusammen eine Brückenendstufe BF, die in Fig. 1 gestrichelt veranschaulicht ist. An die gegenphasigen Ausgänge FDA und FIA der beiden Endstufen FD und Fi, 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 RI gelegt. Die Endstufe RD und die Endstufe RI bilden zusammen eine Brückenendstufe BR, die in Fig. 1 gestrichelt veranschaulicht ist. An die gegenphasigen Ausgänge RDA und RIA der beiden Endstufen RD und RI, d.h. der Brückenendstufe 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 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, an dem das Differenzsignal angelegt wird, keine Wiedergabe.
  • Der Ausgang des Potentiometers PB ist parallel zu den Summierern SF auf einen Invertierer IB geführt und über diesen und zwei Summierer 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 gegenphasige 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 Brückenendstufen BF und BR wieder eine Brückenendstufe bezüglich des Gleichtaktsignals dar.
  • Fig. 2 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfndungsgemäßen 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, FI, RD, RI. Der Lautsprecher LB kann so mit maximaler Leistung des Systems arbeiten.

Claims (7)

  1. Lautsprechersystem mit drei Lautsprechern (LF, LR, LB), umfassend
    einen ersten und einen zweiten Verstärker (BF, BR), die jeweils einen Kanal eines Audiosignals verstarken, wobei die Ausgänge (FDA, FIA; RDA, RIA) der Verstärker gegenphasig sind,
    wobei die Ausgänge der Verstärker (FDA, FIA; RDA, RIA) jeweils mit den Eingängen des ersten und zweiten Lautsprechers (LF, LR) verbunden sind,
    wobei die Ausgänge der Verstärker (FDA, RDA) 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) verbunden ist, wobei zwischen dem Ausgang (HPA) des Mittels zu dem mindestens einen ersten Kanal und jeweils einem der Eingänge der Brückenendstufen (BF, BR) jeweils ein invertierter (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 (FDA, RDA) der beiden Brückenendstufen (BF, BR) verbunden ist.
  2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Aufteilung des Audiosignals ein Filter (HP, TP) ist.
  3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    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, wobei 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, wobei 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, wobei der dritte Lautsprecher (LB) ein Tieftonlautsprecher ist.
  7. Lautsprechersystem nach Anspruch 6, wobei der Tieftonlautsprecher 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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